特刊编辑：钟国辉教授
《钢结构（中英文）》编委，香港理工大学教授、博士生导师，现任国家钢结构工程技术研究中心香港分中心主任，曾任英国结构工程师学会副会长、香港理工大学土木及环境工程学院教授，原学院副院长（学术发展）、香港建筑金属结构协会创始人。致力于多个交叉学科的工程分析与设计，主要研究方向包括高性能钢材的材料性能及其结构性能研究、结构的极限状态分析、结构体系性能化设计、建筑及隧道结构抗火设计以及规范、标准的编制等。长期参与中国内地、香港、英国及欧盟建筑及钢结构设计标准与规范的制定。曾多次应邀担任国际会议及专题会议主席及主讲人，发表高水平学术论文及会议论文约200篇，出版现代钢结构技术专业设计导则9部，并多次获省部级科技奖，包括2022年度中国钢结构协会科学技术奖特等奖（排名第一）、香港工程师学会奖2023年度创新工程应用奖（排名第一）及国家部委颁发的第三届国家创新奖。2023年11月，香港特别行政区政府行政长官授予钟教授荣誉勋章，以表彰他对香港工程界的杰出贡献。
编者注
《建筑业发展“十四五”规划》明确指出，进一步提高建筑工业化和绿色低碳发展水平，实现建筑业高质量发展。大力发展钢结构建筑是推动建筑业实现“碳达峰、碳减排、碳中和”的重要举措，是推动产业转型升级、高质量发展的重要动力。高强钢结构作为高性能结构体系之一，近年来受到科研人员和工程界的广泛关注，与常规Q235、355钢相比，高强钢具有更高的单位质量强度。在结构体系中采用高强钢替代常规钢材，可以减小构件截面尺寸，减轻钢结构自重和基础荷载。该类结构体系的碳排放，对推动我国建筑业技术转型升级和高质量发展具有重要意义，符合我国新一轮绿色低碳、新型建筑工业化发展战略需求。同时，焊接是高强钢连接的主要形式之一。其焊接温度较高，可能使高强钢组织和力学性能发生明显变化，导致热影响区强度和塑性降低、韧性下降，制约了高强钢在钢结构建筑中的应用。为掌握近年来高强钢结构应用的先进理念、科学方法、关键技术和未来发展方向，更好地服务于国家建筑业高质量发展战略目标，《钢结构（中国）》杂志《Q690高强钢结构及其焊接关键技术工程应用研究》特邀请香港理工大学钟国辉教授担任专刊主编，并计划于2024年5月推出专题《Q690高强钢结构及其焊接关键技术工程应用研究》供读者阅读。
冷弯S690高强钢方钢柱轴压整体稳定性试验研究
宁克阳1,2肖孟1,2钟国辉1,2
1. 香港理工大学土木及环境工程学院
2. 香港理工大学国家钢结构工程研究中心香港分中心
摘要：建筑业脱碳的策略之一是提高工程设计效率以减少对建筑材料的需求。近年来，得益于高强钢生产技术的进步，这一理念已成为可能。有效的利用可以减少构件尺寸和钢材用量以及后续的制造、运输和施工成本，有助于节约资源、减少碳排放。与普通钢材S355相比，虽然S690高强钢屈强比高、伸长率低，但比强度优异。S690高强钢的这些特性会对结构性能产生很大的影响。因此，量化这些特性对结构性能的影响，对确认其在建筑结构中的适用性非常重要。目前各大钢结构设计规范中轴心受压构件整体稳定承载力计算方法主要是参考普通碳钢S235和S355的研究数据制定的，是否适用于S690高强钢仍需进一步验证。有必要检验这些设计方法对于采用各种制造工艺的 S690 高强度钢轴向压缩构件的适用性。
为研究S690高强钢冷弯方钢管柱轴压下的整体稳定性能，共设计8个试件，包括4种截面尺寸和8种长细比，2种板厚6 mm和10 mm，进行轴压试验，研究其整体稳定性。试验前测量了试件的几何初始弯曲和初始荷载偏心量以及截面纵向残余应力分布。残余应力测量结果表明，冷弯方钢管截面焊缝在截面内外表面均存在较大的残余拉应变，在截面转角外表面和内表面均有明显的残余拉应变和压应变。所有试件在轴压下失稳模式均为整体弯曲。将试验结果与中国设计规范GB 50017-2017《钢结构设计标准》及欧洲规范Eurocode 3的计算结果进行了对比，结果表明：中国规范和欧洲规范推荐的设计曲线计算结果均偏保守，且中国规范推荐的设计曲线比欧洲规范保守。根据试验结果与设计规范中各类柱的设计曲线对比，建议采用中国和欧洲规范中的a型柱曲线来设计该类型的S690高强钢冷弯方钢管柱。
关键词：S690高强钢；冷弯方钢管；整体稳定性能；试验研究
来源：宁克阳,肖猛,钟国辉. S690高强钢冷弯方钢管轴压柱整体稳定性能试验研究[J]. 钢结构(中英文), 2024, 39(5): 1-7。
DOI:10.3724/j.gjgS24050101
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Q690高强钢表面电弧热喷铝不同孔型抗滑移性能试验研究
陈振明1,2,3卞卡2高飞2陈俊波2肖孟1
1.中建钢结构有限公司
2.华中科技大学土木与水利工程学院
3.中国建筑智能化建设工程研究中心
摘要：在建筑结构中使用高强钢可有效减少结构用钢量与安装成本，从而减少建筑结构的碳排放，促进建筑业高质量发展。高强螺栓摩擦连接是钢结构中最常用的连接方式，其特点之一是依靠连接板间的摩擦力来传递荷载，具有刚度大、耐疲劳、耐往复荷载等优点，因此在桥梁结构中常采用该类连接。在高强螺栓摩擦连接面采用电弧热喷涂铝喷镀及扩孔处理可解决上述问题，扩孔后的抗滑移性能对连接的承载力有着至关重要的影响，为研究Q690高强钢高强螺栓摩擦型连接中电弧热喷涂铝表面不同孔型的抗滑移性能，进行了抗滑移试验、位移试验和预紧力损失试验。试验考虑了表面喷砂和喷砂后电弧热喷铝2种处理方式，电弧热喷铝试验包含标准孔、大圆孔、受纵向平行载荷的长槽孔、受纵向垂直载荷的长槽孔4种不同孔型，而喷砂对照组试验仅包含标准孔。试件在达到滑移载荷时发生明显滑移而失效，喷砂面抗滑移试件的破坏形式为孔周磨损，电弧热喷铝面抗滑移试件的损伤形式为孔周涂层磨损、剥落。试验结果表明：Q690高强钢喷砂表面抗滑移系数可达0.50，电弧热喷铝表面抗滑移系数可达0.60，电弧热喷铝表面抗滑移性能好，承载力高，性能稳定；孔型试件100 h后的预紧力损失为1.9%～2.9%；电弧热喷涂铝表面大圆孔、受纵向平行载荷的长槽孔、受纵向垂直载荷的长槽孔平均孔系数分别为0.98、0.89和0.82，最小值分别为0.93、0.83和0.77，均大于现行标准值，标准计算结果偏安全。
关键词：摩擦型连接；Q690高强钢；表面处理；抗滑移系数；预紧力损失；孔系数
来源：陈振明, 卞卡, 高飞, 等. Q690高强钢电弧热喷涂铝表面不同孔型抗滑移性能试验研究[J]. 钢结构(中英文), 2024, 39(5): 8- 16。
DOI:10.3724/j.gjgS24050102
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S690高强钢厚板焊接后力学性能
金浩1,2朱梦飞1,2钟国辉1,2王艳华3刘海龙3
1. 香港理工大学土木及环境工程学院
2.香港理工大学国家钢结构工程研究中心香港分中心
3.中国路桥股份有限公司（港澳）
摘要：全面研究了50和70 mm厚高强度S690钢板及其对接焊缝在拉伸条件下的力学性能，共进行了40次拉伸试验。从板材的三个不同层中提取18个圆形横截面比例试件。对所有这些试件进行拉伸试验，以获得它们的力学性能并研究它们在不同板厚下的变化。采用不同热输入能量的厚钢板间埋弧焊制备焊缝。此外，检查了焊接部位典型热影响区的微观组织。对总共22个矩形横截面的标准试件进行了拉伸试验，获得了力学性能，并评估和比较了这些试件的全范围变形特性，特别是它们的抗拉强度和断裂伸长率，以评估热输入对厚板焊件力学性能的影响。本文采用数字图像相关(DIC)技术观察并记录拉伸状态下试件表面真实应变，进一步研究热影响区对焊接件力学性能的影响。
通过在母材上进行试验发现，S690 50 mm 厚钢板各层取材试件的力学性能仅有可忽略不计的差别，可以判定50 mm 板层间力学性能沿板厚方向有所不同，70mm 板中层取材试件的屈服强度和抗拉强度与上、下层试件相比分别降低了7%和6%，而断后伸长率差别不大。焊接件试验结果表明，焊接热输入对50、70 mm 厚板力学性能影响均小于S690 16 mm 板：当16 mm 板焊接件热输入从1.0增大到2.0 kJ/mm 时，焊接件力学性能有所下降，强度降低量从0%增大到8%；对于50mm板焊件，当热输入由2.4kJ增大到5.0kJ时，焊件强度降低量保持在4%左右；而对于70mm板焊件，当热输入由2.4kJ增大到5.0kJ时，焊件强度降低量保持在4%左右。当热输入由2.4kJ/mm增大到5.0kJ/mm时，焊件强度降低量保持在1%以内。可见，对于厚板焊件，随着热输入量的增大焊件强度降低量的波动较小，因此在焊接厚板时，可以采用较大的热输入，以提高焊接效率。本文为这些建筑用高强度钢板及其对接焊缝的力学性能提供了重要的试验依据。试验表明，只要按照既定的焊接规范进行焊接，并加以适当的工艺控制，这些对接焊缝的力学性能不会下降或几乎不会下降。因此，这些厚的高强度 S690 钢型材之间的全强度对接焊缝在实践中很容易实现，类似于常用的 S355 钢。
关键词：高强度钢；焊接；焊后力学性能
来源：金浩,朱孟飞,钟国辉,等.S690高强钢厚板焊接后力学性能[J].钢结构(中英文),2024,39(5):17-26。
DOI:10.3724/j.gjgS24050103
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S690高强钢及其焊接构件的疲劳性能
陈伟1,2 钟国辉1,2
1. 香港理工大学土木及环境工程学院
2. 香港理工大学国家钢结构工程研究中心香港分中心
摘要：高强钢是指屈服强度fy不小于460MPa的钢材，由于其良好的材料性能，在建筑、桥梁等方面逐渐得到应用。与普通强度钢相比，高强钢具有更高的屈服强度，可以减小构件尺寸。桥梁结构尺寸较小，较薄的钢板厚度可以减少焊接工作量，提高焊接质量，避免厚板带来的焊接问题。疲劳损伤一直是桥梁结构最关键的服役问题之一，设计规范中没有关于高强钢疲劳性能的设计标准。本文通过系统地对S690高强钢及其焊接件的疲劳性能进行试验，确定S690高强钢及其焊接件的疲劳强度，以促进高强钢产品的开发。S690高强钢在实际工程中的应用。首先对S690高强钢及其焊接件标准试件进行单调拉伸试验，确定其材料性能。S690焊接件试验前试件进行腐蚀处理钢结构设计规范2024，试验中观察焊接材料、热影响区及母材的分布情况更为直观，试验确定发生颈缩的位置为热影响区。根据单调拉伸试验得到的材料力学性能，确定多级疲劳载荷，对S690高强钢及焊接光滑圆棒试件进行一系列高周低应变疲劳试验，确定S690高强钢母材及其焊接试件的疲劳寿命，并根据试验值拟合疲劳曲线（SN曲线）。 S690焊接件疲劳极限为420.0 MPa，S690母材疲劳极限为668.8 MPa。结果表明，S690高强钢焊接后疲劳寿命是S690焊接件的1.3倍。S690高强钢母材及其焊接试件的疲劳极限明显低于欧洲标准的设计值（母材：118 MPa，焊接构件：82.5 MPa）。对S690焊接试件进行硬度试验，确定其沿纵向的硬度分布情况，发现焊缝材料区硬度最高，约为328 HV，在热影响区出现明显软化，硬度为240 HV，说明S690高强钢焊缝疲劳损伤后的硬度差异较大。对S690焊接件疲劳损伤后的断口试样进行腐蚀试验，发现疲劳裂纹起源于焊缝材料区而非热影响区。对断口试样进行扫描电镜观察，发现疲劳断面存在非金属夹杂物。根据电镜观察结果，分析了疲劳断口的微观现象，确定了疲劳裂纹来源及扩展过程，得出结论：初始缺陷是影响S690焊接件疲劳性能的关键因素。
关键词：高强度钢；焊接接头；疲劳性能
来源：陈伟,钟国辉. S690高强钢及其焊接构件的疲劳性能[J]. 钢结构(中英文), 2024, 39(5): 27-33。
DOI:10.3724/j.gjgS24050104
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不同焊接热输入下S690-QT高强钢焊接接头拉伸性能
李斌1,2刘晓1,2钟国辉1,2
1. 香港理工大学土木及环境工程学院
2. 香港理工大学国家钢结构工程研究中心香港分中心
摘要：S690-QT高强钢具有重量轻、强度高的优点，应用于钢结构建筑可显著减轻结构自重，降低成本。近二十年来，国内外对S690-QT高强钢焊接材料及构件进行了大量的力学性能试验，结果表明，焊接控制不当会导致高强钢组织发生变化，焊接截面的屈服强度、抗拉强度和延性明显下降。以上试验更多的是描述接头焊接后的性能特征，尚未通过试验或理论对不同焊接工艺参数对高强钢焊接接头力学性能的影响进行系统的分析，也未形成能够避免高强钢焊接强度降低的焊接工艺参数，难以为高强钢材料应用于建筑、桥梁工程的实际应用提供技术支持。在此背景下，设计并制作了一套S690-QT高强钢金属母材、S690-QT高强钢……及S690-QT高强钢母材，采用惰性气体保护焊（GMAW）和埋弧焊（SAW）机器人自动焊接系统。对4组不同热输入（1.0、1.5、2.0 kJ/mm和5.0 kJ/mm）的S690-QT高强钢焊接接头试件和1组焊接材料试件进行标准拉伸试验。通过视频录制采集试件过程的应力、应变数据，探究不同焊接参数对高强钢焊接接头强度降低的影响，并对实际工程中S690-QT高强钢材料焊接强度控制提出相应的工程建议。
结果表明：不同焊接热输入的S690-QT高强钢焊接接头试件的断裂位置均位于垂直拉伸作用下的热影响区（HAZ），未受到焊接冷热循环影响的金属母材、焊缝及被焊材料均未发生明显的损伤。通过应变引伸计和高速摄像机采集的应力应变数据分析可知，与S690-QT高强钢母材试件相比，当焊接热输入从1.0、1.5、2.0 0.04增加到5.0 kJ/mm时，不同S690-QT焊接接头试件的屈服强度和抗拉强度从基本不变到降低10%，最后出现了屈服强度降低30%的情况。对零件伸长率试验数据对比结果表明，随着焊接热输入的增加，钢材焊接延性降低的程度加剧。通过实际工程中对焊接热输入进行监测，可以较为准确地预测不同S690-QT高强钢焊接接头的强度，通过控制焊接热输入为1.0kJ/mm和1.5kJ/mm，可以实现高强钢焊接接头的高强度连接。
关键词：高强度钢；焊接接头；热输入；强度降低；延性降低
来源：李斌,刘晓,钟国辉.不同焊接热输入下S690-QT高强钢焊接接头拉伸性能[J].钢结构,2024,39(5):34-40。
DOI:10.3724/j.gjgS24050105
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圆S690高强钢管混凝土短柱轴压试验研究
门鹏飞1,2何浩翔1,2钟国辉1,2
1. 香港理工大学土木及环境工程学院
2.香港理工大学国家钢结构工程研究中心香港分中心
摘要：圆形钢管混凝土能充分发挥钢管与混凝土的共同作用，显著提高钢管混凝土的承载力和延性，因此在工程结构中得到广泛的应用。将高强钢应用于钢管混凝土柱，可以减小构件尺寸和钢管自重，使结构在获得更大可用空间的同时节省材料用量，更加经济环保。但目前钢管混凝土的设计规范主要基于普通钢材强度等级的研究成果制定，高强钢在钢管混凝土中的适用性尚不明确。另外，对于高强钢管混凝土短柱轴压性能钢结构设计规范2024，现有研究主要关注承载力发挥时的结构性能，而很少关注钢管及内部填充混凝土在不同变形阶段对轴力的贡献。因此，基于试验对高强钢管混凝土短柱轴压性能进行研究。首先对6根短柱进行轴压试验，其中3根钢管混凝土试件，3根纯钢管试件，主要试验参数钢材强度等级包括S355、S460、S690。然后基于试验结果分析钢管及内部混凝土的破坏模式、荷载-位移曲线、承载力及轴力贡献。最后探讨现行圆钢管混凝土短柱轴压承载力设计规范的适用性。
试验结果表明:纯钢管及钢管混凝土试件均表现出良好的延性;由于混凝土的存在,钢管混凝土的承载力比纯钢管提高30%以上。分析结果将钢管混凝土试件和混凝土的轴力贡献分开,结果表明:钢管提供的约束明显增加了混凝土承受的轴力,且钢材强度等级越高,增加混凝土轴力的效果越明显。钢管虽然提供了侧向约束,但其轴力贡献相对于其屈服承载力并没有明显降低。试验结果与规范预测结果对比分析表明:现行中国规范(GB 50936-2014)可以有效预测由普通强度钢材制成的钢管混凝土试件的承载力,但当钢管采用高强度钢材时,规范会给出过高估计、过于保守或危险的预测结果;现行欧洲规范（EN 1994-1-1）中截面承载力计算方法对普通钢材和高强钢材制成的钢管混凝土试件给出了合理安全的承载力，其力预测值对S690高强钢管混凝土仍然可以适用，但该规范低估了钢管的轴力贡献，高估了内填混凝土的轴力贡献。
关键词：钢管混凝土短柱；圆形截面；S690高强钢；轴压承载力；轴力贡献；试验研究
来源：门鹏飞, 何浩翔, 钟国辉. 圆形S690高强钢管混凝土短柱轴压试验研究[J]. 钢结构(中英文), 2024, 39(5): 41-48。
DOI:10.3724/j.gjgS24050106
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S690、S960高强钢焊接短柱轴压试验研究
朱孟飞1,2何浩翔1,2金浩1,2钟国辉1,2
1. 香港理工大学土木及环境工程学院
2.香港理工大学国家钢结构工程研究中心香港分中心
摘要：近年来，随着冶金技术的发展，高强度的钢和超高强度强度为460 MPa及以上的钢铁在我的国家中已经进行了工业化。在冶炼过程中，这些高强度钢的微观结构在焊接过程中很容易受到影响，并发生金属相变，从而减少了焊接热区域的各种机械性能，因此使用高压钢s690 and S960 and S960和S960板层造成了10〜30〜30〜30〜30〜30〜30〜30〜30〜。为了解决这个问题，首先对S690的10-30毫米厚的母体标本进行单调拉伸测试，并同时获得其机械性能。伸长率等。实验数据用于开发S690和S960培养基的焊接程序规范，此后使用特定的热量输入，用于处理的36个焊接程序规范，并进行了36个对接接头，并进行了不同的热量输入，对S690和S960的近距离进行了不同。在不同的焊接热输入下，对轴向压缩下的S690和S960焊接的短柱进行了量化。将结果与当前欧洲规范EN 1993-1-1的设计要求进行了比较。
关键字：高强度钢；
资料来源：Zhu Mengfei，He Haoxiang，Jin Hao等人。
doi：10.3724/j.gjgs24050107
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S690高强度钢在单调载荷下的延性裂缝标准的研究
Li Mengfei1,2 He Haoxiang1,2 Zhong Guohui1,2
1.香港理工大学国家工程钢结构研究中心的香港分支机构
2.香港理工大学民用与环境工程系
摘要：S690高强度钢在工程结构中越来越多，因为它的优势强度和螺栓连接是钢结构的重要形式。传统的延性断裂分析方法，包括校准的空隙生长模型（VGM）和应力的临界应变（SMCS）模型。然后，对裂缝表面进行了电子显微镜扫描测试，以区分测试样品的故障模式，并分析了裂缝表面上的凸面性和凹度，以计算S690钢的特征长度，以确定有限元模型，以确定有限元模型。使用校准模型与测试结果非常吻合。 S690骨折，预测误差达到31％和39％。在此基础上，提出了一个改进的孔内生长模型，该模型完全考虑了压力三轴性对骨折的临界塑性应变的影响。脱氧裂缝模型，以提高预测其延性骨折的准确性。
关键词：高强度钢；
资料来源：Haoxiang，李·瓜伊（Haoxiang），关于单调载荷下的S690高强度钢的延性裂缝标准[J]。
doi：10.3724/j.gjgs24050108
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