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为掌握高强钢构应用过程中的先进理念、科学方法及关键技术，促进建筑业技术转型升级与高品质发展，《钢结构（中英文）》期刊于2024年第5期出版了“Q690高强钢构及其焊接关键技术的工程应用研究”专刊。专刊由香港理工大学钟国辉教授担任主编。
专刊聚焦于高强钢结构这一高性能结构体系，紧密围绕Q690高强钢在工程应用中的核心科学问题与关键技术难题。相较于常规Q235、Q355钢材，采用Q690高强钢替代常规钢材，可减小构件截面尺寸、降低结构自重及基础荷载，有效减少钢材用量并降低碳排放。然而，高强钢的焊接高温可能造成其微观组织和力学性能的显著改变，导致热影响区强度和延性折减、韧性降低，制约了高强钢构在钢结构建筑中的推广应用。
专刊收录了多篇高质量研究论文，涵盖了Q690高强钢冷成型方钢管柱的整体稳定性能、不同焊接热输入下的焊接接头性能、焊接拼接短柱轴压性能、焊接构件疲劳性能、厚板焊后力学性能、单调荷载下的延性断裂行为、钢管混凝土柱受压性能以及高强钢连接节点抗滑移性能等多个研究方向。这些研究成果为Q690高强钢在建筑结构中的安全、高效应用提供了重要的理论依据和试验数据支撑。
English Abstract
To grasp the advanced concepts, scientific methods, and key technologies in the application of high-strength steel structures, and to promote the technological transformation and high-quality development of the construction industry, the journal STEEL CONSTRUCTION (Chinese & English) published a special issue on “Engineering Application Research of Q690 High-Strength Steel Structures and Their Welding Key Technologies” in Issue 5, 2024. The special issue was edited by Professor Kwok-Fai Chung from The Hong Kong Polytechnic University.
Focusing on high-strength steel structures as a high-performance structural system, the special issue addresses core scientific questions and key technical challenges in the engineering application of Q690 high-strength steel. Compared with conventional Q235 and Q355 steels, the use of Q690 high-strength steel can reduce member section sizes, lower structural self-weight and foundation loads, effectively decrease steel consumption, and reduce carbon emissions. However, the high temperatures involved in welding can significantly alter the microstructure and mechanical properties of high-strength steel, leading to reduced strength and ductility in the heat-affected zone and decreased toughness, which limits the application of high-strength steel components in steel structures.
The special issue features multiple high-quality research papers covering topics such as the overall stability of cold-formed square hollow section columns, welded joint performance under different heat inputs, axial compression behavior of welded built-up stub columns, fatigue performance of welded members, post-weld mechanical properties of thick plates, ductile fracture behavior under monotonic loading, compressive behavior of concrete-filled steel tubular columns, and slip resistance of high-strength steel connections. These research findings provide important theoretical foundations and experimental data for the safe and efficient application of Q690 high-strength steel in building structures.
“Q690高强钢构及其焊接关键技术的工程应用研究”专刊由《钢结构（中英文）》期刊于2024年第5期出版，由香港理工大学钟国辉教授担任专刊主编。专刊的出版旨在系统展示Q690高强钢构及其焊接技术领域的最新研究成果，促进高强钢结构在建筑行业中的推广应用。
专刊所刊载的论文紧密围绕高强钢结构的核心科学问题与关键技术难题，涵盖了从材料性能、构件稳定到连接节点、焊接工艺等多个层面的系统研究。
钟国辉教授是《钢结构（中英文）》期刊编委，香港理工大学教授、博士生导师，国家钢结构工程技术研究中心香港分中心主任。钟教授长期致力于高性能钢材结构性能、极限状态分析、抗火设计及规范标准编制等研究，主持多项国家级和国际性科研项目。他发表高水平学术论文约200篇，出版专业设计指南9册，获省部级以上科技奖励多项，包括2022年度中国钢结构协会科学技术奖特等奖（排名第一）、第三届全国创新争先奖等。2023年，香港特区政府行政长官为钟教授颁授荣誉勋章，以表彰其为香港工程界作出的杰出贡献。
一、高强钢结构的战略意义与政策背景
大力发展钢结构建筑是推进建筑业实现“碳达峰、碳中和”的重要举措，是促进产业转型升级、高质量发展的重要推动力。《“十四五”建筑业发展规划》明确指出，应进一步提升建筑工业化及绿色低碳水平，实现建筑业的高质量发展。
高强钢结构作为高性能结构体系之一，近年来备受研究人员及工程界关注。相较于常规Q235、Q355钢材，Q690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，可减小构件截面尺寸，降低钢结构自重及基础部分荷载，从而有效减少钢材用量，降低结构体系的碳排放。这一技术路径符合我国新一轮绿色低碳、新型建筑工业化的发展战略需求。
二、Q690高强钢的材料特性与工程挑战
与普通钢Q355相比，Q690高强钢虽然屈强比高、断后伸长率低，但具有优异的比强度。这些特性会对结构性能产生较大影响。因此，量化这些特性对结构性能的影响，对于确认其在建筑结构中的适用性至关重要。
然而，焊接作为高强钢连接的主要形式之一，其焊接高温可能造成高强钢材微观组织和力学性能的显著改变，导致热影响区强度和延性折减、韧性性能降低。过去20年里，大量Q690-QT高强钢焊接材料及构件的力学性能试验结果表明，如果焊接控制不当，会导致高强钢微观结构出现变化，出现焊接截面的屈服强度、抗拉强度和延性显著下降的现象。这一技术瓶颈制约了高强钢构在钢结构建筑中的大规模应用。
三、现行设计规范的适用性局限
目前主要的钢结构设计规范中的轴压构件整体稳定承载力计算方法，主要是参照普通碳钢Q235和Q355的研究数据开发的，对于Q690高强钢是否适用，还须进一步验证。因此，系统检查现有设计方法对采用各种制造工艺生产的Q690高强钢轴心受压构件的适用性，具有重要的理论意义和工程价值。
专刊收录了以下主要研究论文：
该研究由宁克洋、肖蒙、钟国辉（香港理工大学土木与环境工程学院，香港理工大学国家钢结构工程技术研究中心香港分中心）完成。研究针对Q690高强钢冷成型方钢管柱轴心受压的整体稳定性能进行了系统试验研究。
研究共设计8个试件，涵盖4种截面尺寸和8种长细比，以及6mm和10mm两种板厚。试验前对试件的几何初弯曲、荷载初偏心以及截面的纵向残余应力分布均进行了测量。残余应力测量结果显示，冷成型方形截面焊缝处的内外表面均存在较大的残余拉伸应变，在截面转角区的外表面和内表面分别存在显著的残余拉伸和压缩应变。轴心受压下所有试件失稳模式均为整体弯曲失稳。
将试验结果同中国设计规范GB 50017—2017《钢结构设计标准》和欧洲规范Eurocode 3计算结果进行对比，结果表明：根据中国规范和欧洲规范建议的设计曲线计算结果均偏于保守，且中国规范建议设计曲线相比欧洲规范更为保守。建议采用中国规范和欧洲规范中的a类柱子曲线设计此类Q690高强钢冷成型方钢管柱。
该研究由陈振明、卞卡、高飞、陈俊波、肖蒙（中建钢构股份有限公司、华中科技大学、中国建筑智能建造工程研究中心）完成。研究针对高强螺栓摩擦型连接在钢结构中的广泛应用，尤其是桥梁结构中面临的现场施工装配精度低及防腐处理难题，采用电弧热喷铝结合扩孔技术开展了系统的抗滑移试验。
试验设置喷砂与喷砂+电弧热喷铝两种表面处理方式，后者包含标准孔、大圆孔、平行荷载方向长槽孔和垂直荷载方向长槽孔四种孔型。结果表明：喷砂表面抗滑移系数取0.50，电弧热喷铝表面可达0.60，表现出更优的承载能力和稳定性；各孔型试件100小时预紧力损失率为1.9%~2.9%，保持良好锁紧性能；各类扩孔孔型系数最小值分别为0.93、0.83和0.77，均高于现行规范取值，说明规范计算结果偏安全。
该研究由李梦飞、何浩祥、钟国辉（香港理工大学国家钢结构工程技术研究中心香港分中心、香港理工大学土木与环境工程学院）完成。研究聚焦于Q690高强钢在螺栓连接节点中的延性断裂行为。
近年来，高强Q690钢材因其优秀的强度与自重比，在建筑行业受到广泛关注，尤其在大跨度桥梁和超高层钢结构中，使用高强钢可以设计出更为轻量高效的结构。在分析高强度螺栓连接时，须考虑到典型的失效模式，包括螺栓断裂、拉伸失效和剪切失效等，这些经典失效模式与Q690高强钢的延性断裂密切相关。延性断裂是钢材中最常见的失效机制之一，其过程涉及损伤的发生和由应力集中引起的微观孔洞增长及合并。研究通过试验和数值方法深入了解了Q690高强钢的延性断裂机制。
该研究针对Q690-QT高强钢焊接控制不当导致微观结构变化及焊接截面屈服强度、抗拉强度和延性显著下降的问题，系统研究了不同焊接热输入对焊接接头抗拉性能的影响。
该研究对Q690和Q960钢材10~30mm厚的母材试件进行了单调拉伸试验，并开展了焊接拼接短柱的轴压试验研究，以深入评估建筑工业实用尺寸高强钢板的焊接后结构表现。
该研究通过试验方法对Q690高强钢及其焊接截面的疲劳性能进行了系统研究，以确定其疲劳强度，促进Q690高强钢在实际工程中的应用。与普通强度钢材相比，高强钢具有更高的屈服强度，可以减小构件的尺寸，且较薄的钢板厚度可以减少焊接工作量、提高焊接质量，从而避免厚板带来的焊接问题。
该研究对50mm、70mm厚的Q690高强钢板及其对接焊接件在拉伸条件下的机械性能进行了全面研究，共进行了40次拉伸试验。
该研究将高强钢应用于钢管混凝土柱，通过减小构件尺寸和自重，使结构在节省材料用量的同时获得更大的可用空间，更加经济环保。
“Q690高强钢构及其焊接关键技术的工程应用研究”专刊系统呈现了Q690高强钢结构领域的最新研究成果。专刊从高强钢材料性能、构件稳定、焊接工艺、连接节点和组合结构等多个维度，全面回应了高强钢结构在工程应用中面临的关键技术挑战。这些研究成果为Q690高强钢在建筑结构中的安全、高效应用提供了重要的理论依据和试验数据支撑，对推动我国钢结构建筑向高性能化、绿色低碳化方向发展具有积极的促进作用。
