关于钢结构脆性破坏的认识与分析
浅谈钢材的脆性
性会显著降低 ，出现蓝脆现象。当温度从常温开始下降肘， 材料的 缺 口韧性将随之降低， 材料逐渐变脆 。这种性质称为低温冷脆。不 同的钢种， 向脆性转化的温度并不相同。同一种材料， 也会由于缺 口形状的尖锐程度不同， 而在不同温度下发生脆性断裂。 ４ 冷加工硬化 ． 冷加工引起的应变硬化和随后出现的应变 时效使钢材的屈服 点得到提高，但钢材的塑性和韧性却大大降低，使钢材变脆。 ５ 复杂应力 ． 在复杂应力 作用 下，结构 的塑性 降低 ，脆性增加 。 ６ 加载速度 的影 响 ． 荷载在结构上作用速度很快时，材料的应力一 应变特性就要发 生很大的改变 。随着加载速度增大， 屈服点将提高而但韧性降低 。
量过高， 晶粒较粗， 夹杂物等冶金缺 陷严重， 韧性差等；较厚的钢材 辊轧次数较少，材质差、韧性低，可能存在较多的冶金缺陷。 ２ 冶炼方法和轧制工艺 ． 不 同的冶炼 方法 及轧制工艺会 形成不 同的 内部组织和 晶粒 结构及大小 ，细化 晶粒可 以使基体变 形更加均匀 ，晶界增 多可 以有效的阻止裂纹 的扩 张， 因塑性变 形引起 的位错 的塞积 因晶 界面积 很大也不会很 大，可 以防止裂 纹的产生 ，从 而提高材料
参考文献： 【 夏志斌， １ 】 姚谏． 钢结构原理与设计［ ． ＭＩ 中国建筑工业 出版社． 作 者简介： 艾永强 （ ９８ ），男 ，湖南郴州 人，现就读于 中南大 学土木建 筑学院，主要从 １８－ 事土木工程方面研究。 杨晨 （９ ７ ） ，女 ，黑龙江大庆人 ，现 就读于 中南大学土木建筑 学院，主要从 １８－ 事工程管理方面研究。
措施显得格外重要。 【 关键 词】脆性 ；热脆 ；冷脆；断裂因素；防治措施
钢结构脆性断裂与疲劳破坏浅析
钢结构脆性断裂与疲劳破坏浅析一、脆性断裂钢材或钢结构的脆性断裂是指应力低于钢材抗拉强度或屈服强度情况下发生突然断裂的破坏。
钢结构尤其是焊接结构，由于钢材、加工制造、焊接等质量和构造上的原因，往往存在类似于裂纹性的缺陷。
脆性断裂大多是因这些缺陷发展以致裂纹失稳扩展而发生的，当裂纹缓慢扩展到一定程度后，断裂即以极高速度扩展,脆断前无任何预兆而突然发生破坏。
钢结构脆性断裂破坏事故往往是多种不利因素综合影响的结果，主要是以下几方面：(1)钢材质量差、厚度大：钢材的碳、硫、磷、氧、氮等元素含量过高，晶粒较粗，夹杂物等冶金缺陷严重，韧性差等；较厚的钢材辊轧次数较少，材质差、韧性低，可能存在较多的冶金缺陷。
(2)结构或构件构造不合理：孔洞、缺口或截面改变急剧或布置不当等使应力集中严重。
(3)制造安装质量差：焊接、安装工艺不合理,焊缝交错，焊接缺陷大，残余应力严重；冷加工引起的应变硬化和随后出现的应变时效使钢材变脆。
(4)结构受有较大动力荷载或反复荷载作用：但荷载在结构上作用速度很快时（如吊车行进时由于轨缝处高差而造成对吊车梁的冲击作用和地震作用等），材料的应力-应变特性就要发生很大的改变。
随着加荷速度增大，屈服点将提高而韧性降低。
特别是和缺陷、应力集中、低温等因素同时作用时，材料的脆性将显著增加。
(5)在较低环境温度下工作：当温度从常温开始下降肘,材料的缺口韧性将随之降低,材料逐渐变脆。
这种性质称为低温冷脆。
不同的钢种，向脆性转化的温度并不相同。
同一种材料,也会由于缺口形状的尖锐程度不同，而在不同温度下发生脆性断裂。
所以，这里所说的"低温"并没有困定的界限。
为了确定缺口韧性随温度变化的关系，目前都采用冲击韧性试验。
显而易见,随着温度的降低，Cv能量值迅下降，材料将由塑性破坏转变为脆性破坏。
同时可见，钢材由塑性破坏到脆性破坏的转变是在一个温度区间内完成的，此温度区T1－T2称为转变温度区。
在转变温度区内，曲线的转折点〈最陡点〉所对应的温度T0称为转变温度。
钢结构基本原理第9章 钢结构的脆性断裂与疲劳破坏 (2)
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第二节钢结构的疲劳破坏 一、疲劳破坏的概念
钢材在持续反复荷载作用下，虽然其应力低于 强度极限，甚至还低于屈服极限，仍会发生突然的 脆性断裂破坏，称为钢材的疲劳。金属结构的疲劳 按其断裂前的应力大小和应力循环次数可分为高周 疲劳和低周疲劳两种，钢结构只考虑高周疲劳计算。
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一、疲劳破坏的概念
钢材的疲劳破坏过程: 裂纹的形成→裂纹的缓慢 扩展→裂纹的迅速断裂。 疲劳破坏属于没有明显变 形的脆性破坏，危险性较 大。疲劳破坏的断口如图 9-6所示。
图9-6 断口示意 1-光滑区 2-粗糙区
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二、影响疲劳破坏的因素 钢结构的疲劳破坏先决条件是微观裂纹的形成 和裂纹部位的应力集中，然后取决于作用的连续重 复荷载产生的应力因素——应力比或应力幅，以及 应力循环次数等。
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(一)微观裂纹和应力集中 钢材生产和制造等过程中，在结构的某些部 位存在着局部微小缺陷， 即“类裂纹”。随着裂 纹的逐渐开展，应力集中现象越来越严重，进而 促使裂纹更继续开展。当重复荷载达到一定循环 次数时，裂纹的发展将使截面削弱更多，导致承 受不了外力作用，最终发生脆性断裂，形成疲劳 破坏。
8
(三)材料韧性 影响材料韧性的因素除了化学成分、冶炼方 法、浇铸方式、轧钢工艺、焊接工艺等之外，钢 板厚度、应力状态、工作温度和加荷速率等有明 显的影响。 （1）钢板厚度 图9-2示出材料断裂 韧性随厚度变化的情况， 钢板厚度越大，韧性越 低，破坏的断面越平整， 表明是脆性破坏。 图9-2断裂韧性随 厚度变化
5
(一) 裂纹 当裂纹扩展到临界尺寸，脆性断裂就会发生 。当一块板处于平面应变条件下（图9-1），如果 应力强度因子 K1 a K IC (9-1) 则裂纹将迅速扩展而造成断裂。
关于钢结构脆性破坏问题研究综述
２ ３ ６ ・
工程 科技
Байду номын сангаас
关于钢结构 脆性破坏 问题 研究综述
徐丽丽 １ ， ２ （ １ 、 广西 大学， 广西 南宁 ５ ３ ０ ０ ０ ３ ２ 、 广西 交通职业技 术学院， 广西 南宁 ５ ３ ０ ０ ２ ３ ）
摘 要： 针 对 钢 结 构脆 性 破 坏 问题 进 行 了论述 。 关键 词 ： 钢结构 ； 脆性 ； 破 坏
钢结构是土木 工程 的主要结构种类之一 ， 我国 自新中 国成立以 此外冷加工 、 加载速率对其均有影响 ， 在设计时应加以注意 。另 后， 随着经济建设的发展 ， 特别是实行改革开放政策 以后 ， 钢结构得 外 ， 在使 用上 ， 要 求使 用者不能在 主要 构件上任意焊接 附件或作 为 必须时要 经设计 同意 ； 尽量避免超载 ， 要 注意定期 油漆防 到了前所未有的发展 ， 应用的领域有了较大的扩展。高层和超高层 受力支承， 房屋 、 多层房屋 ， 单层轻 型房屋 、 体育场馆 、 大跨度会展 中心 、 城市桥 护 ， 及 时检修 ， 避 免对结构 的猛烈 敲打 、 撞击 和机械损伤 ； 当气 温低 梁和大跨度公路桥梁等都 已采用钢结构。 钢结构 与其他材料建造的 于结构的设计工作温度时 ， 应对结构进行保暖。 结构相 比， 具有许多优点 ， 比如其强度高 、 材性好 、 工业化程度 高、 工 ３脆 性 断 裂 事故 期短 、 密封 性好 、 抗震性 好等等 ， 但是钢结构 ， 特别是焊接 钢结构受 １ ９ １ ２年 ４月 １ ０ Ｅ ｔ ， 泰坦尼克号从英 国南安普敦 出发 ， 前往 Ｅ ｌ 的 材料性质 ， 加工工艺等方面的因素影响 ， 不 可避 免地存在 各种 缺陷 ， 地美 国纽约 ， 开始 了这艘 “ 梦幻 客轮” 的处 女航 。然 而 ４月 １ ４ 日晚 加之使用条件 的不利作用（ 如超载 、 低温、 动载等 ） 易发生各类 事故 ， １ １ 点４ ０分 ， 泰坦尼克号在北大西洋撞上 冰山（ 大约在 ４ １ 。４ ３ ’ ５ ５ ． ６ ６ 其中脆性破坏 的事故 占相当大的比例ｌ ｌ ｌ 。 “ Ｎ ４ ９ 。５ ６ ’ ４ ５ ． ０ ２ ” Ｗ 附近 ） ， 两小时 四十分钟后 ， ４月 １ ５日凌晨 ２点 钢材的脆性断裂时钢结构 在静 力或加载 次数不多 的动荷载作 ２ ０分沉没 ， 由于只有 ２ ０艘救生艇 ， １ ５ ２ ３ 人 葬身海底 ， 造成 了当时在 用下发生 的脆性破坏 。脆性 破坏在破 坏前 无明显变形 ， 平均应力亦 和平时期最严重的一次航海事故 。 小， 没有任何预兆 ， 破坏断 口平 直和呈有光泽的晶粒状。 脆Ｉ 生 破坏时 这艘偌大的游 轮究竟 为什么会沉于海底呢？ 由于技术上的原因 ， 突然发生 的 ， 事先毫无警 告 ， 危 险性 大 ， 根本来 不及 补救 ， 应尽量避 直至 １ ９ ９ １ 年。 科学考察 队才开始到水下对残骸进行考察 ， 并收集了 免。 在焊接结构逐渐取代铆接结构时期 ， 脆性事故增 多 ， 他们多数出 残骸 的金属碎片供科研 用。 这些碎 片以及沉船在海底的状况使 人们 现在桥梁 、 橱柜 、 船舶 、 吊车梁等钢结构 中。 终 于解 开了 巨轮 “ 泰坦尼克号 ” 罹难之谜 。考察 队员们 发现 了导致 １影响钢 结构脆性断裂的因素 “ 泰坦尼克号” 沉没重要细节 。 引起钢结构脆性 断裂的因素有很多 ， 根据 同济大学教材 《 钢结 造船工程师只考虑到要增加 钢的强度 ，而没有想 到要增加其韧 构基本原理 中指 出其直接 的因素是裂纹尺寸 、 作用应力 的方式 、 性。 把残骸 的金属碎片与如今的造船钢材作一对 比试验 ， 发现在“ 泰 大小 ， 以及 材 料 的 韧 性 。 坦尼克号” 沉没地点的水温 中 ， 如今 的造船钢材在受 到撞 击时可 弯 １ ． １裂纹 成 ｖ形 ， 而残骸上 的钢材则因韧性 不够 而很快断裂 。由此发现 了钢 结构 内部总会存在不 同类型 和不 同程度 的缺 陷， 这些缺陷 的存 材 的冷脆性 ， 即在 一 ４ ０ ℃～ ０ ℃的温度下 ， 钢材 的力学行 为 由韧 性变 在通常可看成是结构内部 的微小裂纹 ，当裂纹扩展 到临界尺 寸 ， 脆 成脆性 ， 从而导致灾难性 的脆性 断裂。而用现代 技术炼的钢只有在 性 断裂 就会 发生 。因此 ， 应尽可能通过控制施 工工艺 、 改善 细部设 ７ ０ ℃一 一 ６ ０ ０ Ｃ的温度下 才会 变脆 。 不过不能责怪 当时的工程师 ， 因 计、 加强质量检 查等方法减小结构 内部 的缺陷 ， 也 就是减小结 构 内 为当时谁也不知道 ， 为了增加钢的强度而往炼钢原料中增加大量硫 部 的微小裂纹。 化物会 大大增加钢 的脆性 ， 以致酿成 了“ 泰坦尼克号 ” 沉没 的悲剧 。 １ ． ２应 力 这一悲惨 的事故证明了低温下钢材 的冲击 韧性变差 ， 以及钢材 如果构 件中有较严重 的应力集 中和较 大的残余拉应 力则容易 中含硫含碳 高会 导致其脆性增加 。 引起构件 的脆性断裂。 构件中的应力集 中和残余拉应 力则 与构件 的 结 束 语 构造细节和焊缝位置 、 施工工艺等有关 。在设计时应避免焊缝过于 随着经济 的发展和技术 的进步 ，钢结构 的应用会越来越广 泛 ， 集中、 构件截面的突然变化 以及在施焊时会产生严重拘束应力 的构 但 同时 由于设计 、 施工 、 使用 以及钢材质量等方 面的原 因 ， 使得钢结 造。 构存在着脆性破坏 的隐患 ， 而脆性破坏一旦发生 ， 由于其危 险性 大 、 １ ． ３材 料 无补救措施 ， 损失会很惨重 ， 本文通过对脆性破坏 的影 响因素 、 防止 与脆性 断裂有关的因素还有材料 的韧性 。 而影响材料韧性 的因 措施 以及工程实例的简要 分析 ， 旨在引起工程界对钢结构脆性破坏 素主要 有 ： 化学成分 、 冶炼方法 、 浇铸方式 、 轧钢工艺 、 焊接 工艺 以及 的重视 ， 从 而能更好 的避免更大事故的发生 。 钢板厚 度 、 应力状态 、 工作温度 、 加荷速率等 。如厚钢板 的韧性低 于 参考 文献 薄钢板 ， 一个原 因是轧制过 程造 成 内部组织 的差别 ， 另一个原 因是 ［ １ 】 王元清． 钢结构脆性破坏事故分析［ Ｊ １ ． 工业建筑 ， １ ９ ９ ８ ， ２ ８ （ ５ ） ． 应力集 中下 ， 厚板接近 于平 面应变受力状态 ， 较薄板 的平 面应力状 ［ ２ ］ 苏益 声， 许安邦 ， 陈宗平． 钢结构脆性破坏 浅析『 Ｊ １ ． 广西 大学学报 ， 态更为不利 。另外工作温度。随着温度的下降 ， 冲击 韧性 也不 断下 ２ ０ ０ ３ 。 ２ ８ （ ３ ） ． 降， 当温度下降到一定程度后 ， 材料 出现脆性破坏 ， 冲击韧性 降得很 【 ３ ］ 沈祖 炎， 陈 扬骥 ， 陈 以一 ． 钢 结 构 基本 原 理 ［ Ｍ】 ． 北京 ： 中 国 建 筑 工 业 低， 且 基本为一常量 。 因此当工作温度很低时 ， 所采用 的材料的 冲击 出 版 社 ． ２ ０ ０ ５ ． 韧性不应低于脆性破坏范 围。 Ｉ ４ 】 马德 志， 高良， 戴为志． 国家体育场“ 鸟巢” 钢结构焊接 工程 “ 合拢 ” ２防止 钢 材 脆 性 断 裂 的措 施 技 术『 Ｊ １ ． 全 国铜结构学术年会论 文集， ２ ０ １ ０ ， １ ０ ． ａ ． 加 强施焊工 艺管理 ， 避免施 焊过程 中产生裂 纹 、 夹渣 和气泡
钢结构脆性破坏分析
钢结构脆性破坏分析结构的脆性破坏是各种结构可能破坏形式中让人最头痛的一种破坏。
脆性断裂破坏前结构没有任何征兆不出现异样的变形，没有早期裂缝。
脆性断裂破坏时，荷载可能很小，甚至没有任何荷载的作用。
脆性断裂的突发性，破坏过程的瞬间性，根本来不及补救，大大增加了结构破坏的危险性。
一、钢结构脆性断裂的特征脆性破坏，破坏时几乎不发生变形，而且是瞬间发生，破坏时应力低于极限承载力。
钢材晶格之间的剪切滑移受到限制，使变形无法发生，脆性破坏的结果是钢材晶格间被拉断。
发生的机会较多，因此非常危险。
在处于韧性状态的材料中，裂纹的扩展必须有外力做功。
如果外力停止做功，裂纹也就停止扩展。
在处于脆性状态的材料中，裂纹的扩展几乎不需要外力做功，仅在裂纹起裂的时候，从拉应力场中释放出的弹性能可驱动裂纹极为迅速的扩展。
对于钢结构，发生脆性破坏时，已经注意到主要有以下一些共同的特征：残余应力的存在在某些构件的空洞、缺口、尖锐凹角、截面突变及焊接部分引起三轴向拉力；所用钢材对含有大量非金属杂质很敏感；板厚度过大影响；应力集中影响；多数破坏发生在低温情况下；焊接和钢材中冶金质量影响；脆性断裂在所有情况下发生都是突然的。
二、影响钢结构脆性断裂的因素2.1 裂纹断裂力学的出现，较好的解答了钢结构低应力脆断问题。
钢结构或构件的内部总是存在不同类型和不同程度的缺陷。
比如对接焊缝的未焊透，角焊缝的咬边，未熔合等。
这些缺陷通常可作为裂纹看待。
断裂力学认为，解答脆性断裂问题必须从结构内部存在微小裂纹的情况出发进行分析。
断裂是在侵蚀性环境作用下，裂纹扩展到临界尺寸时发生的。
裂纹有大小之分。
尤其是尖锐的裂纹使构件受力时处于高度应力集中。
裂纹随应力的增大而扩展，起初是稳定的扩展，后来达临界状态，出现失稳扩展而断裂。
对于高强钢材制作的结构，构件中储存的应变能高，断裂的危险性也就大于用普通钢材的结构。
因此，对高强钢材的韧性应要求更高一些。
2.2 应力集中的影响钢结构由于孔洞、缺口、截面突变等不可避免，在荷载作用下，这些部位将产生局部高峰应力，而其余部位应力较低且分布不均匀的现象称为应力集中。
钢结构的脆性断裂和疲劳
一、概念 1、循环荷载——结构或构件承受的随时间变化的荷载。
PP 1 A 1
A 1-1
（1）应力循环 --构件截面应力随时间的变化。
（2）应力幅 在循环荷载作用下，应力从最大到最小重复一次
(拉） max 0
max(1 k ) o
f
D
y
1 C(o,o) 1
式中：
B( 1, 1)
A
（
min
压
）
（
min
拉
）
非焊接结构的疲劳图
k o 1 , 1
(2 13) min
max
K---与构造形式有关的系数,由试验确定.
由上述推导可知，对于非焊接结构和轧制钢材， 疲劳强度与最大应力、应力比、循环次数和缺口效应 （构造类型的应力集中情况）有关。
应力幅对焊接结构的疲劳强度有很大影响，而与 名义最大应力σmax和应力比ρ无关。
（3）应力循环次数N（疲劳寿命）
应力幅越低，则作用循环次数
fy
就越多，即疲劳寿命越高。
1
2
b
N1 N2
0 1 2 3 4 5 6 NX105
应力循环次数N<5×104，不需要进行疲劳计算。
（一）常幅疲劳的疲劳强度计算
由试验结果，以及上述分析可知钢材的疲劳强度 主要与构件和连接分类（内部缺陷、应力集中、残余 应力）、应力循环次数和应力幅有关。
（1）构件和连接的分类
材料内部缺陷 缺陷构造缺陷 应力集中
残余应力（焊接，火焰切割，轧制边）
（2）应力幅（Δσ）和应力循环特征（应力比ρ）
钢结构脆性破坏事故分析
研究背景
钢结构脆性破坏是指钢材在受力过程中突然发生脆性断裂，导致结构失效。这 种现象在低温环境下尤为突出，因为钢材的脆性断裂强度随温度的降低而显著 下降。目前，国内外学者对钢结构脆性破坏的研究主要集中在材料脆化、构件 承载力和稳定性等方面。然而，对于低温环境下钢结构脆性破坏的机理和防治 方法仍需进一步探讨。
（2）结构设计不合理：通过对结构设计进行复核，发现部分节点的连接方式 不合理，导致应力集中。在长期使用过程中，这些节点逐渐产生疲劳损伤，最 终导致脆性破坏。
（3）施工过程中的问题：事故调查发现，部分钢构件的焊接工艺不当，存在 焊接缺陷。这些缺陷在结构使用过程中逐渐扩展，最终导致脆性破坏。
3、脆性破坏的预防措施
根据本次事故的原因和机制，提出以下预防措施：
（1）加强钢材质量控制：选用符合规范要求的优质钢材，确保进场材料符合 设计要求。同时，对进场钢材进行严格检验，防止不合格材料进入施工现场。
（2）优化结构设计：对钢结构进行精细化设计，避免应力集中。考虑结构在 使用过程中的疲劳损伤，采取相应的加强措施。
钢结构脆性破坏事故分析
01 引言
目录
02 事故案例
03 脆性破坏原理
04 预防措施
05
钢结构脆性破坏事故 的调查与分析
06 参考内容
引言
随着建筑行业的快速发展，钢结构在各种工程项目中的应用愈发广泛。然而， 钢结构脆性破坏事故的频发，给建筑物的安全性带来了严重威胁。本次演示通 过分析一起典型的钢结构脆性破坏事故，探讨事故的原因、预防措施以及对未 来的启示。
本起事故涉及的体育馆为钢网架结构，跨度大、空间受力复杂。事故发生时， 部分钢构件在没有明显塑性变形的情况下突然断裂，导致整个网架结构塌陷。 由于事故发生在施工阶段，幸亏现场没有人员伤亡。
谈钢结构工程事故的原因分析和处理对策
谈钢结构工程事故的原因分析和处理对策摘要：本文从钢结构工程的深化设计、加工制作、安装施工、使用4个阶段出现的问题会导致结构的损伤与破坏，从而造成事故。
并对事故的类型、原因进行了解剖，针对做好钢结构工程的深化设计，钢结构构件加工质量的控制,严、准、细控制钢结构安装施工技术作了相应对策.关键词：钢结构事故深化设计加工制作安装施工处理对策ABSTRACT:This article from the steel structure project’s deepened design, the processing manufacture, the installment construction, will use the question which 4 stages will appear to cause the structure the damage and the destruction, will thus create the accident. And to accident’s type, the reason has carried on the dissection, i n view of completesthe steel structure project the deepened design, the steel structure millwork quality control，strict, accurate，controlled the steel structure installment construction technique to make the corresponding countermeasure thin。
KEY WORDS：Dteel structure Accident Deepened design Processing manufacture Installmentconstruction Processing countermeasure1钢结构事故的类型整体事故：结构整体或局部倒塌[1］。
钢结构脆性破坏事故分析(1)
工程事故分析钢结构脆性破坏事故分析王元清(清华大学土木工程系 100084) 钢结构的破坏通常可分为塑性和脆性两种形式。
其中脆性破坏是结构极限状态中最危险的破坏形式之一,这主要由于它的发生往往很突然、没有明显的塑性变形,而且构件破坏时的承载能力很低,带来的损失也十分惊人。
1 钢结构脆性事故的原因分析钢结构,特别是焊接钢结构受材料性质、加工工艺等方面因素影响,不可避免地存在各种缺陷,加之使用条件的不利作用(如超载、低温、动载等),易发生各类事故。
而在钢结构的事故中,脆性破坏占相当大的比例。
文献[5]给出了钢结构事故中各种破坏类型所占的比例(见表1)。
可见,有必要深入开展钢结构的脆性破坏方面的研究。
表1 钢结构各破坏类型在工程事故中所占的百分比破坏类型1951～197759起事故1951～195969起事故1950～1975100起事故整体或局部失稳224441母材破坏 塑性破坏脆性破坏62717814钢材的疲劳破坏1653(考虑焊缝)焊接连接的破坏152624螺栓连接的破坏43其它类型破坏1087早在1971年国际焊接协会(International Insti-tute of W elding)就对60个焊接钢结构脆性破坏实例进行了统计分析[1],并根据所占比例总结出14个最主要的影响因素(参见表2)。
其中每个脆性破坏的实例并不是由单一因素引起的,而是多个因素共同作用的结果,所以表中列举的实例总数不是60个,而是126个。
表2 国际焊接协会对焊接钢结构脆性破坏的实例统计分析结果序号影响因素实例数 百分比1钢材对裂纹的敏感性2620.62结构构造缺陷1814.33构件的焊接残余应力1713.54钢材冷作与变形硬化1411.15疲劳裂纹97.26其它焊缝缺陷97.27结构工艺缺陷97.28结构超载8 6.39构件的热应力6 4.810焊接热影响区的裂纹3 2.411钢材的热处理3 2.412焊缝的裂纹2 1.613钢材的冷加工10.714腐蚀裂纹10.7总 计126100.0 作者在留学期间曾对前苏联223个工程中发生的350个钢结构脆性破坏实例进行了统计分析[2]。
浅谈对钢结构脆性断裂的认识
浅谈对钢结构脆性断裂的认识[摘要]结合结构事故，分析钢结构发生脆性断裂的原因，影响结构脆性破坏的因素，提出防止钢结构破坏的措施和方法。
[关键词]钢结构脆性破坏影响因素预防措施。
近年来，随着我国经济的发展，建筑钢结构的使用越来越广泛，特别是轻型钢结构的发展更是如火如荼，钢结构因特有的优越性，越来越受到工程师和用户的青睐，但在推广应用的同时，我们必须对钢结构的脆性破坏及其影响因素有足够的认识，并制定相应的防范措施。
本文就钢结构产生脆性破坏的要因及其防止措施作一介绍。
一、钢结构事故1951年加拿大魅北克市的杜佩礼西斯桥梁跨断裂于冰冻的河床中，当时气温为-35℃。
该桥建立于1947年，为全焊接结构，由6跨54.88m和2跨45.73m 组成，在使用27个月后，发现桥的东端有裂纹，曾用新钢板焊补。
该桥所用钢材的含碳量为0.23%～0.4%，含硫量为0.04%～0.116%，冲击韧性很低，且夹杂物很多。
1967年12月，美国西弗吉利亚一座建造于1928年大桥突然断裂塌落，检查发现其关键部位一腹杆孔眼受力劣化并有应力腐蚀造成的疲劳断裂，钢材的韧性很低，按照断裂力学推算，可能在使用后几十年后破坏。
1995年日本阪神大震灾，致使很多建筑钢结构产生脆性破坏。
日本调查了8栋建筑钢结构的柱、梁接合部，其中，四栋为工厂焊接接头，脆性破坏有2396处；4栋工地焊接接头有10112处。
最新研究表明，在地震力作用下，梁，尤其是梁端节点处由于超载经历了很大的塑性变形，由于钢材本身的缺陷，存在裂缝，这样加快了断裂的成长，造成巨大的破坏。
二、钢结构脆性破坏的特征钢结构的脆性破坏形式主要有三种：失稳破坏，脆断破坏，疲劳破坏。
其总体特征是对缺陷非常敏感，破坏发生很突然，之前没有明显的塑性变形，破坏时构件的应力低于材料的屈服强度，带来的损失也十分惊人。
对于钢结构，发生脆性破坏时已经注意到主要下一些共同的特征：1、残余应力的存在要在某些焊接部分引起三轴向拉力；2、所用钢材对含有大量非金属杂质很敏感；3、多数破坏发生在低温情况下；4、板厚度过大影响；应力集中的影响；5、焊接和钢材中冶金质量影响；6、脆性断裂在所有情况下都是突然发生的。
钢结构构件脆性断裂的分析及控制措施
第22卷第1期2004年3月 河北建筑工程学院学报JOURNAL OF HEBEI INSTITU TE OF ARCHITECTURAL EN GINEERIN G Vol.22No.1March 2004收稿日期:2002-12-09作者简介:男,1975年生,讲师,张家口市,075024钢结构构件脆性断裂的分析及控制措施李志强1 孟志山2 房东升31河北建筑工程学院;2张家口市第一建筑工程有限公司;3栾城县建设局摘 要 主要就钢结构构件脆性断裂的因素进行深入分析.从实践出发,对目前国内外有代表性的钢材脆性评定方法进行简要介绍.并就钢结构在设计和制造上如何预防和控制脆性断裂提出了具体的措施.关键词 脆性断裂;因素;评定方法;控制措施中图号 TU311从19世纪末期钢结构大量采用开始,因钢结构脆性断裂而导致的事故不断出现,有一些造成了重大人员和财产损失.世界上第一次有记录的钢结构脆性断裂破坏发生于1886年10月,美国纽约州长岛的格拉凡森(Gravesend ,Long Island ,N ・Y ・)一个大的铆接立柱式钢水塔在一次以静水压力验收试验中,水塔下边截面25.4mm 厚板突然沿6.1m 长竖向裂开,裂开部位是由很脆钢板组成.我国近期发生的如1996年吉林省五道江大桥(跨度28m ),大桥桥架第一、二根斜拉杆脆性断裂,桥节点有裂缝0.1～0.2mm 宽,共计裂缝700多条,幸亏发现及时未致重大事故发生.1 钢结构脆性断裂的因素导致钢结构构件脆性断裂的因素很多,主要因素有化学成份、温度、构件厚度、冶金缺陷、构造缺陷、设计缺陷等,限于篇幅及论文侧重点,只简要论述最基本的前三种因素.1.1 钢中碳、硫、磷元素含量的影响钢中碳元素含量增高会使钢的脆性转变温度升高.随含碳量的增加,钢的最大恰贝冲击值显著降低.恰贝冲击值与试验温度曲线梯度趋于缓慢,而脆性转变温度显著升高,如图1所示.钢中磷含量的增加使晶界断裂应力降低,脆性转变温度升高.文献[1]指出钢中含0.1%以上的磷就会引起晶界断裂应力降低.磷对钢脆性转变温度影响如图2所示,随磷含量增加,钢脆性转变温度升高.硫与磷的存在对钢的断裂韧性起有害作用.随硫、磷含量增加,钢的K 1c 值下降.文献[2]提供了硫、磷对40SiMnCrMoV 超高强度钢的K 1c 影响,如图3和图1所示.硫、磷含量增加使该钢K 1c 降低,硫危害性更大.文献[3]指出:AISI4345钢随硫含量增加使K 1c 值降低.但个别现象是GCr15钢中硫含量增加反而有利于K 1c 值提高.钢中锰元素的存在对改善其脆性性能有一定帮助,随锰与碳之比值提高,碳、磷有害作用下降,钢的脆性转变温度显著降低.如图4所示.硫、磷降低钢的断裂韧性的原因,主要有两点:1)偏聚于原始奥氏体晶界,促使晶界脆化.2)硫化学反应生成MnS 在基体中形成脆性微裂纹起源核心,使微裂纹成核源增加,导致脆断容易发生.减少钢中硫、磷含量是改善钢断裂韧性的重要途径,特别是超高强度钢.选用适宜冶炼方法是提高钢的纯度最直接、最易实现的途径,与普通电炉炼钢法相比,采用真空冶炼能提高钢的纯度,超高强度钢表1 S 、P 对钢的K 1c值的影响一般用真空自耗炉(或真空电弧炉)重熔,以减少钢中杂质和偏析,以提高钢断裂韧性.各先进工业国都对硫、磷含量作了较低规定,一般都限于0.06%以下,但我国各大钢厂所产钢材偏析依然较重,质量不稳定,影响偏析的因素中(铁矿石元素、炼钢方法、钢锭大小、冶炼技术等),主因是炼钢方法和冶炼技术.偏析大将会引起热脆、冷脆、裂缝、疲劳等一系列问题.1.2 钢板厚度对脆性断裂的影响随着工业经济水平的提高,工程结构大型化成为趋势,构件钢板厚度有大为增加趋势,而钢板厚度92第1期 李志强 孟志山 房东升 钢结构构件脆性断裂的分析及控制措施增加,对钢脆性断裂有较大影响,厚钢板的缺口韧性差已由试验证明.在V 型恰贝试验中,随钢板厚度增加,脆性转变温度(FA TT )提高,如图5所示.由止裂试验证明:低碳钢板厚由50mm 增加到125mm 时,止裂温度(CA T )值约升高0.4℃/mm.文献[4]介绍了C -Mn 钢板厚度对脆性断裂开始温度的影响,由图6所示的深缺口试验所测得脆性断裂开始温度[Ti ]c =40与板厚的关系,图中表明:钢板由50mm 增加到150mm ,板厚每增加1mm ,其脆性断裂开始强度上升0.17℃;钢板由150mm 增加到200mm ,板厚每增加1mm ,其脆性断裂开始温度上升0.52℃,也即钢板越厚,低温脆性倾向越强.2 低温脆性试验和评定方法钢材脆性特性的评定方法,国内外有多种试验方法,由于观点各异,所以评定指标亦不同.目前国内工程界常用小型试验方法有缺口静弯试验、撕裂试验、冲击韧性试验和落锤试验等,大型实验方法有Roberton 试验、ESSO 试验、双重拉伸试验、断裂力学试验、动态断裂韧性试验.以实际工程中常用的冲击韧性试验为例,其脆性评定常有两种方法:1)在某一规定冲击能量水平上发生断裂的温度作为材料的脆性转变温度;2)在脆性转变温度区间中,冲击试样断口外形从韧性的纤维状转变为脆性粗晶粒状态.因此第二种评定方法是用粗晶面百分率或断口纤维的百分率为50%(或65-70%)时的温度,作为冷脆转折温度(FA TT ).有些国家提出以断裂后试样断面收缩率为3.8%作为验收标准.3 断裂韧性K 1c 与恰贝冲击能Cv 的关系恰贝冲击试验得到较广泛采用,但其Cv 值不能直接反映实际结构材料的脆性特性.而断裂力学结构脆断防止提供了定量的依据,对设计而言,K 1c 值比Cv 值有用.但由于中、低强度钢K 1c 测定费用高昂(因为该试验需很厚钢板,因此需能量较大设备及仪器),因此相比较Cv 值测定试验简单易行,费用较低,工程实用仍有价值.国外对K 1c 与Cv 间关系做过一些研究试验,获得了一些经验公式.(1)转变曲线上限有温度范围内Cv 与K 1c 的关系,由Rolfs 等人提出,文献[5],以供参考.K 1c /σs =5(Cv/σs -0.05)Cv ———在80°F 温度上由标准恰贝试样测定冲击, ・磅;K 1c ———在80°F 温度上断裂韧性,千磅/英寸3/2;σs ———在80°F 温度上屈服应力,千磅/英寸2;(2)在低温和转变温度范围内Cv 与K 1c 的关系,文献[6].03河北建筑工程学院学报第22卷K 1c =15.5(Cv )1/2,符号意义同上,英制单位.(3)动态断裂韧性K 1d 与Cv 的关系,文献[7]给出中、低强度钢经验公式.K 1d =15.873(Cv )0.375,符号意义同上,英制单位.在裂纹尖端上高的约束(如钢板厚度,平面应变状态)能导致钢结构早期脆断,因此,设计上力救使缺口尖端约束程度最小(如薄钢板或平面应力状态),故材料选择中应考虑板厚对韧性的影响,为建立一个对各种结构适用而满意的约束水平,可采用断裂力学得出下列3式:1)弹性平面应变状态:(K 1c /σs )或(K 1d /σyd )<(t/2.5)1/22)平面应力(弹塑性)状态:(t/2.5)1/2<(K 1c /σs )或(K 1d /σyd )<a (t )1/2上式中:a -常数,为2～3;t -钢板厚度,mm ;K 1c ,K 1d -静态、动态断裂韧性,N/mm 2;σs ,σyd -静态、动态屈服应力,N/mm 2.4 钢结构在设计和制造上对脆性断裂的控制传统设计的强度计算以钢材屈服强度作为设计依据,它能满足一般情况需要,但它不能避免结构脆性断裂的发生,因为传统设计没有考虑钢材各元素含量、钢板厚度、温度、加载速度、三向应力状态等会引起脆断的因素.随着近代工业发展,如何从设计和制造上防止结构脆断成为一个很重要的研究课题.采用合理的结构设计防止脆断裂的发生,主要对下列方面加以控制:结构最低工作温度、应力集中状况、材料断裂韧性水平、材料缺陷情况、结构承受荷载情况(是否承受重复荷载,冲击荷载)以及环境腐蚀情况.(1)由于温度、材料厚度是影响脆断的主因,所以设计时要求接头的承载能力设计得比与其相连的杆件承载力高20%～50%.在满足应力和构件稳定性前提下,设计构件的断面应尽量选用最薄断面,增加构件厚度将增大脆断的危险.(2)保证焊接质量,尽量减少因焊接造成的缺陷,设计上应选择适当的焊缝金属缺口韧性,较厚板材或型钢焊前必须预热,施焊过程中尽量不在负温条件下进行,焊接后必须保温缓冷,尽量保证焊接质量,减少缺陷产生.若结构在设计上不能避免应力集中和焊接质量时,则必须选用韧性高的材料和焊条,以保证结构有较高抗脆断能力.还有当某一结构部位由于结构形状限制而不能进行非破坏性检查,或结构中小于临界尺寸的缺陷被漏检时,若材料有较高韧性,则对减小结构的脆断危险将起重要作用.(3)设计焊接结构应尽量避免焊缝集中和重叠交叉.要采用较好的焊接工艺(合适的输入热量和操作方法).为保证焊透,应当考虑使结构最低工作温度尽量大于钢材冷脆转变温度.若结构工作温度过低甚至低于钢材冷脆转变温度,则应降低设计应力,使应力低于不会出现裂纹扩展的水平,即在CTA 以下.若设计应力亦无法降低,则只能选用韧性更高、冷脆转变温度更低的钢材.(4)在结构设计中应尽量将因缺陷引起的应力集中减小到最低限度,如避免尖锐角,尽量用较大半径的圆弧.设计中应尽量保证结构的几何连续性和刚度连贯性,因为不连续的突变区往往形成应力集中,同时应对连渡段的连接采取正确焊接方法.接头处在焊接与制造时可能有缺陷,所以需将接头远离应力集中区,最好在应力最小部位,尽量避免焊缝表面缺陷.残留焊接金属或凸部分应清除干净.以使表面平整,对承受冲击或反复荷载的对接接头应用外拖板,使起弧和灭弧均落于接头母体外边.焊好后再割下拖板,便能保证焊缝质量.焊接管和其它配件端,在全部焊完后,应打磨出一个平滑圆角,可以减少应力集中.受拉构件上焊缝应顺接力方向设计,不要垂直向施焊,否则会导致晶粒粗大,韧性很差的热影响区,横割拉力,即“切割”现象.最后需补充的是,无论何种焊接结构,在各方面条件具体情况下,应尽量消除焊接残余应力,以防止焊接结构件变形,引起附加应力或造成安装就位困难,方法可采用振动法或加热回火法等,可根据工程具体情况而定.13第1期 李志强 孟志山 房东升 钢结构构件脆性断裂的分析及控制措施(5)设计人员选用钢材时,除应核算强度外,还应保证材料有足够韧性,应从断裂力学理论出发选择具有较高断裂韧性的材料.在静荷载下裂纹产生和扩展是由局部区域上应力高度集中引起,如果是韧性较高材料,裂纹进一步扩展将会遭到遏制,这是因为裂纹扩展需消耗更多的能量.实际工程中,可采用常用的恰贝冲击韧性实验(其它实验方法均可,视实际条件而定),得到恰贝冲击能Cv ,由前面2中所述Cv 与断裂韧性K 1c ,由K 1c 评定钢材脆性特性,以此作为选择钢材依据,此方法简单易行,耗费时间少,成本低,具有较普遍的工程意义.参 考 文 献[1] Hogkins B E et al :J.I.S.I 1958;188;218[2] 北京钢铁研究院超强度组.新金属材料.1975,3;1[3] Wei RP.ASTM.STP 3811965;279[4] 邓枝生.新金属材料.1995;11～12,123[5] Barsom J M ,Rolfe S T.ASTM STP 466.1970.281[6] Parist P C ,etal.ASTM ,STP599,1973;86[7] Sailors R H ,etal.ASTM ,STP514,1971,164[8] 褚武扬.断裂力学基础.科学出版社,1979[9] 周顺深.钢脆性和工程结构脆性断裂.上海科学技术出版社,1986[10]IMPACT TESTIN G OF METAL S 1970Amposium presented at the 72nd Annual Meeting ,ASTM Atlantic City , N.y.22-27J une 1969Analysis of Steel Structure Member Brittle Fracture and Its Control MeasureLi Zhiqiang 1 Meng Zhishan 2 Fang Dongsheng 31HeBei Institute of Architecture and Civil Engineering ; 2Zhangjiakou No.1Construction Engineering Co.Ltd ; 3Construction Bureau of Luancheng County ,HeiBei ProvinceAbstract This article mainly goes on deep analysis with the factor of steel structure brittle fracture ,and sim ply in 2troduces the domestic and foreign representative evaluation of steel brittleness at present.In addition ,it puts forward overall and s pecific measrures to prevent and control brittle fracture when we design and construct steel struc 2ture.K ey w ords brittle fracture ;factor ;evaluation ;control measure 23河北建筑工程学院学报第22卷。
关于钢结构脆性破坏的认识与分析
84研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用中国设备工程 2023.08 （下）随着我国房地产建筑业的发展，传统的钢筋混凝土结构不再占据垄断地位，各种新型建筑结构体系蓬勃发展，其中以钢结构尤为引人关注。
钢结构是将各式型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件通过焊缝、螺栓或铆钉连接组合而成的结构形式。
一方面，因其具有强度高，塑性、韧性好、质量轻、材质均匀、施工期短、抗震性和密闭性好、建筑表现力丰富等优点，在厂房、场馆、超高层以及大跨度结构中应用广泛。
钢结构学科发展也因此得到有力推动，成为结构工程中最具有活力的研究方向。
另一方面，钢结构自身无法避免的缺点和局限性也不容忽视，如耐腐蚀性差、易锈蚀、不耐火、造价高等，尤其是钢结构具有低温冷脆倾向，在低温腐蚀环境、内部裂纹、外部缺陷等其他条件下，极可能发生毫无征兆的脆性破坏，引发重大安全事故，造成严重后果。
根据相关文献统计，钢结构的破坏事故中，由脆性破坏引发导致的占将近75%，例如，1886年美国纽约州钢立柱水塔开裂事故，1951年加拿大魁北克杜佩利西斯全焊接钢板梁大桥断毁事故，第二次世界大战期间发生的多起焊接油船的脆性破坏事故，以及解放后我国开发某油田时钢钻杆的脆断事故等。
整个钢结构的发展史，几乎就是人类对其脆性破坏的认识研究史。
随着科学技术的不断发展，钢材的材料性能有了极大的提高，钢结构的设计计算和施工技术也在不断完善，但由于新型高强钢材不断投入使用，大跨度和超高层结构的快速发展，设计、施工和使用中存在的多种安全隐患，以及焊接结构逐渐取代铆接结构，使得钢结构的脆性破坏问题在当下尤为突出，需要我们对其有足够认识，以对症下药，防患于未然。
1 钢结构脆性破坏的特征和类型钢结构有塑性和脆性两种完全不同的破坏形式。
其中，脆性破坏（断裂）是结构或构件在破坏前几乎不发生塑性变形，宏观表现为断裂时伸长量极其微小，破坏应力低于极限承载力的一种破坏形式。
钢结构的脆性断裂和疲劳
第八章钢结构的脆性断裂和疲劳8.1钢结构脆性断裂及其防止8.1.1 脆性断裂破坏1.定义从宏观上讲，最近破坏的主要特征表现为断裂时伸长量极其微小，(例如生铁在单向拉伸断裂时为0.5%～0.6% )。
如果结构的最终破坏是由于其构件的脆性断裂导致的，那么我们称结构发生了脆性破坏。
对于脆性破坏的结构。
几乎观察不到构件的塑性发展过程，往往没有破坏的预兆，因而破坏的后果经常是灾难性的。
工程设计的任何领域，无一例外地度都要求避免结构的脆性破坏(如在钢筋混凝土结构中避免设计超筋梁)，其道理就在于此。
2.脆性断裂破坏分类①过载断裂：由于过载，强度不足而导致的断裂。
这种断裂破坏发生的速度通常极高(可高达2100m/s),后果极其严重。
在钢结构中，过载断裂只出现在高强钢丝束、钢绞线和钢丝绳等脆性材料做成的构件。
②非过载断裂：塑性很好的钢结构件在缺陷、低温等因素影响下突然呈现脆性断裂。
③应力腐蚀断裂：在腐蚀性环境中承受静力和准静力荷载作用的结构，在远低于屈服极限的应力状态下发生的断裂破坏成为应力腐蚀断裂。
它是腐蚀和非过载断裂的综合结果。
一般认为,强度越高则对应力腐蚀断裂越敏感。
对于常见碳钢和低合金钢而言,屈服强度大于700Mpa时,才表现出对应力腐蚀断裂比较敏感。
据一项1974年的调查报告称,我国铁路桥梁的高强度螺栓在十几年间约有五千分之一发生了应力腐蚀断裂。
此后采用20MnTiB 钢和35VB代替40B钢,情况大有改善。
④疲劳断裂与腐蚀疲劳断裂：在交变荷载作用下，裂纹的失稳扩展导致的断裂破坏称为疲劳断裂。
疲劳断裂有高周和低周之分。
循环周数在10的5次方以上者称为高周疲劳,属于钢结构中常见的情况。
低周疲劳断裂前的周数只有几百或几十次,每次都有较大的非弹性应变。
典型的低周破坏产生于强烈地震作用下。
环境介质导致或加速疲劳裂纹的萌生和扩展称为腐蚀疲劳。
⑤氢脆断裂：氢可以在冶炼和焊接过程中侵入金属造成材料韧性降低而可能导致的断裂。
简述钢材塑性破坏的特征和意义
简述钢材塑性破坏的特征和意义.
钢材的破坏形式分为塑性破坏与脆性破坏两类。
塑性破坏的特征是：钢材在断裂破坏时产生很大的塑性变形，又称为延性破坏，其断口呈纤维状，色发暗，有时能看到滑移的痕迹。
钢材的塑性破坏可超过采用一种标准圆棒试件行拉伸破坏试验加以验证。
钢材小：发生塑性破坏时变形特征明显，很存易被发现力：及时采取补救措施，因而不致引起严重后果。
而且适度的塑性交形能起到调整结构内力分布的作用，使原先结构应力不均匀的部分趋于均匀、从而提高结构的承载能力。
脆性破坏的特征是：钢材秆断裂破坏时没有明显的变形征兆，其断口平齐，呈有光泽的见粒状。
钢材的脆件破坏可通过来用一种比标
准圆棒试什更粗，计在其中部位置车削出小凹槽(凹槽处的净截面积与标淮圆棒相同)的试件进行拉伸破坏试验加以验证。
由于脆性破坏具有突然性，无法预测，故比塑性破坏要危险得多，在钢结构工程设计、施工与安装中应采取话当措施尽力避免。
5脆性断裂事故
三、脆性断裂机理分析
• 结构内部存在着细小裂纹，在外界不良因素作 用下，裂纹逐渐扩展，应力集中现象逐步加剧 ，扩展到一定程度形成贯通裂缝，达到临界状 态，出现失稳扩展（裂缝迅速贯穿构件截面） 而断裂。
四、脆性断裂防止措施
• 1、合理选择钢材 • 考虑结构的重要性、荷载特征、连接方法及工作环境。 • 2、合理设计 • 合理的结构形式、节点形式。设计时，应力求最大限度的
得随意变更。还应建立必要的维修措施，监视缺陷或损 坏情况，以防患于未然。
五、典型事故分析
• 一、桥梁断裂事故 • 二、船舶断裂事故 • 三、油罐断裂事故 • 四、压力容器断裂 • 五、钻井平台断裂 • 六、工业厂房断裂
减少应力集中的影响程度保证结构的几何连续性和刚度的 连续性，构件的断面在满足强度的前提下，尽量宽而薄， 切记增加构件的厚度将增加断裂的危机，焊接结构尤其注 意避免焊缝交叉集中。
四、脆性断裂防止措施
• 3、合理的制作和安装 • 制作过程中的冷热加工 • 安装过程中的不合理工艺，如焊接顺序、焊接工艺等。 • 4、合理使用及维修措施 • 在使用时应力求满足设计规定的用途、荷载及环境，不
第五章
钢结构的脆性断裂事故
一、脆性断裂的特点
• 钢材或钢结构的脆性断裂是指应力低于钢材抗拉强度或 屈服强度情况下发生突然断裂的破坏。
• 1、破坏时的应力常小于钢材的屈服强度点fy，有时仅 为fy 的0.2倍。
• 2、破坏之前没有显著变形，吸收能量很小，破坏突然 发生，无事先先兆。
• 3、断口平齐光亮。
二、脆性断裂的原因
• 1、材质原因、冶金缺陷 • SPONH • 2、应力集中 • 截面突变 • 焊缝缺陷 • 残余应力 • 焊接结构脆性破坏事故远远多于其他连接，
钢结构脆性断裂初探
钢结构脆性断裂初探摘要：本文介绍了钢结构脆性断裂的破坏特征，影响其脆性破坏的因素，防治钢结构脆性断裂的措施及案例分析。
关键词：钢结构；脆性断裂；影响因素；案例分析1 钢结构的破坏形式塑性破坏和脆性破坏是钢结构破坏最为常见的两种形式，而脆性破坏是结构极限状态中最危险的破坏形式之一，因破坏发生十分突然，且没有一个明显的塑性变形，在构件遭到破坏的时候，承载能力非常低。
而在破坏之后，所带来的损失十分严重。
脆性的断裂受到严重破坏，从宏观方面看，主要表现在断裂时候所伸长的量非常微小。
例如，生铁在单向拉伸断裂时为0.5～0.6%，最终破坏是由其构件的脆性断裂导致的，几乎观察不到构件的塑性发展过程，无破坏的预兆，其后果也经常是灾难性的。
工程设计的任何领域，无一例外地都要力求避免结构的脆性破坏，如在钢筋混凝土结构中避免设计超筋梁，其道理就在于此。
2 钢结构脆性断裂破坏的特征结构的脆性破坏是各种结构可能破坏形式中最不利的一种破坏，其破坏时几乎不发生变形，且瞬间发生，破坏时应力低于极限承载力。
脆性断裂的突发性，实现毫无警告，破坏过程的瞬间性，根本来不及补救，大大增加了结构破坏的危险性。
钢材晶格之间的剪切滑移受到限制，使变形无法发生，脆性破坏结果是钢材晶格间被拉断。
发生的机会较多，因此非常危险。
如果一直都处在韧性状材料当中，则裂纹扩展应具备外力的做功，一旦外力停止，则裂纹就会停止扩展。
而对于处在脆性的状态之下的材料当中，裂纹扩展并不需外力进行做功，只有在裂纹出现起裂的时候，才会从拉应力的场内释放出较多的弹性能，从而驱动整个裂纹快速扩展。
针对钢性的结构材料，一旦发生脆性的破坏，主要表现在以下几个方面：①残余应力在一些焊接的部分可能会导致三轴产生加大的拉力；②应用的钢材对于所含的非金属杂质十分敏感；③大部分破坏主要发生于低温的状况之下。
3 钢结构脆性断裂破坏的分类脆性断裂破坏大致可分为如下几类：①过载断裂。
因破坏力过载以及强度严重不足而造成断裂，该种断裂破坏发生速度非常快，情况十分严重。
钢结构脆性破坏
关键 词 ： 钢结 构 Ｉ 脆性 破 坏 ； 响 因素 ； 防措施 影 预
中 圈分 类号 ： ＴＵ３ １ ９ 文 献标 识码 ： Ａ
上世 纪 九 十 年 代 以 来 ， 国钢 结 构 逐 渐 蓬 勃 发 展 起 来 ， 别 是 轻 型 钢 结 构 的发 展 更 是 如 火 如 荼 ． 我 特 钢 结 构 因 其 自身 的优 越 性 ， 来 越 受 到 工 程 师 和 用 户 的青 睐 ． 在 推 广 应 用 的 同 时 ， 们 必 须 对 钢 结 构 的 越 但 我 脆 性 破 坏 及 其 影 响 因 素 有 足 够 的认 识 ． 结 构 的发 展 史 ， 伴 随着 人 们 对 其 脆 性 破 坏 的不 断认 识 而逐 步 钢 是
文 章 编 号 ：０ １７ ４ （ ０ ３ ０ — ２４ ０ １ ０ — ４ ５ ２ ｏ ） ３０ ５ — ４
钢 结 构 脆 性 破 坏 浅 析
苏益 声 ，许 安 邦 ，陈 宗平
（ 西 大学 土 木建 筑工 程学 院 ， 西 南 宁 ５ ０ ０ ） 广 广 ３ ０ ４
摘要 ： 结合 工 程事 故 ， 分析 了钢 结 构脆性 破 坏 的形式 特 征 、 响 因素 ， 影 并针 对 工程 实际 中存 在 的隐患 ， 出防止 提
焊接结构 ， 采用合 理焊缝次序 ， 于减少焊 接残余 应力和残余变形是很有效 的． 对 另外 ， 在施工 中应尽可能 使支座 实际情况与设 计计算相符合．
２ 脆 性 断 裂
２ １ 脆 性 断 裂 的 特 征 ．
脆性 断裂是 由于结 构 内部存在 的不 同类型和不 同形式 的裂纹 ， 在荷载 和恶劣环境 的作用 下 ， 裂纹扩 展到 临界尺寸 时发生 的 ， 断裂面粗糙 ， 其 呈金属原色． 坏是突发性 的， 破 其本质是裂纹处存在尖锐 的应力 集 中． 史 上 脆 性 断 裂 事故 大 部 分 发 生 在 低 温 环 境 下 的 焊 接 结 构 中． 历 ２ ２ 脆 性 断 裂 的 影 响 因 素 ．
低碳钢破坏情况汇报
低碳钢破坏情况汇报在生产和使用过程中，低碳钢可能会出现各种破坏情况，这些破坏情况对产品的质量和安全性都会造成不利影响。
因此，我们需要对低碳钢的破坏情况进行汇报和分析，以便及时采取相应的措施进行修复和改进。
首先，低碳钢在使用过程中可能会出现表面腐蚀的情况。
这种腐蚀可能是由于环境中的化学物质、水分或氧气等因素导致的。
腐蚀会使低碳钢的表面变得粗糙，降低其美观度和耐用性，甚至可能导致结构性的损坏。
因此，我们需要对低碳钢的腐蚀情况进行定期检查和维护，采取防腐蚀措施，以延长其使用寿命。
其次，低碳钢在受到外力作用时可能会发生变形或断裂的情况。
这种破坏可能是由于低碳钢自身的材料缺陷或制造工艺不当导致的。
在生产过程中，我们需要严格控制材料的质量，确保低碳钢的强度和韧性符合要求；同时，也需要加强对制造工艺的监控和改进，以减少破坏情况的发生。
另外，低碳钢在高温或低温环境下可能会出现性能退化的情况。
高温会使低碳钢的硬度和强度降低，低温则可能导致低碳钢变脆。
因此，在使用低碳钢的过程中，我们需要根据具体的工作环境和条件选择合适的低碳钢材料，并在设计和使用过程中考虑到温度的影响，以避免性能退化引起的破坏情况。
最后，低碳钢在使用过程中还可能会出现磨损和疲劳的情况。
这些破坏可能是由于低碳钢长期受到摩擦、振动或循环载荷的作用导致的。
为了减少磨损和疲劳引起的破坏，我们需要在设计和制造过程中考虑到低碳钢的使用环境和工况，选择合适的材料和工艺，加强对低碳钢的维护和保养，以延长其使用寿命。
综上所述，低碳钢在生产和使用过程中可能会出现多种破坏情况，这些破坏情况对产品的质量和安全性都会造成不利影响。
因此，我们需要对低碳钢的破坏情况进行认真汇报和分析，及时采取相应的措施进行修复和改进，以确保低碳钢的质量和性能符合要求，满足产品的使用需求。
钢结构遭到破坏，从这几个细节就能找到原因，有效减低损失
钢结构遭到破坏，从这几个细节就能找到原因，有效减低损失
我国经济日益发达的同时，钢结构工程在现代社会当中已经占有了一席之地，现在的城市建设不但重视钢结构的利用，还学要了解它的通性和特性来更好的进行钢结构的安装使用。
钢结构本身具有强度高、延性好、塑性变形能力强、抗震性好、可以回收再利用的特点，被广泛使用在工程建设当中，并且具有良好的发展趋势。
钢结构工程中的主要构成材料是钢制品，结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，各构件之间都是采用焊缝、螺栓或者是铆钉进行连接的，虽然使用的原材料都十分坚固但钢结构也会遭到损坏，它遭到破坏的形式有3个，（1）塑性破坏：它是构件应力超过屈服点，并且达到抗拉极限强度之后，构件产生明显的变形，这种破坏出现的断口色泽发暗，在被破坏之前有很明显的变形，并且有较长的变形持续时间，容易发现便于补救。
（2）脆性破坏：破坏之前没有明显变形，没有任何预兆，断口平齐呈现有光泽的晶粒，这种破坏突发性大，应该尽量注意避免，因为它危险性也比较大。
（3）疲劳破坏：钢材在循环荷载作用下，虽然应力低于极限强度，但还是会发生断裂破坏，这种破坏出现的时候先是裂纹形成再发展成裂纹的扩展，最后导致迅速断裂而被破坏，疲劳破坏时的应力小于钢材的屈服
强度，钢材的塑性还没有展开，属于脆性破坏。
不管是钢结构厂房还是其他的钢结构建筑，在长时间使用之后也会损坏，尤其是特殊环境之下，损坏之后要及时联系厂家，根据破损原因对其进行修复或者更换。
钢结构加工是一个技术含量高并且复杂的过程，钢结构质量的好坏影响着它的应用，所以控制好钢结构加工过程当中的每一个细节，全方位的做好钢结构加工，把控整个过程，这样才能有效的保证钢结构工程质量。
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关于钢结构脆性破坏的认识与分析
摘要：随着我国房地产建筑业的发展，传统的钢筋混凝土结构不再占据垄断
地位，各种新型建筑结构体系蓬勃发展，其中以钢结构尤为引人关注。
钢结构是
将各式型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件通过焊缝、螺栓或铆钉连
接组合而成的结构形式。
一方面，因其具有强度高，塑性、韧性好、质量轻、材
质均匀、施工期短、抗震性和密闭性好、建筑表现力丰富等优点，在厂房、场馆、超高层以及大跨度结构中应用广泛。
钢结构学科发展也因此得到有力推动，成为
结构工程中最具有活力的研究方向。
另一方面，钢结构自身无法避免的缺点和局
限性也不容忽视，如耐腐蚀性差、易锈蚀、不耐火、造价高等，尤其是钢结构具
有低温冷脆倾向，在低温腐蚀环境、内部裂纹、外部缺陷等其他条件下，极可能
发生毫无征兆的脆性破坏，引发重大安全事故，造成严重后果。
关键词：钢结构；脆性破坏
1 钢结构脆性破坏的特征和类型
钢结构有塑性和脆性两种完全不同的破坏形式。
其中，脆性破坏（断裂）是
结构或构件在破坏前几乎不发生塑性变形，宏观表现为断裂时伸长量极其微小，
破坏应力低于极限承载力的一种破坏形式。
钢结构发生脆性破坏时，钢材晶格之
间的剪切滑移受到限制，使塑性变形无法发生。
钢材晶格被拉断后，其断裂面粗糙，呈金属原色，断口平直有光泽，有少量剪切断裂形成的唇口，微观下能看到
明显的人字纹或放射线纹。
一般情况下，处于脆性状态中的材料，其裂纹起纹时，只需从拉应力场中释放出的弹性能驱动就能迅速扩展，而不需要外力再做功。
可见，结构内部存在不同类型和不同形式的裂纹，在荷载和恶劣环境的外因作用下，裂纹扩展到临界尺寸，且裂纹处存在尖锐的应力集中，是为脆性破坏的根本原因。
因此，脆断应力可能低于钢材的屈服点，且断裂从应力集中处开始。
此外，发生
脆性破坏的钢材构件，一般都厚度过大或含有大量非金属杂质，存在孔洞、缺口
和截面突变等缺陷，设计、施工和冶金技术可能存在隐患，且大部分断裂事故都
发生在低温恶劣环境下的焊接结构中。
脆性破坏发生概率较大，且往往没有明显
征兆，事先难以察觉补救，因此非常危险，危害严重，要极力避免。
根据其破坏因素，钢结构的脆性破坏通常可分为以下几类：（1）过载断裂。
即由于结构所承受荷载过大，致使危险截面处因强度不足而导致的断裂，一般常
见于钢丝绳、钢绞线和高强钢丝等脆性材料构件处；（2）非过载断裂。
塑性好
的钢材构件若内部存在裂纹，在缺陷、低温等内外因素共同影响下突然呈现的脆
性断裂；（3）应力腐蚀断裂。
钢结构在腐蚀性环境中受到静力或准静力荷载作
用时，由于腐蚀作用和非过载断裂的综合作用而导致的断裂破坏，其计算应力远
低于屈服极限的应力状态；（4）疲劳断裂。
钢构件在经历长时间的交变荷载循
环作用后，内部裂纹达到临界状态而突然断裂的现象；（5）氢脆断裂。
钢材冶
炼过程中溶解了一定量的氢，若钢液冷却时间不够，内部大部分的氢未能溢出，
在使用过程中的静荷载作用下出现塑性显著下降，脆性急剧增加的现象。
2 钢结构发生脆性破坏的因素
2.1 材料的因素
2.1.1 裂纹
钢材内部存在的各类微小裂纹是造成脆性断裂的主要原因。
尖锐裂纹处往往
伴有高度应力集中，随着应力的增加，裂纹在应力场弹性势能的作用下稳定扩展
到临界状态，继而发生失稳断裂。
2.1.2 应力
除了存在内部裂纹，构件在加工、安装和使用过程中还可能产生缺口、孔洞、尖锐凹槽和截面突变等外部缺陷。
这些缺陷部位在构件处于受力状态时通常会出
现严重的应力集中。
值得注意的是，钢构件脆性断裂应力应是构件的实际应力，
要同时考虑残余应力等因素。
应力集中使钢材局部内力增高，在应力高峰处，还
会出现双向或三向同号应力状态，降低钢材的塑性能力，容易造成脆性断裂。
2.2 冶炼制作的因素
钢材在制作和冶炼过程中，由于技术或设备的局限性，难免会混入包括氢、硫、磷在内的非金属杂质，在钢液冷却过程中部分杂质没有去除干净，仍残留在材料内。
这些杂质中的有害元素会直接影响钢材的品质，从而增加脆性破坏的风险。
3 预防钢结构发生脆性破坏的措施
3.1 计算设计方面
3.1.1 防脆断设计
建立在断裂分析基础上的防脆断设计能有效防止焊接钢结构发生脆性断裂。
如果设计者精通断裂力学知识，在设计过程中，对材料的断裂韧性、最低工作温度、最大缺陷尺寸以及环境腐蚀应力严格把控，同时重视内部裂纹的危害，则可为钢结构选购材料、制定施工方案、质量验收、安全运行和检修规程提供更科学合理的依据。
3.1.2 破损安全设计
破损安全设计要求以“合乎使用”为原则，即要事先预判到钢构件在使用过程中可能出现的缺陷和裂纹，允许结构带有一定程度的损伤工作，但对这些初始裂纹和损伤必须进行严格控制，不能任其在结构检修期或使用寿命内发展到临界尺寸。
3.2 制作安装方面
3.2.1 严格选择材料
对于焊接式钢结构，特别是在低温恶劣环境中工作，或承受复杂动力荷载的钢结构构件，应优先选用镇静钢。
这是因为镇静钢夹成分纯净，气泡杂质较少，组织细密均匀，能有效避免钢材发生脆性断裂。
要注意控制钢板的最大厚度，尽量使用厚度较小的材料。
钢材越薄，说明轧压的次数越多，冶炼缺陷越少，发生脆性破坏的可能就越小。
我国用于制作梁柱桁架的低碳钢，在工作环境大于0℃
的情况下，一般选用厚度控制在50mm左右的不预热钢板。
同时，要按照相关标
准及技术要求对钢材进行严格的出厂和入场复检，进一步保证产品质量。
3.2.2 注重焊接效果
钢构件的焊接质量会直接影响结构的整体质量，是保证钢结构安全性、适用
性和耐久性的重要因素，因此焊接质量必须合格。
当下大部分的钢结构工程，其
构件多是在施工现场拼接组装的，施焊条件不确定且多变，因此应当选用技术评
定良好的焊工。
在施焊过程中，要求操作人员熟练掌握焊接技术并严格遵守施工
规程，尽量减少咬边、气孔、夹渣和表面裂纹，杜绝未焊透及母材未与焊条材料
熔合的现象。
3.2.3 保证安装质量
在钢构件安装过程中，要严格控制装配尺寸，避免强力组装及角变形、错边
量等几何形状的偏差和不连续，降低局部应力集中。
由于构件的成形质量直接影
响安装质量，故应尽量选择型状尺寸均匀合理，符合标准要求的构件，不要过于
复杂和多变。
3.3 使用维护方面
钢结构在长期使用过程中，不仅原有的裂纹会进一步扩展，还会不可避免地
产生新的缺陷，增大脆性断裂的概率，因此在使用过程中要规范操作、按时维护、及时检修。
使用者不能在主要构件上任意焊接附件或直接用作受力支承，尽量避
免超载，若要临时设置附加连件必须征得原设计人员的同意；要注意定期对钢材
作油漆防护防锈，避免结构在使用中遭受猛烈敲打、撞击和机械损伤；当气温低
于结构的设计工作温度时，要对结构采取抗冻保暖措施；在腐蚀性强的环境中，
要对结构进行一定的防腐处理。
4 结语
随着钢结构学科和现代工业的进步，钢材的质量和数量有了极大的提高，钢
结构的应用范围也越来越广泛。
钢结构的脆性破坏作为一类多发的安全事故，损
失巨大，后果严重，必须认真对待，引起重视，对其破坏因素要加深认识。
根据
本文阐述，只要采取科学合理的预防措施，钢结构脆性破坏就得到有效的控制或避免，因此钢结构仍是结构体系中重要的组成部分，具有广阔的发展前景。
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