第三章 钢结构工程事故2014.5

（三）使用维护阶段
1、违反使用规定（超载、乱开洞）； 2、建筑物地基下沉； 3、使用条件恶化，材性改变（老化、 腐蚀、高温、低温、疲劳等）； 4、采用了不恰当方法改造、加固； 5、操作不当，使结构构件损伤或破坏， 不及时维修； 6、结构定期检查制度没有执行； 7、特殊作用，如地震、辐射等。
修复方法
冶金工艺解决
夹层 微孔 白点 内部破裂
消除气泡，轧制 过程中温度适当， 压力比正确 避免切除不干净
因含氢量太大和组织内应力太大相互影响而形成的， 轧前合理加热， 它使钢材质地变松，变脆，丧失韧性，产生破裂 轧后缓慢冷却， 避免氢气进入 轧制钢材中，其塑性较低或者压量过小，使内外层 延伸量不等，会引起内部破裂 选用合适的轧制 压缩比
（四）钢结构的脆性断裂 1、所用钢材的抗脆断性能差； 2、构件的加工制作缺陷； 结构构造和工艺缺陷、焊接的残余 应力和残余变形、焊缝及其热影响 区的裂纹、冷作与变形硬化及其裂 纹、构件的热应力等； 3、构件的应力集中和应力状态； 4、构件的尺寸（厚度）； 5、低温和动载。

3.2 钢结构的事故及其影响因素





一、钢结构事故的破坏形式 钢结构的事故按破坏形式大致可分 为如下几类：即钢结构强度和刚度的失 效、钢结构的失稳、钢结构的疲劳、钢 结构的脆性断裂和钢结构的腐蚀等。 （一）钢结构承载力和刚度的失效 钢结构承载力失效主要指：正常使 用状态下结构构件或连接因材料强度被 超过而导致破坏，其主要原因大致归归 纳为： 1、钢材的强度指标不合格 2、连接强度不满足要求






（五）钢结构的腐蚀破坏 易发生锈蚀的部位： （1）埋入地下的地面附近部位，如柱 脚等； （2）可能存积水或遭受水蒸汽侵蚀部 位； （3）经常干湿交替又末包混凝土的构 件； （4）易积灰又湿度大的构件部位； （5）组合截面净空小于12mm，难于 涂刷油漆的部位； （6）屋盖结构、柱与屋架节点、吊车 梁与柱节点部位等。


2、制作和安装中原因
（1）构件几何尺寸超过允许偏差，由 于矫正不够、焊接变形、运输安装中受 弯，使杆件有初弯曲，引起杆件内力变 化。 （2）屋架或托架节点构造处理不当， 形成应力集中；檩条错位或节点偏心。 （3）腹杆端部与弦杆距离不合要求， 使节点板工作恶化出现裂缝。 （4）桁架杆件尤其是受压杆件漏放连 接垫板，造成杆件过早丧失稳定。使屋 盖重量增加。
可用退火方法 恢复其机械性 能
斑疤
夹渣
划痕
切痕
过热
过烧
钢材加热温度很高时，钢内杂质在晶粒边界 过烧的金属为废品， 只能回炉重炼 氧化和部分熔化，使晶粒边界周围形成一层 非金属薄膜将晶粒展开，使金属经不起变形， 在轧制或者锻造过程中易产生裂纹，甚至裂 成碎片 加热时金属表面氧化后，表面含碳量比内层 低，钢材脱碳后淬火，使其强度，硬度及耐 磨性降低 要求钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率、 界面收缩率四项指标得到保证，有时加上冷 弯性能指标，在动力荷载和低温时还要冲击 韧性得到保证，如不满足，称为不合格 将引起钢材可焊性下降，甚至无法焊接，机 械性能也不好 大部分指标不合格， 报废，个别的达不 到要求，作等外品 处理 太差得只能报废， 稍差得作为等外品
二、钢结构加工制作中可能存在的缺陷




（一）钢构件的加工制作及其可能产生的缺陷 （1）选用钢材的性能不合格； （2）矫正时引起的冷热硬化； （3）放样尺寸和孔中心的偏差； （4）切割边未作加工或加工未达到要求； （5）孔径误差； （6）冲孔未作加工，存在有硬化区和微裂纹 （7）构件的冷加工引起的钢材硬化和微裂纹 （8）构件的热加工引起的残余应力等。
4、疲劳 钢材的疲劳是指其在循环应力多次反 复作用下，裂纹生成、扩展以致断裂破坏 的现象。钢材疲劳破坏时，截面上的应力 低于钢材的抗拉强度设计值。钢材在疲劳 破坏之前，并不出现明显的变形或局部收 缩．它和脆性断裂一样，是突然破坏的。 5、冷脆 在常温下，钢材本是塑性和韧性较好 的金属．但随着温度的降低，其塑性和韧 性逐渐降低，即钢材逐渐变脆，这种现象 称为钢材的“冷脆现象”。它通常是用钢 材的低温冲击韧性AKV来衡量的。


3.3Fra Baidu bibliotek钢结构事故的实例分析

一、屋盖结构事故 事故原因 1、设计方面原因 （1）结构设计方案不合理或计算简图不符 合实际； （2）结构构件和连接计算错误； （3）对结构荷载和受力情况估计不足； （4）材料选择不宜或材料性能不满足实际 使用要求 （5）结构节点构造不合理； （6）防腐蚀、高温和冷脆措施不足； （7）设计图纸出错等。


（五）钢结构的防护涂层缺陷及其处理
1、显刷纹 2、流挂 3、皱纹 4、失光（变白） 5、不粘 6、颜色不均 7、透色（咬色） 8、光泽不良 9、回粘－－使用焦油涂料 10、剥离 11、变色、退色 12、起泡 13、粉化 14、龟裂 15、不盖底




三、钢结构的运输、安装和使用 维护中可能存在的缺陷
氧化铁皮
轧制或者已经轧制完的金属表面的金属 氧化物及其在轧制品表面留下的凹坑等 表面缺陷，多出现在较薄的轧材中 一种表面粗糙的缺陷，在材料的表面， 其宽度和长度可达几毫米，深度0.01－ 0.1毫米，斑疤会使薄钢板成型时的冲压 性能变坏，甚至产生裂纹和破裂 因金属表面上的非金属夹杂物引起，一 般出现在厚钢板或中厚钢板上，深度约 1－3毫米 产生在钢板表面上，主要由轧钢设备摩 擦所致，其宽度和深度刚可看出，长度 不等 薄钢板表面常见的折叠，形似接缝的折 皱，如将形成切痕的褶皱展平，钢板易 在此处裂开 钢材加热到上临界点后，还继续升温， 其机械性能如抗拉强度、冲击韧性显著 降低的现象



3、使用荷载和条件的改变主要包括： 计算荷载的超载、部分构件退出工作 引起的其他构件荷载的增加、温度荷 载、基础不均匀沉降引起的附加荷载、 意外的冲击荷载、结构加固过程中引 起计算简图的改变等。 钢结构刚度失效主要指：结构构件产 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 （2）结构支撑体系不够




钢结构的运输、安装和使用维护过程中可能遇到 的缺陷有： （1）运输过程中引起结构或其构件产生的较大变 形和损伤； （2）吊装过程中引起结构或其构件的较大变形和 局部失稳； （3）安装过程中没有足够的临时支撑或锚固，导 致结构或其构件产生较大的变形丧失稳定性，甚 至倾覆等；




（4）施工连接(焊缝、螺栓连接) 的质量不满足设计要求； （5）使用期间由于地基不均匀 沉降等原因造成的结构损坏； （6）没有定期维护使结构出现 较重腐蚀，影响结构的可靠性能。
脱碳
机械性能不 合格 化学成分不 合格
钢材中裂纹产生的原因可归纳为如下几类： （1）由于某种应力作用而引起的开裂，主要是指钢锭 冷却时不均匀收缩时产生的裂纹，以及钢构件加工制作 工艺如冷加工、热处理、焊接等引起的裂纹； （2）由于钢中所含某一化学元素超过最大允许含量， 对钢的组织结构、工艺性能或机械性能产生不良影响， 从而导致其在加工或使用时开裂。如氢带来钢中的“白 点”，硫使钢在热加工时发生“热脆”，磷使钢材产生 “冷脆”等； （3）由于其他缺陷如气泡或缩孔等产生的内部裂纹； （4）出于熔炼与浇铸过程中非金属夹杂物进入钢液内； （5）溶解在钢中的气体与非金属夹杂物在锻轧加工时 所形成的细小型纹 （6）钢材折叠而形成的裂纹， （7）钢材长期处于高温和压力下．由于碳氢的腐蚀使 表面开裂； （8）钢材突然遭到高频弹性波冲击时产生的振动裂纹。




二、钢结构事故发生阶段及原因分类 （一）设计阶段 1、结构设计方案不合理； 2、计算简图不当； 3、结构计算错误； 4、对结构荷载和受力情况估计不足； 5、材料选择不宜（性能要求不满足）； 6、结构节点不完整； 7、未考虑施工和使用阶段工艺特点； 8、防腐蚀、高温和冷脆措施不足； 9、没有按结构设计规程执行； 10、没有相应的结构规程规定。
钢材常见的缺陷
缺陷名称
发裂
形成原因和特征
由热变形过程中钢内气泡及非金属夹杂物引起；经 常呈现在轧件的纵向，纹如发丝，易用锉刀锉掉， 分布在钢材表面和内部，纹长20－30厘米以下， 有时也有100－150厘米 钢锭轧制时，温度不高和压下量不足，钢锭中的气 泡没能焊接起来，被压偏并延伸很长，形成夹层 因轧制前未将钢锭头部的空腔切除干净
第3章 钢结构工程事故
3.1 钢结构的缺陷
钢结构缺陷的产生，主要决 定于钢材的性能和成型前已 有的缺陷、钢结构的加工制 作和安装工艺、钢结构的使 用维护方法等因素。
一、钢材的性能及其可能的缺陷
钢材的化学成分：碳、锰、硅、钒、铜、 硫磷、氧、氮、氢 （一）钢材的物理力学性能 1、冷弯性能 冷弯性能是指钢材在常温下冷加工弯曲 产生塑性变形时抵抗裂纹产生的一种能 力。 2、冲击韧性 钢材的冲击韧性是钢材在塑性变形和断 裂过程中吸收能量的能力，也即钢材抵 抗冲击或振动荷载的能力。它是强度和 塑性的综合体现，与钢材的塑性有关却 又不同于塑性。



（三）钢结构的铆钉连接及其可能产生的缺陷 （1）铆钉孔引起构件截面削弱； （2）铆合质量差，铆钉松动； （3）铆合温度过高，引起局部钢材硬化； （4）板件间紧密度不够等。 （四）钢结构的螺栓连接及其可能产生的缺陷 螺栓连接工艺给钢结构带来的主要缺陷有： （1）螺栓孔引起构件截面削弱； （2）普通螺栓连接在长期动荷载作用下的螺 栓松动； （3）高强度螺栓连接预应力松弛引起的滑移 变形； （4）螺栓及其附件钢材质量不符合设计要求；
（二）钢结构的焊接及其可能产生 的缺陷
由于焊接工艺给钢结构带来的缺陷主要有： （1）热影响区母材的塑性、韧性降低；钢材 硬化、变脆和开裂；



（2）焊接残余应力和 残余应变； （3）各种焊接缺陷： 如裂纹、气孔、夹渣、 焊瘤、烧穿、弧坑、 咬边、未熔合和末焊 透等； （4）焊接带来的应力 集中等。
6、腐蚀 钢材的腐蚀可分为：大气腐蚀、介质腐 蚀和应力腐蚀。钢材的应力腐蚀是指其在 腐蚀性介质浸蚀和静应力长期作用下的材 质脆化现象。如海洋钢结构在海水和静应 力长期作用下的“静疲劳”。 7、时效 钢材随时间的进展，其屈服强度和抗拉 强度提高，塑性和冲击韧性降低的过程。 8、高温蠕变脆性 钢材在高温及长期应力作用下会出现蠕 变变脆的现象称为钢材的高温蠕变脆性。

3、可焊性 钢材的可焊性可分为施工上的可焊性和 使用上的可焊性两种类型。 施工上的可焊性是指焊缝金属产生裂纹 的敏感性，和由于焊接加热的影响，近 缝区母材的淬硬和产生裂纹的敏感性以 及焊接后的热影响区的大小。可焊性好 是指在一定的焊接工艺条件下。焊缝金 属距离近缝区钢材均不产生裂纹。 使用上的可焊性则指焊接接头和焊缝的 缺口韧性(冲击韧性)和热影响区的延伸 性(塑性)。要求焊接结构在施焊后的力 学性能不低于母材的力学性能。 钢材的可焊性可以通过化学成份鉴定法 或工艺试验法来测定。



（二）钢结构的失稳 影响结构构件整体稳定的主要原因有： 1、构件设计的整体稳定不满足 2、构件的各类初始缺陷 3、构件受力条件的改变 4、施工临时支撑体系不够 导致钢结构构件局部失稳的主要原因有： 1、构件局部稳定的不满足 2、局部受力部位加劲构造措施不合理 3、吊装时吊点位置选择不当 （三）钢结构的疲劳破坏（略）


（二）制作和安装阶段
1、没有按图纸要求制作； 2、制作尺寸偏差，质量低劣； 3、制作用材和防腐措施不当； 4、安装施工程序不正确，操作错误； 5、支撑和结构刚度不足； 6、安装偏差引起变形； 7、安装连接不正确，质量差； 8、吊装、定位和矫正方法不正确； 9、制作和安装设备工具不完善； 10、制作和安装检验制度不严格； 11、缺乏熟练技术人员和工人。