1. Megnövekedett szilárdság: az általánosan alkalmazott S235/S355 acélokhoz képest akár 3-4-szeres szilárdsági növekedés is elérhető (S960/S1100).
2. Nincs folyási plató, emiatt az anyag folyáshatárát a 0,2%-os maradó nyúláshoz tartozó egyezményes folyáshatárral jellemezzük.
3. Kisebb a felkeményedési mérték: míg az EN 1993-1-1 [2] előírásai alapján S460-as anyagminőségig a szakítószilárdság és a folyáshatár hányadosának nagyobbnak kell lennie, mint 1,10 (fu/fy ≥ 1,10), addig ezt az értéket a nagy szilárdságú acélok nem minden esetben teljesítik. A BME korábbi anyagvizsgálati kísérletei, melyeket 22 nagy szilárdságú acélanyagon végzett (összesen 42 db próbapálcán különböző gyártó, anyagminőség vagy anyagvastagság esetén), azt mutatták, hogy a vizsgált nagy szilárdságú acélanyagok átlagos fu/fy arányának átlaga kisebb, mint 1,1.
4. Az EN 1993-1-12 [3] előírása alapján az S460 és S700 közötti acélanyag-minőségek esetén a minimális fu/fy arány határértéke 1,05. A korábban a BME által vizsgált anyagok nagy része ezt a feltételt kielégíti. A vizsgált próbatestek statisztikai kiértékelése a 2. ábrán látható.

5. Kisebb duktilitás: az Eurocode-ban az fu/fy arány a duktilitási feltételek között szerepel, habár az tulajdonképpen a fel­keményedés jelenségét írja le. Ugyanakkor szerepel az Eurocode-ban két másik feltétel is, ami már ténylegesen a duktilitás jelenségét írja le. S460-as anyagminőségig az első ilyen feltétel 15%-os minimumhatárt szab a szakadási nyúlásra (εf  ≥ 15%), a másik meg a folyási nyúlás 15-szörö­sében minimalizálja a szakadónyúlást
(εu ≥ 15εy = 15fy/E). Az S460-tól S700-ig terjedő anyagminőségek esetén az EN 1993-1-12 az első feltételt 10%-ra csökkenti, míg a másodikat változatlanul hagyja. Saját laboratóriumi kísérleti eredményeink azt mutatták, hogy a 10%-os szakadónyúlást az S500-as és S700-as acélok minden esetben teljesítették.
A képlékenységi követelmények biztosítják a törés jellegű tönkremenetelek elkerülését. Ebben a széntartalomnak igen fontos szerepe van. A széntartalom növelésével ugyan a szilárdság nő, azonban az alakíthatóság csökken. Ezért a széntartalmat 0,15–0,30% között kell tartani minden szerkezeti acélnál. A HSS típusú acélok széntartalmát egészen alacsony, 0,15%-os értéken tartva tudják biztosítani a magas szilárdságot, ugyanakkor ennek következtében jelentősen lecsökken a duktilitás mértéke. Mivel az alacsony szilárdságú acélszerkezetre kidolgozott méretezési eljárások közül számos képlet kihasználja a képlékeny teherbírási tartalékot, illetve a képlékeny tartományban bekövetkező feszültségátrendeződést, ezért az eltérő anyagjellemzőkkel bíró nagy szilárdságú acélszerkezetek méretezési eljárása felülvizsgálatra, pontosításra szorul.

Nagy szilárdságú acélszerkezetek előnyei, jellemzői, gazdaságossága

Nagy szilárdságú acélszerkezetek napjainkig elsősorban a hídépítésben terjedtek el, magasépítési felhasználásuk csekély. Költségelemzések azt mutatják, hogy a jelenlegi árszinteken még egyértelműen nem igazolható a nagy szilárdságú acélszerkezet gazdaságossága sem a hídépítésben, sem a magasépítésben. Hidaknál azonban előtérbe kerülhetnek előnyös tulajdonságai, önsúlycsökkentés és ezáltal igénybevétel-csökkentés révén, illetve szükség esetén a szerkezeti magasság csökkentése érdekében. A nagy szilárdságú acélszerkezetek előnyei a hagyományos szilárdsági osztályú szerkezetekkel szemben a következők:

• kisebb önsúly és anyagmennyiség;
• karcsúbb, és ezáltal kedvezőbb megjelenésű szerkezetek;
• fesztávnövelés, és ezáltal esetleg pillér­számcsökkentés lehetősége;
• kisebb szerelési költség (kisebb varratméretek a vékonyabb lemezek miatt, kisebb előmelegítési igény a kedvezőbb hegeszthetőség miatt);
• egyszerűbb szállíthatóság és összeszerelhetőség a kisebb önsúly következtében;
• a kedvezőbb szívóssági tulajdonság csökkenti a ridegtörési kockázatot, és növeli a szerkezet megbízhatóságát az élettar­tama alatt;
• kedvezőbb fenntarthatóság, jobb korrózióállóság, mely növeli a szerkezet élettartamát.

Több korábbi nemzetközi szakirodalomban publikált tanulmány is arra az eredményre jutott, hogy a nagy szilárdságú acélanyag más, alacsonyabb szilárdságú anyaggal együtt lehet igazán gazdaságos, például hibrid tartókban (övlemez nagy szilárdságú, gerinclemez normál szilárdságú acélból készül), vagy öszvérszerkezetekben felső vasbeton pályalemezzel, ahol a nagy szilárdságú szerkezeti elemek dominánsan húzottak [4]. További felhasználási alternatíva, hogy szerkezetek bizonyos részei nagy szilárdságú, bizonyos részei normál szilárdságú acélból készülnek (például nagy fesztávolságú hidak mezőközépi része nagy szilárdságú acélból, támaszközeli részei normál szilárdságú acélból). Az anyagköltség-csökkenés továbbá magával vonja a szerelési, szállítási és építési költség csökkenését is, mivel kisebb tömegű szerkezeteket kell szállítani, mozgatni, emelni. Továbbá a kedvezőbb időállósági és korrózióállósági tulajdonság következtében a híd élettartama során is kisebb költségekkel lehet számolni. A kül­földön hagyományosan 10 évenkénti festés (ami jelentős költség) csökkenthető a nagy teljesítőképességű acélanyag alkalmazásával.
Japánban a Tokyo Institute of Tech­n­o­logy és a Japan Iron and Steel Federation közös kutatási projekt keretében végzett költségszámításokat kis/közepes, valamint nagy fesztávolságú hidak esetén a nagy teljesítőképességű acélanyagok felhasználásával a várható költségcsökkenés meghatározására [1]. Két kialakítású hídszerkezetet vizsgáltak: egy 53 m fesztávolságú két főtartós autópályahidat és egy rácsos, ortotróp pályaszerkezetű, 69 m fesztávolságú hidat. A számítások azt mutatták, hogy a kis fesztávú szerkezetek esetén az S355-ös acélanyaghoz képest a magasabb folyáshatár a fáradási határállapot miatt csak kismértékű súlycsökkenést tud eredményezni. Nagyobb fesztávolságú hidaknál azonban, ahol a fáradási határállapot kisebb szerepet kap, egészen az S600-as acélanyagig számottevően csökkenthető a szerkezet önsúlya, és ezáltal az anyagfelhasználás mennyisége.
Komoly kutatást és gazdaságossági számításokat végeztek Portugáliában 2014 és 2018 között S690-es acélanyag közúti hídépítésben való alkalmazására [5]. Összehasonlító tanulmány készült egy 21,5 m kocsipálya-szélességű, 80 m fesztávolságú, folytatólagos többtámaszú, két főtartós, nyitott keresztmetszetű öszvérszerkezetben a nagy szilárdságú acélanyag alkalmazásának elemzésére. A kutatók két szerkezeti alternatívát dolgoztak ki és hasonlítottak össze, az első S355 NL, a második variáns S690 QL acélanyagból készült. A gazdaságossági számításhoz alkalmazott szerkezet geometriája a 3. ábrán látható.

A számítás eredménye azt mutatta, hogy a nagy szilárdságú acél alkalmazásával közel 25%-os acélanyag-megtakarítás érhető el. Ezenkívül a kutatók még arra jutottak, hogy a nagy szilárdságú acél alkalmazásának révén a megtervezett hídszerkezet lemezei horpadás szempontjából érzékenyebbek, a lemezvastagság-csökkentések következtében ugyanakkor ridegtöréssel szemben kismértékben kedvezőbbek lettek. A mértékadó határállapot a nagy szilárdságú acél alkalmazása esetén a fáradás volt – a 80 m-es fesztáv ellenére. További előnye a nagy szilárdságú variánsnak, hogy a tompavarratok mennyisége a hídban a lemezvastagságok csökkenése miatt jelentősen (közel 35%-kal) csökkent, ami számottevő építésiköltség-csökkenéshez vezethet.
2011-ben koreai kutatók igyekeztek optimalizálni a nagy szilárdságú acélanyag felhasználását hídszerkezetekben [6]. Három különböző acélanyagot (S500, S600 és S800) vizsgáltak. Az optimalizálás során kidolgozott öszvérszerkezeti variánst a 4. ábra mutatja be, mely kombinálja a rácsos szerkezeti kialakítást a tömör ge­rincű tartókkal.