钢结构的破坏形式资料
第二章 钢结构的材料
五、复杂应力状态的影响
在复杂应力如平面或立体 应力作用下，钢材的屈服并 不只取决于某一方向的应力， 而是由反映各方向应力综合 影响的 屈服条件来确定。
eq ( x y y z z x ) 3( )
第二节
钢材的主要机械性能
• 钢材的机械性能（力学性能）通常是指钢厂生 产供应的钢材在标准条件下拉伸、冷弯和冲击 等单独作用下显示出的各种机械性能。它们由 相应实验得到，试验采用的试件的制作和试验 方法都必须按照各相关国家标准规定进行。 一、单向拉伸时的性能 标准试件在室温（100C～350C) 、以满足静 力加载的加载速度一次加载所得钢材的应力 ζ ～ ε 应变曲线显示的钢材机械性能如下:：
二、疲劳计算
• 反复荷载作用产生的应力重复一周叫做一个循环。 Δ ζ =ζ max-ζ min称为应力幅，表示应力变化的幅 度。 • 试验表明，焊接结构发生疲劳破坏并不是名义最 大应力ζ max作用的结果，而是焊缝部位足够大小 的应力幅反复作用的结果。非焊接结构的的疲劳 寿命不仅与应力幅有关，还与 其他因素有关。 规范把疲劳计算公式中的应力幅调整为折算应力 幅，以反映其实际工作情况。 • 疲劳计算的公式是以试验为依据的，分为常幅和 变幅疲劳两种情况进行计算。
（2）槽钢
有热轧普通槽钢和轻型槽钢两种。槽 钢规格用槽钢符号 [ 或Q[表示。 例如，普通槽钢[10、[20a，轻型槽钢Q[20a。 （3）工字钢 有普通工字钢和轻型工字钢两种。 例如，普通工字钢I18、I50a，轻型工字钢QI50。 （4）H型钢 H型钢比工字钢的翼缘宽度大并为等 厚度，截面抵抗矩较大且质量较小，便于与其它 构件连接。热轧H型钢分为宽、中、窄翼缘H型钢， 它们的代号分别为HW、HM和HN。例如HW260a、 HM360、HN300b。
钢结构砌体结构破坏或倒塌主要成因
托梁换柱施工案例
? 工程概况：本工程为小区底商，框架结构，地上二层，没有地下室；现 拆除二层C轴与4轴处框架柱，进行托梁换柱加固。 ? 施工内容：托梁换柱，框架梁加大截面，框架梁粘碳布，框架柱拆除。 ? 改造价值：通过对原有框架柱的拆除，拓展使用空间，满足新的使用要 求。 ? 施工要点：本工程重点在框架柱的拆除工作，施工顺序遵循先进行两侧 框架柱包钢加固，按照要求对拆除柱部位框架梁加大截面，待加大截面梁 混凝土强度达到设计要求方可进行柱的拆除工作。
3.1变形裂缝破坏类型及加固方法[6]
?3.1.3承载力裂缝及其加固方法：
?砌体承载力裂缝是砌体的承载力不足而导致的裂缝。在砌 体承载力不足时，砌体在荷载作用下，将会出现各种裂缝， 这类裂缝的出现，很可能导致结构失效，使建筑物处于极不 安全的状态。在这种情况下，普通的加固方法不能起到加固 作用，只能采取结构构造性加固方法。
?钢结构的脆性断裂是极限状态中最危险的破坏形式之一。它往往在没有 显著变形情况下突然发生。原因可能是构件制作加工缺陷、普通碳素钢抗 脆性能差以及受到低温和动载的影响。
阪神地震中的钢结构节点破坏
墨西哥城地震中的钢结构支撑破坏
1.2钢结构的承载力和刚度失效
?钢结构的刚度失效指产生影响其继续承载或正常使用的塑性变形或振动 原因有：结构支撑体系不够、结构或构件的刚度不满足设计要求（如轴压 构件的长细比太大） ?钢结构的承载力失效指正常使用状态下结构构件或连接因材料强度被超 越而导致破坏。原因有：连接件强度不足、使用荷载过大或者使用条件改 变（如擅自改变建筑物的功能）
3.1变形裂缝破坏类型及加固方法[6]
?3.1.2地基不均匀沉降裂缝及其加固方法
2011-第3章 钢结构的可能破坏形式
n n
结构强度破坏时会出现明显得变形，因此又称为塑性破坏( 延性破坏) 。 纯粹的强度破坏很少。因破坏过程中的明显变形将引发其它类型的破 坏发生。
22/36
21/36
3.3.2 应力塑性重分布
n
3.3.2 应力塑性重分布
n
残余应力：
钢结构在轧制、冷加工和焊接制作过程中都会在构件截面产生应力，一 般是自相平衡的内力。但有时数值很大，甚至达到屈服点。
屈曲后极值型失稳
n
n
压弯杆件 9/36 10/36
3.1.2 失稳的类别
4. 有限干扰型失稳（不稳定分岔屈曲）
n
3.1.2 失稳的类别
5. 跳跃型失稳
n
与屈曲后极限型失稳相反，结构屈曲后承载力迅速下降，若结构有初始 缺陷时将不会出现屈曲现象而直接进入承载力较低的极值型失稳。 如：承受轴向荷载圆柱壳的失稳。
(3) 结构和构件的初始缺陷：
包括构件的初弯曲、初偏心、几何偏心以及残余应力等。
13/36
14/36
3.2.1 局部失稳的概念
n
§ 3.2 结构和构件的局部失稳、截面分类
n
在保持整体稳定的条件下，结构中的局部构件或构件中的 板件已不能承受外荷载而失去稳定。 受压板件的失稳是屈曲后极值失稳，板件屈曲后仍有较大 的承载能力进入屈曲后强度阶段。
中南大学土木工程学院建筑工程系
第 3 章 钢结构的可能破坏模式
§3.1 结构的整体失稳破坏 §3.2 结构和构件的局部失稳、截面分类 §3.3 结构的塑性破坏、应(内)力重分布 §3.4 结构的疲劳破坏 §3.5 结构的损伤累积破坏 §3.6 结构的脆性断裂破坏
§ 3.1 结构的整体失稳破坏
3.1.1 关于稳定的概念 3.1.2 失稳的类别 3.1.3 结构稳定分析的原则 3.1.4 钢构件的整体稳定
3 钢结构的破坏形式
钢结构的可能破坏形式
3 钢结构的 可能破坏形式
正确制造
(1) 严格按照设计要求进行制作，不得随意进行钢材代换，不得随意将 螺栓连接该为焊接连接，不得随意加大焊缝厚度。 (2) 为了避免冷作硬化现象的发生，应采用钻孔或冲孔后再扩钻的方 法，以及对剪切边进行刨边。 (3) 为了减少焊接残余应力导致的应力集中，应该制定合理的焊接工艺 和技术措施，并由考试合格的焊工施焊，必要时可采用热处理方法 消除主要构件中的焊接残余应力。 (4) 焊接中不得在构件上任意打火起弧，影响焊接的质量，应按照规范 的要求进行。
N增大到一定数值(Ncr)
N继续增大(>Ncr)
不稳定平 衡状态
3
钢结构的可能破坏形式
3 钢结构的 可能破坏形式
理想的轴心受压构件(杆件挺直、荷载无偏心、无初始 应力、无初弯曲、无初偏心、截面均匀等）的失稳形式分为:
弯曲失稳 扭转失稳 弯扭失稳
4
钢结构的可能破坏形式
3 钢结构的 可能破坏形式
无缺陷的轴心受压构件 （双轴对称的工型截面） 通常发生弯曲失稳，构 件的变形发生了性质上 的变化，即构件由直线 形式改变为弯曲形式， 且这种变化带有突然性。
σmax σmin
变幅疲劳计算: 吊车荷载作用 下的疲劳计算:
e
（a） σ
t
σmax
f 210
σmin
（b）
6
16t
钢结构的可能破坏形式 图 1-1 疲劳应力谱
3 钢结构的 可能破坏形式
疲劳破坏中一些值得注意的问题
（1）疲劳验算采用的是容许应力设计法，而不是以概率论为基础的 设计方法。这主要是因为焊接构件焊缝周围的力学性能非常复杂， 目前还没有较好试验或数值方法对其进行以概率论为基础的研究。 采用荷载标准值计算。 （2）对于只有压应力的应力循环作用，由于钢材内部缺陷不易开展， 则不会发生疲劳破坏，不必进行疲劳计算。 （3）国内外试验证明，大多数焊接连接类别的疲劳强度不受钢材强 度的影响，故可认为疲劳容许应力幅与钢种无关。 （4）提高疲劳强度和疲劳寿命的措施 （ａ）采取合理构造细节设计，尽可能减少应力集中； （ｂ）严格控制施工质量，减小初始裂纹尺寸； （ｃ）采取必要的工艺措施如打磨、敲打等。
钢结构重要知识点,都是知识点
知识点1、建筑钢材有两种可能的破坏形式塑性破坏和脆性破坏，二者的特征可从塑性变形、名义应力、断口形式三方面来理解。
影响脆性破坏的因素有有害化学元素、冶金缺陷等，但总的来看，钢材的质量、应力集中和低温的影响比较大。
防止脆性破坏必须合理设计、正确制造和正确使用三者的相互配合。
2、钢材的σ－ε曲线在下列标准条件下获得的：Ⅰ）标准试件（无应力集中）；Ⅱ）静荷载一次拉伸到破坏；Ⅲ）试验温度为20°C。
按建筑钢材的σ－ε曲线其工作可分为弹性、弹塑性、塑性和强化四个阶段，并将其简化成理想弹塑性体。
从拉伸试验得到抗拉强度fu、屈服强度fy、伸长率δ5三个钢材基本性能指标，fu、fy是静力强度指标，δ5是钢材在静荷载作用下塑性性能指标。
承重结构钢材都应具有这三个指标合格的保证，对重要或需要冷加工的构件，其钢材尚应具有冷弯试验的合格保证。
3、冲击韧性Cv冲击韧性Cv是表示钢材在动力荷载作用下抵抗脆性断裂能力指标，对直接承受较大动力荷载的结构应提出相应冲击韧性要求。
4、应力钢材在静荷载作用下，单向应力时，要求截面最大应力不超过屈服点；复杂应力状态时，要求折算应力δeq不超过fy。
5、理解各种因素对钢材性能的不利影响对化学成分要分清有利元素和有害元素，应特别注意碳、硫、磷的影响。
重视应力集中产生的影响，其后果是导致局部产生双向或三向受拉的应力状态，使钢材变脆。
应通过合理的构造措施（如平缓过度）尽量避免应力集中。
6、正确选择钢材和提出合理指标要求规范推荐Q235、16Mn、16Mnq、15MnV、15MnVq钢为承重结构钢，理解它们牌号的表示方法，冶金工厂对材质应保证的项目和能附加保证的项目，掌握根据设计结构的具体条件正确选择钢材和提出合理指标要求的方法。
附：钢结构牌号钢结构牌号GB/T5613-1995标准中对铸钢规定了两种牌号表示方法1）以屈服强度和抗拉强度力学性能为主的牌号表示方法，如ZG200-400等。
钢结构的破坏形式及计算方法
(1 14) (1 15)
Pf
式中: φ(·)--标准正态函数；
μz
Z=R-
Z 的概率密度曲线 S
φ-1(·)--标准正态函数 的反函数。
• 从图中可以看出β与失效概率Pf 间存在着一一对应
关系,即: 1).β减小时，阴影部分
f(z) Z
的面积增大，即失效概 率Pf增大； 2).β增大时，阴影部分 的面积减少，亦即失效
G Gk
Q1 Q1k
Qi ci Qik
i2
2.由永久荷载效应控制的组合：
n
S S S
G Gk
Qi ci Qik
i 1
3.荷载分项系数取值如下：
(1 18) (1 19)
（1）永久荷载分项系数 当其效应对结构不利时 --对可变荷载效应控制的组合，应取1.2; --对永久荷载效应控制的组合，应取1.35; 当其效应对结构有利时 --一般情况下应取1.0； --对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.9。
(1 1)
N--构件截面的内力；A--构件截面几何特征； F--钢材的最大强度；K--大于1的安全系数； [σ]--钢材的容许应力。
2.概率极限状态设计方法
(1) 极限状态：当结构或其组成部分超过某一特定状 态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定 状态称为结构的极限状态。
(2) 极限状态分为两类： a.承载能力极限状态: 包括：强度破坏、疲劳破坏、不适于继续承载的 变形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态。
（一）按承载能力极限状态设计
应考虑荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷 载（效应）组合，采用下列表达式设计：
0S R
式中：γo--结构重要性系数；
第三章 钢结构的破坏形式及计算方法
使得净截面承载力不足以承受外力作用时，构件突然断裂， 发生疲劳破坏。 疲劳破坏一般经历裂纹形成、裂纹缓慢扩展 和最后迅速断裂三个阶段。
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Streel Stucture
第 三 章
二、疲劳计算 反复荷载作用产生的应力重复一周叫做一个循环。
失稳，又称屈曲。
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第 三 章
第三章 钢结构的破坏形式及计算方法
第一节 钢结构的可能破坏形 式
三、板件局部失稳破坏
某些情况下，组成构件结构的板件的局部丧失稳定 会先于整体失稳出现。局部失稳的发生可能最终促成或 导致结构或构件的整体失稳，造成破坏。
Pf =P (z<0) Ps=P(z≥0)=1- Pf
设计使用年限分类
类别 1 2 3
4
设计使用年限 5 25 50
100
示例 临时性结构 易于替换的结构构件 普通房屋和构筑物
纪念性建筑和特别重要的结构
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第 三 章
三．设计表达式：
R
0
RK
0 R
GSGK
QSQK
RK
R
SSK
《钢结构设计规范(GB50017)》设计方法
R 0S
对于承载能力极限状态 采用应力表达式
n
0 ( GGK Q1 Q1K ci QiQiK ) f i2
正常使用极限状态
n
W WGK WQ1K W ci QiK [W ] i2
➢ 在完全压应力（不出现拉应力）循环中，由于压应力不会 使裂纹继续扩展，故规范规定此种情况可不进行疲劳计算。
钢结构基本原理 3 钢结构的可能破坏形式
我国新修订的2004年钢结构规范中已考虑了பைடு நூலகம் 扭屈曲的相关设计理论。
❖大跨度波纹拱屋盖 我国东北、内蒙古、新疆曾有大量使用，用于仓 库、临时罩棚等设施。但有些结构在大雪后倒塌。 破坏原因：波纹拱的畸变屈曲没有给予很好的 考虑。
破坏后
❖宁波某轻钢门式刚架施工阶段倒塌。 破坏原因：施工顺序不当、未设置必要的支撑等。
解具有单值性
稳定 问题
与整个构件 的所有截面
均有关系
要考虑构件已变 形状态下的平衡 关系，属于二阶 分析
几何非线性 问题，叠加原
理不再适用
可能有多个平衡 位置(特征值)解具 有多值性。一般要 寻求最小临界力
2）判别稳定性的基本原则
❖对处于平衡状态的体系施加一个微小干扰，当
干扰撤去后，如体系恢复到原来的位置，该平衡 是稳定平衡，否则是不稳定的。
微扭）平衡状态。
相应的荷载NE——屈曲荷载、临界荷载、平衡分 岔荷载
稳定分岔失稳 此类稳定又可分为两类：不稳定分岔失稳
❖非理想轴压或压弯构件或结构的稳定(imperfect) 又称：极值点失稳或第二类稳定问题 (limit-load-instability)
定义：平衡状态渐变，不发生分岔现象。 相应的荷载Nmax——失稳极限荷载或压溃荷载。
我国其它一些地方的门式刚架也发生过倒塌事故， 从设计、制作、到安装阶段都有可能出现问题。
§3-2-2 稳定问题分类
1）按平衡状态分
❖理想轴压或压弯构件或结构的稳定(perfect)
又称：分岔失稳或第一类稳定问题
(bifurcation instability) 定义：由原来的平衡状态变为一种新的微弯（或
钢结构的可能破坏形式课件.ppt
• 在超静定结构中其某个构件的某个截面出现塑性铰并不 意味结构失去承载能力。由于塑性内力重分布结构可以 继续承受增加的荷载。
3.4结构的疲劳破坏
• 3.4.1疲劳破坏现象 • 钢结构或钢构件在连续反复荷载的作用下，要发生疲
劳破坏。
• 钢结构或钢构件总是存在裂纹，疲劳破坏就是裂纹发 展导致最后断裂。
• 3.4.2影响疲劳强度的因素 • 包括应力集中、缺陷、残余应力等因素，它们相互交
织在一起，通常用试验判定。 • 3.4.3疲劳强度的确定 • 《钢规》当应力变化的循环次数 n大于或等于 5 ×104
次时，应进行疲劳计算。
• 由试验可知，焊接结构应力幅△σ与疲劳破坏荷载循
环次数一一对应，而与钢材种类没有关系。
•
对一般简支实腹吊车梁疲劳验算位置有4处(见图)： • ①下翼缘与腹板连接角焊缝； • ②横向加劲肋下端的主体金属； • ③下翼缘螺栓和虚孔处的主体金属； • ④下翼缘连接焊缝处的主体金属。
•简支吊车梁疲 劳计算位置
3.5结构的累积损伤破坏
• 钢构件在荷载反复作用下，要发生此类破坏。如钢柱或 梁柱节点在强地震作用下的破坏。由于构件累积损伤造 成的破坏是再强度很大的荷载作用下，反复次数不多情 况下发生的，又称低周疲劳断裂。
• 2、极值型失稳
• 结构变形随荷载增加而增加，且愈来愈快，直到结构 不能承受增加的外荷载而压溃。又称第二类稳定。
• 3、屈曲后极值型失稳
• 失稳时有平衡分岔现象，但不立即破坏，有较显著的 屈曲后强度，可继续承载直到出现极值型失稳。
• 4、有限干扰型失稳
• 结构屈曲后承载力迅速下降，如有缺陷结构在受荷过 程中就不出现屈曲现象而直接进入承载力较低的极值 型失稳。又称不稳定分岔屈曲，这类结构称缺陷敏感 型结构。
钢结构疲劳破坏的特点
钢结构疲劳破坏的特点
钢结构的疲劳破坏具有以下特点：
1. 循环载荷引起的破坏：疲劳破坏是由于结构在循环载荷作用下，经历了多次的应力循环，最终导致材料失效。
循环载荷是指结构在一段时间内多次受到的应力反复加载和卸载。
2. 局部疲劳破坏：疲劳破坏通常发生在结构中的一些局部区域，如焊接处、孔洞、切口等。
这些局部区域在应力集中的情况下更容易产生裂纹，从而引起疲劳破坏。
3. 逐渐扩展的裂纹：疲劳破坏是一个逐渐发展的过程，通常从结构表面的微小缺陷处开始形成裂纹，随着循环载荷的作用，裂纹会逐渐扩展，最终导致结构的失效。
4. 裂纹形态为疲劳条纹：疲劳破坏的裂纹形态通常呈现出一种类似条纹的形式，称为疲劳条纹。
这些条纹是由于裂纹在扩展时材料的撕裂和破碎引起的。
5. 疲劳寿命：对于给定的应力幅值和循环次数，材料具有一定的疲劳寿命。
疲劳寿命是指材料能够承受多少次应力循环后出现失效。
不同材料和结构的疲劳寿命各不相同。
6. 极限疲劳强度：根据疲劳试验结果，可以确定材料的极限疲劳强度。
极限疲劳强度是指在特定的应力循环次数下，材料能够承受的最大应力幅值，超过该应力幅值会导致材料失效。
钢结构的可能破坏形式
3.3 整体失稳破坏
2. 钢构件的整体失稳破坏： ✓受弯构件（梁）的整体失稳形式为弯扭失稳，梁整体失稳的原因详见第6章 。 ✓截面具有对称轴的实腹式单向压弯构件的整体失稳形式：
单向压弯构件的 整体失稳形式
（1） 弯矩作用平面内：弯曲失稳 （2） 弯矩作用平面外：弯扭失稳
➢变形过大属于正常使用极限状态范畴。如果不对已发生过大变形的结构或构件 采取及时的补救措施，则很可能会转变为失稳破坏等其他导致失去承载力的破坏 形式。
➢脆性断裂破坏是结构最危险的破坏形式。了解引起脆性破坏的各种原因，从而 在设计、施工、使用钢结构时采取有效措施，防止脆性断裂破坏的发生。
第3章 钢结构的可能破坏形式
✓实腹式双向压弯构件的整体失稳形式为弯扭失稳。 ✓压弯杆件整体失稳的原因详见第7章。
第3章 钢结构的可能破坏形式
3.4 局部失稳破坏
结构的局部失稳
局部失稳破坏
构件的局部失稳
1. 结构的局部失稳：
结构的局部失稳
指在外荷载逐渐增大的过程中，结构作为整体还没有发生强度破坏或整体失 稳破坏，结构中的局部构件已经不能承受分配给它的内力而失去稳定。
第3章 钢结构的可能破坏形式
3.7 脆性断裂破坏
1. 脆性断裂破坏的特点：
结构的脆性断裂破坏是结构各的应力通常小于屈服点fy，不发生显著的变形，破坏突然发生， 无任何预兆。
✓应注意的是，疲劳断裂只是脆性断裂中的一种。
2. 脆性断裂破坏的主要原因：
强度破坏
构件的强度破坏
受拉钢构件的强度破坏 受弯钢构件的强度破坏
整体结构的极限 承载力破坏
第3章 钢结构的可能破坏形式
3.3 整体失稳破坏
➢钢材的强度高，构件截面小，故受压构件的设计一般由稳定控制。
钢结构的破坏模式分析
钢结构的破坏模式分析钢结构是一种常见的建筑结构形式，具有高强度和优异的力学性能。
然而，在一些特定的情况下，钢结构也会遭受各种不同形式的破坏。
本文将对钢结构的破坏模式进行详细分析，以帮助读者更好地了解该结构在不同情况下的表现和应对方法。
1. 弹性失稳破坏弹性失稳破坏是钢结构最常见的破坏形式之一。
当结构受到外部载荷作用时，其表现为结构中的某一部分或整体开始产生弯曲变形，并且不能恢复到原始状态。
这种破坏模式通常发生在杆件或梁柱连接处。
2. 屈曲破坏屈曲破坏是在钢结构中发生的另一种常见形式。
当某个构件承受的应力超过其屈服强度时，它的形状将开始发生塑性变形，最终导致该构件无法继续承受负荷并发生失效。
在屈曲破坏中，构件的断裂通常发生在连接处、焊缝或构件的弱点处。
3. 失稳屈曲破坏失稳屈曲破坏是弹性失稳破坏和屈曲破坏的综合表现。
当结构受到外部载荷作用时，一部分构件发生屈曲，同时其他部分也开始产生弹性失稳变形。
这种破坏模式通常发生在长支撑结构中，例如桁架和柱子。
4. 疲劳破坏疲劳破坏是由于结构长期受到重复或循环载荷的作用而导致的，特别是在应力集中的区域。
这种破坏模式通常在钢桥梁、塔架和机械设备中发生。
疲劳破坏的特点是慢慢扩展，表现为结构的局部裂纹逐渐扩展并最终导致结构失效。
5. 冲击破坏冲击破坏是由突然施加到结构上的高能量载荷造成的，例如爆炸或碰撞。
由于冲击载荷的特殊性，结构无法承受这种突然的巨大荷载，导致结构出现严重破坏。
冲击破坏的特点是瞬时性和不可预测性。
综上所述，钢结构在面对不同的外部载荷和作用下，可能会出现弹性失稳破坏、屈曲破坏、失稳屈曲破坏、疲劳破坏和冲击破坏等不同的破坏模式。
对于这些破坏模式的分析，有助于设计师和工程师更好地理解钢结构的性能和限制，并采取相应的预防和修复措施，以确保结构的安全性和可靠性。
同时，在实际应用中，结构的维护保养和定期检查也至关重要，以及时发现并处理任何潜在的问题，确保结构的长久使用。
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]。
钢结构易发生的工程事故有哪些
钢结构易发生的工程事故有哪些一、钢结构承载力和刚度失效。
二、钢结构失稳。
钢结构的失稳主要发生在轴压、压弯和受弯构件。
三、钢结构疲劳破坏。
热门城市：中山律师宁德律师商丘律师固原律师乐山律师钦州律师荆门律师常州律师海东律师鞍山律师钢结构是一种新型的结构体系，有着各种各样的优点，随着钢结构的不断发展，许多其他的结构体系都在被取代，我国的钢结构也在蓬勃发展。
但是钢结构也有其不足的地方，他的一些缺陷可能造成事故。
下面小编就为您介绍钢结构易发生的工程事故有哪些。
钢结构的事故按破坏形式大致可分为：钢结构承载力和刚度失效;钢结构失稳;钢结构疲劳;钢结构脆性断裂和钢结构的腐蚀等几种。
一、钢结构承载力和刚度失效1、钢结构承载力失效指正常使用状态下结构构件或连接材料强度被超越而导致破坏。
其主要原因为：①钢材的强度指标不合格。
合格钢结构设计中有两个重要强度指标：屈服强度fy;另外，当结构构件承受较大剪力或扭矩时，钢材抗剪强度fv也是重要指标。
②连接强度不满足要求。
焊接连接的强度取决于是否与母材匹配的焊接材料强度、焊接工艺、焊缝质量和缺陷及其检查控制、焊接对母材热影响区强度的影响等;螺栓连接强度的影响因素为：螺栓及其附件材料的质量以及热处理效果(高强螺栓)、螺栓连接的施工技术工艺的控制，特别是高强螺栓预应力控制和摩擦面的处理、螺栓孔引起被连接构件截面的削弱和应力集中等。
③使用荷载和条件的变化。
包括计算荷载的超载、部分构件退出工作引起其他构件增载、意外冲击荷载、温度变化引起的附加应力、基础不均匀沉降引起的附加应力等。
2、钢结构刚度失效指产生影响其继续承载或正常使用的塑性变形或振动。
其主要原因为：①结构或构件的刚度不满足设计要求如轴压构件不满足长细比要求;受弯构件不满足允许挠度要求;压弯构件不满足上述两方面要求等。
②结构支撑体系不够。
支撑体系是保证结构整体和局部刚度的重要组成部分，它不仅对抵制水平荷载、抗振动有利，而且直接影响结构正常使用(如工业厂房当整体刚度不足时，在吊车运行过程中会产生振动和摇晃)。
钢材的破坏形式与主要性能
钢材的破坏形式与主要性能1. 引言钢材作为一种常用的结构材料，在各个行业中有着广泛的应用。
但在使用过程中，钢材也会遭受各种形式的破坏。
了解钢材的破坏形式及其主要性能对于设计和使用钢材结构具有重要意义。
本文将分析钢材的破坏形式以及相关的主要性能，为钢材的合理选择和使用提供依据。
2. 破坏形式2.1 塑性变形钢材的塑性变形是钢材常见的一种破坏形式。
在受到外力作用下，钢材会发生塑性变形，产生局部或整体的形状改变。
这种变形是可逆的，即钢材在去除外力后可以恢复原状。
塑性变形主要包括拉伸、压缩和弯曲。
2.2 断裂断裂是钢材破坏的另一种常见形式。
当承受的载荷超过钢材所能承受的极限时，会导致钢材发生断裂。
断裂可以分为韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂。
•韧性断裂是指钢材在受到高强度载荷作用下发生的断裂。
这种断裂具有较大的断口伸长率和韧性，通常发生在冷弯和冲压等加工过程中。
•脆性断裂是指钢材在低温或应力集中区域受到高应力作用下发生的断裂。
这种断裂速度非常快，断口较光滑，通常发生在低温环境下或存在明显缺陷的钢材中。
•疲劳断裂是指钢材在受到循环载荷作用下发生的断裂。
这种断裂常发生在频繁变化的载荷下，会导致钢材出现微裂纹，并最终扩展为断裂。
2.3 腐蚀腐蚀是钢材破坏的另一重要形式。
在潮湿、酸性或碱性环境中，钢材会与周围介质发生化学反应，引起钢材表面的氧化或溶解，导致钢材的厚度减小、强度降低以及出现孔洞等腐蚀痕迹。
腐蚀不仅会影响钢材的机械性能，还会降低其寿命。
3. 主要性能3.1 强度钢材的强度是指其抵抗外力作用的能力。
强度是钢材选择和设计的重要性能指标之一。
常见的钢材强度指标包括屈服强度、抗拉强度和抗压强度等。
3.2 韧性钢材的韧性是指其在受力下发生塑性变形时所能吸收的能量。
韧性与钢材的断裂性能有关，对于某些承受冲击或动态载荷的结构来说，韧性是一个非常重要的性能指标。
3.3 硬度钢材的硬度是指其抵抗局部刮擦和压痕形成的能力。
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脆性断裂是钢结构在静力和加载次数不多的动力作用 下发生的脆性破坏。结构或构件破坏前没有明显的变形和 征兆，破坏时产生的变形远比结构应有的变形能力小，吸 收能量很少，突然发生断裂破坏， 断口平齐、发亮，无机 会补救。
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钢结构的可能破坏形式
3 钢结构的 可能破坏形式
3.5 结构的疲劳破坏
3 钢结构的 可能破坏形式
工程设计上采用控制长细比x或y≥5.07b/t，以防止扭转屈曲。
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钢结构的可能破坏形式
截面为单轴对称（T 形截面）或无对称轴的轴 心受压构件绕对称轴失稳 时，由于截面形心和剪切 中心不重合，在发生弯曲 变形的同时必然伴随有扭 转变形，这种现象称为弯 扭失稳。
3 钢结构的 可能破坏形式
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钢结构的可能破坏形式
3 钢结构的 可能破坏形式
3.1 结构的整体失稳破坏
稳定性：结构在荷载作用下处于平衡位置，微小外界挠动使其 偏离平衡位置，若外界挠动除去后仍能回复到初始平衡位置，则 是稳定的；若外界挠动除去后不能回复到初始平衡位置，且偏离 初始平衡位置逾来逾远，则是不稳定的；若外界挠动除去后不能 回复到初始平衡位置，仍能停留在新的平衡位置，则是临界状态， 也称随遇平衡。
（3）疲劳对缺陷十分敏感。
原因： 缺陷、微观裂纹、宏观裂纹。
注意：结构只有在循环拉应力作 用下才有可能发生疲劳破坏。
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钢结构的可能破坏形式
疲劳断裂过程
裂纹形成
3 钢结构的 可能破坏形式
裂纹稳定扩展
裂纹失稳 扩展断裂
疲劳分类
高周疲劳（应力疲劳）
工作应力小于fy，没有明显的塑性变形， 寿命n≥5×104次。如吊车梁、桥梁、海洋平 台在日常荷载下的疲劳破坏
弯曲失稳 扭转失稳 弯扭失稳
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钢结构的可能破坏形式
无缺陷的轴心受压构件 （双轴对称的工型截面） 通常发生弯曲失稳，构 件的变形发生了性质上 的变化，即构件由直线 形式改变为弯曲形式， 且这种变化带有突然性。
3 钢结构的 可能破坏形式
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钢结构的可能破坏形式
对某些抗扭刚度较差的 轴心受压构件（十字形 截面），当轴心压力达 到临界值时，稳定平衡 状态不再保持而发生微 扭转。当轴心力在稍微 增加，则扭转变形迅速 增大而使构件丧失承载 能力，这种现象称为扭 转失稳。
钢结构因其优良的性能 被广泛地应用于大跨度结构、 重型厂房、高层建筑、高耸构 筑物、轻型钢结构和桥梁结构 等。如果钢结构发生事故则会 造成很大损失。了解钢结构可 能发生的各种破坏形式，才能 有效防止破坏的发生。
➢ 整体失稳 ➢ 局部失稳 ➢ 强度破坏 ➢ 脆性断裂 ➢ 疲劳破坏
3 钢结构的 可能破坏形式
对结构构件，强度计算是基本要求，但是对钢结构构件， 稳定计算比强度计算更为重要。强度问题与稳定问题虽然均 属第一极限状态问题，但两者之间概念不同。
强度问题关注在结构构件截面上产生的最大内力或最大 应力是否达到该截面的承载力或材料的强度，因此，强度问 题是应力问题。
稳定问题是要找出作用与结构内部抵抗力之间的不稳定 平衡状态，即变形开始急剧增长的状态，属于变形问题。
局部失稳不会导 致整个结构丧失 承载力，但会使 截面的刚度退化， 降低结构的整体 稳定
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钢结构的可能破坏形式
3 钢结构的 可能破坏形式
3.3 结构的强度破坏（塑性破坏）
结构在不发生整体失稳和局部失稳的条件下，内力将随 荷载的增加而增加，当结构构件截面上的内力达到截面的承 载力并使结构形成机构时，结构构件将丧失承载力而破坏。 破坏前有显著的变形，并吸收很大能量，从变形发生到最后 破坏要持续较长的时间，属塑性破坏。
稳定平 衡状态
N增大到一定数值(Ncr)
干扰力除去后，不能恢复到原 临界平 直线平衡状态,保持微弯状态 衡状态
N继续增大(>Ncr)
干扰力除去后，弯曲变形仍然 迅速增大，迅速丧失承载力,丧 失整体稳定
不稳定平 衡状态
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钢结构的可能破坏形式
3 钢结构的 可能破坏形式
理想的轴心受压构件(杆件挺直、荷载无偏心、无初始 应力、无初弯曲、无初偏心、截面均匀等）的失稳形式分为:
结构整体失稳破坏：结构受压，受弯、受压弯时当截面应力还 较低（低于钢材的屈服强度），结构已不能继续承载而产生很大 的变形，使结构偏离原来的平衡位置而破坏或倒塌。
屈曲：即丧失平衡形式的稳定性，也称失稳。
临界力：使构件丧失整体稳定时的内力称为临界力，相应的截
面应力成为临界应力
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钢结构的可能破坏形式
3 钢结构的 可能破坏形式
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钢结构的可能破坏形式
梁的整体失稳
如图梁受横向荷 载P作用下，当P增加 到某一数值时，梁将 在截面承载力尚未充 分发挥之前突然偏离 原来的弯曲变形平面， 发生侧向挠曲和扭转， 使梁丧失继续承载的 能力，这种现象称为 梁的整体失稳。失稳 的形式为弯扭失稳
3 钢结构的 可能破坏形式
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钢结构的可能破坏形式
结构稳定分析原则：
（1）必须考虑几何非线性的影响。
（2）必须考虑材料非线性的影响。
（3）必须考虑结构和构件的初始缺陷。
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钢结构的可能破坏形式
3.2 结构和构件的局部失稳
3 钢结构的 可能破坏形式
结构和构件在保持整体稳定的条件下，结构中的局部构 件或组成构件的板件在压力作用下，当压力增加到某一数值 时将不能保持平衡状态，而产生平面波形凸曲的现象称为局 部失稳。
轴心受压构件的整体失稳
理想轴心受压构件（理想直，理想 轴心受力）当其压力小于某 个值（Ncr）时，只有轴向压缩变形和均匀压应力。达到该值时，构 件可能弯曲或扭转，产生弯曲或扭转应力。此现象称：构件整体失 稳或整体屈曲。意指失去了原先的直线平衡形式的稳定性。
轴心压力N较小
只有压缩变形和截面均匀受压。 干扰力除去后，恢复到原直线 平衡状态
定义：钢材在循环荷载作用下，经历一定时间的损伤积累，构件或连接
部位裂纹生成、扩展，以致最后断裂破坏。称为疲劳破坏。
破坏特点：
（1）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。危险性大。
（2）疲劳破坏的断口与一般脆性破坏的断口 不同。一般脆性破坏后的断口平直，呈有光泽 的晶粒状或人字纹。而疲劳破坏的主要断口特 征是放射和年轮状花纹。