钢梁斜向扶杆断裂案例分析

案例分析
一：案例概述
本案例为某工程架构钢结构三角梁，长8m。

如图：
这种梁已在工程实践中使用多年，其结构设计是可靠的。

但本工程共14架钢梁（其中一架长10.6米），却有12架梁出现了不同程度的25mm 圆钢斜向扶杆在与纵向25mm圆钢焊接弯折近端处，刚加工完成后不久（未加任何的外荷载）就发生了脆性断裂。

且多为间隔破坏，有两处为两侧面对角断裂。

如图：
二：影响钢结构发生脆性破坏的几个因素
材料：
钢材型号Q235B，经有关部门检验，材料中的C S P O N元素含量满足要就。

但未说明是否做了“夏比V型缺口冲击试验C V，无法判断材料的韧性是否合格。

而钢材的断裂韧性K IC是判断其是否较易发生脆性破坏的重要指标（断裂力学观点）。

施工工艺
1 材料的冷加工：直径25圆钢冷弯约45°，弯着长度为50mm。

弯着处有明显压痕，冷弯工艺不满足要就，很有可能引起两种缺陷：1近弯折处材料出现细微裂纹，2在附近区域引起应力集中现象，致使材料受到双向或三向拉应力。

2 温度：构件所处的环境温度为零下5度左右
3 焊缝：焊缝类型：对接焊缝；焊接方法：CO2气体保护焊，此焊法优点为，加热集中，无焊渣，焊接速度快，熔深大，焊缝强度高，塑
性和抗腐蚀性能好。

焊缝长度为25mm，焊缝厚度为25mm，焊缝成
型次数3 。

焊缝质量合格。

构件焊接顺序：共分三步完成。

第一步：构件用点焊整体组合完成；第二步：与角钢连接的杆件一次焊接完成，焊缝厚度为25mm；25圆钢扶杆与纵向25圆钢分两次完成，第一次焊接厚度约1/3h f。

甲、乙两人相隔3组扶杆向一个方向两个侧面同时实焊，第二次完成余下焊缝厚度。

两次焊接相隔时间为1小时左右。

（杆塔场车间李主任所述）
4 焊接残余应力：钢结构焊接的过程是焊件局部受热溶化后又冷却凝固的热过程。

由于不均匀的温度场，导致构件不均匀程度的膨胀和收缩，从而使焊件内部出现残余内力并引起变形，故统称为焊接残余应力和残余变形。

残余应力在焊缝及其附近有时能够达到甚至超过钢材的屈服强
度f y，从而在焊缝附近形成高而复杂的拉应力区域，又因焊接构件的刚度大，限制了构件的塑性变形，材料变脆，使裂纹容易生成和展开，再遇到温度较低的情况下，更易造成脆断。

5 酸洗：钢梁在H2SO4溶液中酸洗40分钟。

据“安钢”技术人员介绍，酸洗对Q235B软钢的韧性有所破坏。

6热镀锌：钢梁在温度为550摄氏度的镀锌池内3分钟左右，而后随即在水中冷却。

这种冷热的突变过程对钢材的韧性进一步破坏（观点是否正确有待专家认证和权威资料支持）。

三：结论
由于材料冷加工使材料出现裂纹和引起应力集中的变形形状；所
用钢材韧性不好，又经过焊接、酸洗及热镀锌加工过程，材料的韧性进一步降低，以致构件在复杂的高残余拉应力下发生脆性破坏！四：解决途径
1 材料：提高钢材型号。

2 设计方面：
○1采用直扶杆，避免有缺陷的冷弯折。

○2根据计算，φ25圆钢改用φ18圆钢，便于冷弯折。

3 制造、焊接工艺方面：
○1对焊件的尺寸收缩，在下料时预加收缩余量。

○2在焊接工艺上，应选择使焊件易于收缩并可减少焊接残余应力的焊接顺序。

如：分段退焊，分层焊，对角跳焊和分块拼焊等。

预先反弯
焊前加热
○3在制造工艺上，可采用预先反变形、对厚钢板焊前预热，焊后加热或锤击法延伸，以减小焊缝残余应力。

五：附件
压痕
裂纹。