第6章 钢结构的疲劳破坏事故
钢结构工程事故分析与处理作业
二、 钢结构缺陷的类型及原因
1．钢材的先天性缺陷
（1）化学成分缺陷。有害杂质对钢材性能的影响极 大，应加以严格控制。
（2）冶炼及轧制缺陷。在冶炼和轧制时，因工艺参 数控制不严等产生表面缺陷和内部缺陷。如偏析、 夹杂、裂纹、分层、过烧、气泡、内部破裂及机械 性能不合格等。
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2.钢构件的加工制作缺陷
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三、事故的分类 建筑安全生产事故分类 1.按事故的原因及性质分类 建 筑安全事故可以分为四类，即生产事故、质量问题、技术 事故和环境事故。 (1)生产事故 目前我国对建筑安全生 产的管理主要是针对生产事故。 (2)质量问题 质量问题 主要是指由于设计不符合规范或施工达不到要求等原因而 导致建筑结构实体或使用功能存在瑕疵，进而引起安全事 故的发生。质量问题也是建筑安全事故的主要类型之一。 (3)技术事故 技术事故主要是指由于工程技术原因而导致 的安全事故，技术事故的结果通常是毁灭性的。技术事故 的发生，可能发生在施工生产阶段，也可能发生在使用阶 段。 (4)环境事故 使用环境原因主要是对建筑实体的使 用不当，比如荷载超标、静荷载设计而动荷载使用以及使 用高污染建筑材料或放射性材料等。 2.按事故类别分类 按事故类别分，可以分为14类，即物体打击、车辆伤害等。 3.按事故严重程度分类 可以分为轻伤事故、重伤事故和 死亡事故三类
2）制造厂应重视加工制作过程中各个环节工艺的合 理性和设备的先进性，尽量减少手工作业，力求全 自动化，并加强质量的监控和检验工作。
3）施工单位应重视安装工序的合理性、人员的高素 质以及现场质量检验工作，尤其不可忽视临时支撑 和安全措施。
4）使用单位应重视定期维护工作，保证必要的耐久
性。
第六章 钢结构工程事故分析与处理
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第一节 钢结构的缺陷
• 根据国外挂片试验结果，不刷涂层的两面外露钢材在大气中的腐蚀速 度为８ ~１７年１ｍｍ。 • （６）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 “冷脆现象”。 • ３． 钢材的缺陷 • （１）发裂。发裂主要是由热变形过程中（轧制或锻造）钢内的气泡 及非金属夹杂物引起的，经常出现在轧件纵长方向上，裂纹如发丝， 一般裂纹长２０~ ３０ｍｍ 以下，有时为１００~１５０ｍｍ。发裂 几乎出现在所有钢材的表面和内部。发裂的防止最好由冶金工艺解决 。
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第一节 钢结构的缺陷
• (12)脱碳。脱碳是指金属加热表面氧化后，表面含碳量比金属内层低 的现象。主要出现在优质高碳钢、合金钢、低合金钢中，中碳钢有时 也有此缺陷，钢材脱碳后淬火将会降低钢材强度、硬度及耐磨性。 • 缺陷有表面缺陷和内部缺陷，也有轻重之分。最严重的应属钢材中形 成的各种裂纹，应高度重视其危害后果。
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第一节 钢结构的缺陷
• （７）构件的热加工引起的残余应力等。 • ２． 铆接缺陷 • 铆接是将一端带有预制钉头的铆钉，经加热后插入连接构件的钉孔中 ，再用铆钉枪将另一端打铆成钉头，以使连接达到紧固。铆接有热铆 和冷铆两种方法。铆接传力可靠，塑性、韧性均较好。在２０世纪上 半叶以前，铆接曾是钢结构的主要连接方法。由于铆接是现场热作业 ，目前只在桥梁结构和吊车梁构件中偶尔使用。 • 铆接工艺带来的缺陷归纳如下： • （１）铆钉本身不合格。 • （２）铆钉孔引起的构件截面削弱。
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第二节 钢结构事故原因分析及处理
• 钢结构按破坏形式大致可分为：钢结构承载力与刚度的失效、钢结构 的失稳、钢结构的疲劳破坏、钢结构的脆性断裂和钢结构的腐蚀等。 同时钢结构的各种破坏又是相互联系和相互影响的，在一个事故中有 可能发现几种形式的破坏，导致各种形式破坏的原因虽有不同，但大 多具有一定的共性。
钢结构事故现象及原因分析
摘要随着国民经济和科学技术的发展，钢结构的应用范围日趋广泛，由于其应用及结构形式发展较快，也带来一些新问题。
本文首先论述了钢结构的优点和应用前景，并从钢结构工程的深化设计、加工制作安装施工、使用过程的三个阶段出现的问题并导致结构的损伤与破坏的事故，结合生产生活中的实际案例对事故的类型、原因进行了解剖分析。
同时针对建筑工程中钢结构事故的破坏形式如：钢结构失稳，钢结构的脆性断裂，钢结构承载力和刚度失效，钢结构疲劳破坏和钢结构的腐蚀破坏等分析了产生事故的原因并提出了预防措施。
探讨了钢结构工程的深化设计开始把关，继而提出了做好钢结构构件加工质量的控制，并以严、准、细的要求控制钢结构施工安装的相应对策，将钢结构事故发生的可能性降到最低。
钢结构事故现象及原因分析一、钢结构的前景钢结构作为一种新型的结构体系，以其强度高、自重轻、塑性和韧性好、抗震性能优越、工厂化生产程度高、装配方便、造型美观、综合经济效益显著等一系列优点，受到国内外建筑师和结构工程师的青睐，近二十多年来，我国钢结构在工程建设中得到了更为广泛的应用，在材料、加工工艺、施工技术、理论分析和设计方法等诸方面都有了飞速发展和进步，应用钢结构已成为当前的一大“热点”，展现了其广阔的、具有强大生命力的前景。
在高层、大跨建筑领域显示出其无与伦比的优势。
钢结构的形式与应用范围是非常广泛的，在形式上有普钢结构、轻钢结构、空间结构、张拉结构等；应用范围，既有民用建筑钢结构、公共建筑钢结构、工业厂房钢结构、桥梁钢结构，又有特种构筑物(塔桅、储藏库、管道支架、栈桥等)钢结构等，既可应用于高度达400多米以上的高层建筑，跨度达200多米的空间结构，又可应用于几米跨度的建筑结构。
但任何事物都有着它的两面性，钢结构也有其自身的缺陷和不足，钢结构在具体应用中，也会存在一些质量问题，会发生一些工程事故，所以应采取一些积极措施加以预防[1]。
二、钢结构事故的原因（一）设计阶段的原因结构设计[2]方案不合理；计算简图不当，结构计算错误；对结构荷载实际受力情况估计不足；材料选择不宜(如强度、韧性、疲劳、焊条、焊丝、焊接方法、焊接性能等)；结构节点不合理或不完善；未充分考虑加工制作与安装施工和使用阶段工艺特点、防腐、防高温、防冷脆措施不足；没有按设计规范或没有相应的规范、规程规定。
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。
钢结构事故种类和表现
2. 脆性断裂的防治措施
3）合理制作和安装
采取合理的制作安装工艺以减少各种缺陷及焊接残 余应力、装配应力。
4）合理使用及时维修
按照设计规定的用途、荷载及环境使用，不得随意 变更。建立必要的维修措施，监视缺陷或损坏情况，以 防患于未然。
[事故实例]
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1.4 钢结构的疲劳破坏事故
1.脆疲劳破坏的概念及其影响因素
辊
正
式
辊
机
矫
正
斜 辊
示意图
适用范围 薄板凹凸及翘曲矫正，型材扭曲 矫正，管材、线材、带材矫直
管材、型材、杆件的局部变形矫正
角钢
机械矫正
板材、管材矫正，角钢矫直 圆截面管材及棒材矫正
辊 机 矫 正
斜 辊
弓形矫正
千斤顶矫正
角钢
变形型钢
千斤顶
垫梁
机械矫正
圆截面管材及棒材矫正 型钢弯曲变形（不长）矫正 杆件局部弯曲变形矫正
④ 在焊缝及附近金属表层采用喷射金属丸粒或锤击等方法 引入残余压应力。残余压应力和锤击造成的冷工硬化均 会使疲劳强度提高，同时尖锐切口也被缓减。
4. 事故实例
某厂均热炉车间15m变截面铆接吊车梁。1987年9月29日， 该梁的右端变截面处的下翼缘和腹板发生突发性撕裂， 断口处于变截面转折处。
吊车梁的使用（即吊车运行）情况调查结果：车间厂房跨 度36m，车间内设置了50t钳式吊车3台，太原产20／ 50t钳式吊车1台。自1960年7月投产至吊车梁发生破坏， 已使用27年。该车间钳式吊车停止运行时间是：每次小 修（每周一次）停4~8h，每次中修（年度检修）停 10~18d，每次大修（每次一周期）停30d。平均每年工 作326d，每天实际工作17h，每小时运行15次，荷载循 环次数为2.245×106次。吊车无超负荷使用史，吊车梁 发生破坏时的起重量为13.5t。
《钢结构事故分析与处理》教案
钢结构事故分析与处理第一章绪论§1.1钢结构事故分析的重要性建筑：是指建筑物与构筑物的总称建筑物：为了满足社会的需要，利用所撑握的物质技术手段，在科学规律和美学的支配下通过对空间的限定，组织而创造的一种人为的社会生活环境。
钢结构事故体现出的两个问题：一.已建钢结构由于先天性缺陷的存在，潜在着事故的危险性；二。
面对未来大规模钢结构建筑的兴建，若不解决好设计，施工和使用等一些列现存的问题，钢结构事故发生的概率必将大大增加。
§1.2事故的定义1.2.1建筑物的分类事故：意外的特别有害的事情或是违背或超越人们的医院并产生损害的不幸事件§1.3事故的分类1.3.1就钢结构而言，事故的分类方法有以下四种方式：1..按事故发生时间分类（1）施工期（2）使用期2.按事故性质分类（1）倒塌事故。
建筑物整体或局部倒塌（2）开裂事故。
承重结构或维护结构等出现裂纹。
（3）错位事故。
建筑物上浮下沉，平面位置错误；地基及结构构件尺寸，位置偏差过大以及预埋件，预留洞等错位偏差事故。
（4）变形事故。
建筑物倾斜，扭曲或过大变形等事故。
（5）材料，半成品，构件不合格事故。
（6）承载能力不足事故。
主要指因承载力不足而留下的隐患性事故，地基，构件和结构都可能出现。
（7）建筑功能事故。
指房屋漏雨，渗水，隔热，隔声功能不良等。
（8）其他事故。
塌方，滑坡，火灾，天灾等。
3..按事故原因分类（1）自然事故。
（2）人为事故4.按事故后果分类（1）一般事故（2）重大事故§1.4事故的一般原因分析1.4.1建造阶段事故原因1..设计阶段(1)结构选型及设计方案不合理；(2)计算简图不当，结构计算错误；(3)荷载取值与实际受力情况不符；(4)材料选用不妥，不能满足工程需求；（5）节点构造不合理，造成致命缺憾(6)对施工阶段的特点和使用阶段的特殊要求欠考虑。
2．制作阶段(1)不按图纸要求制作，任意修改施工图；(2)制作尺寸偏差过大；（3）制作工艺不良，设备落后；（4）缺少熟练的技术工人和高素质的管理人员；(5)不能严格遵守施工及验收规范和操作规程的相关规定；(6)不按照有关标准规范检查验收；(7)存在偷工减料行为3．安装阶段(1)安装顺序及工艺不当，甚至错误；（2）吊装，定位，校正方法不正确；（3）临时支撑刚度不足，安装中的稳定性差；(4)现场焊接及螺栓施工质量达不到设计要求；(5)防火及防腐做法不达标；(6)存在偷工减料行为。
钢结构的疲劳破坏事故ppt课件
6.6.2 焊接空心பைடு நூலகம்节点网架的疲劳性能
与螺栓球节点网架相比，其整体刚度大，更适用
于悬挂吊车动载作用的工业厂房。试验证明受压时
不存在疲劳问题。
1984年，太原理工大学开始对焊接空心球节点网
架的静力及疲劳性能进行系统的理论及试验研究，
通过对4种规格、15个试件的常幅疲劳试验，得到
了工程中常用的管--球节点在剖口焊情况下的疲劳
裂纹等；
(2) 制作过程中剪切、冲孔、切割；
(3) 焊接结构中产生的残余应力；
(4) 焊接缺陷的存在，如：气孔、夹渣、咬肉、
未焊透等； (5) 非焊接结构的孔洞、刻槽等； (6) 构件的截面突变； (7) 结构由于安装、温度应力、不均匀沉降等
产生的附加应力集中。
6.3 提高改善疲劳性能的措施
• • • • • • 精心选材； 精心设计； 精心制作； 精心施工； 精心使用； 修补焊缝；方法如下：
键物件在这一荷载谱作用下的预期寿命．再引入安全系数以
达到安全寿命。但事实上，我们很难预测使用期间所有的载 荷条件，且疲劳实验结果又有很大的离散性。因此，安全系 数确定中有许多不定因素，只有取的足够大，才能使疲劳破 坏的可能性降到很低。
3. 破损-安全设计
破损--安全设计准则首先是在航空工程中发展起
曲线(如图)。
6.6.3 螺栓球节点网架的疲劳性能
作为一种工程预制、现场拼装、适用于工业化生产 的网架形式，就应用范围而言，目前已跃居首位； 其疲劳性能关键是高强螺栓的疲劳。 1999年至今，太原理工大学在国家自然科学基金 的资助下，开始对螺栓球节点网架设置悬挂吊车的 变幅疲劳性能进行了系统的理论与试验研究，已获 得成果如下：
来的。它认为裂纹可以出现，但在整个裂纹被检测 和进行修理前，所出现的裂纹不会导致整个结构的 破坏。这就要求定期检查和维修，以便及时发现裂 纹，同时要求裂纹扩张速度较慢。此外，希望所设 计的结构能够进行载荷多路径传递转移，即将结构 某一环节破坏后，载荷能够被转移并重新分布。
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第一篇：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, in view of completes the 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 Installment construction Processing countermeasure1钢结构事故的类型整体事故：结构整体或局部倒塌[1]。
钢结构事故分析及处理
钢结构事故分析及处理钢结构建筑的发展，也是一个国家钢产量、建筑技术发展的象征与标志，钢结构与其他的建筑结构相比，无论是结构的性能，还是使用功能及经济效益，都有较大的优越性，其优点有自重轻、预生成化程度高、钢材的塑性和韧性好、钢结构建筑更富有功能化、能满足超高和大跨度的要求、符合国家“绿色、环保、节能”的环保理念，但钢结构工程也有其弊端，其产生的原因、加固方法也呈多元化，主要影响因素：人员、材料、施工工艺、机械设备、环境因素。
一、钢结构材料引起的缺陷及事故钢结构具有塑性和韧性好、强度高、截面小、重量轻等许多优点。
但由于管理和质量检验等方面的原因，已建钢结构也存在比较多的问题，有些问题甚至反复出现。
实践表明，这些问题的产生大多与材料的选择、检验、使用、维护有关。
1、钢材性能与钢结构工程质量的联系（1）强度，钢材强度达不到要求与工程中调剂代换，钢材在流通领域的多次周转，数据传抄有误、库存混放，厂家生产钢材材质差，使用时质检不严等有关。
（2）塑性，具有良好塑性的钢材，在应力超过屈服强度后能产生显著的塑性（残余）变形而不立即断裂。
（3）韧性，冲击韧性指标是保证动载结构和焊接结构质量的基本指标，因为经常承受动力荷载的结构发生脆断的可能性打，而对于焊接结构，由于刚性较打，焊接残余应力也较大，焊缝附近的材质容易变坏，所以更易在动力荷载作用下脆断。
（4）可焊性，施工可焊性好，则在一定的焊接工艺条件下，焊缝金属和近缝区均不会产生裂纹，焊接接头和焊缝的冲击韧性以及缝区的塑性，均不会低于母材的力学性能。
（5）冷弯性能，冷弯性能指钢材在常温下加工生产塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。
它通过冷弯试验确定，良好的冷弯性能是保证钢材冷加工制作质量的先决条件。
（6）耐久性，钢材的耐久性是决定钢结构使用寿命的基本因素。
2、影响钢材性能的因素分析（1）化学成分钢的含碳量小于2%的铁碳合金，碳大于2%时则为铸铁，而碳素结构钢由纯铁、碳及杂质元素组成，其中纯铁约占99%，碳及杂质元素约占1%。
钢结构事故中的疲劳破坏及腐蚀破坏
钢结构事故中的疲劳破坏及腐蚀破坏摘要：本文分析了铜结构疲劳破坏及腐蚀破坏的原因，近而提出了提高和改善铜结构构件疲劳及腐蚀的措施，关键词:钢结构；疲劳；腐蚀；破坏引言钢结构相较于混凝土结构具有质量轻、塑性韧性好、易于采用工业化生产等优点，近年来在工民建，铁路，桥梁等结构中被大量采用。
然而钢结构在受到交变荷载的作用下极易产生脆性破坏，特别在承受行车动荷载的桥梁结构中此问题更为明显，在一定程度上阻碍了钢结构的发展。
鉴于此，本文在分析疲劳破坏及腐蚀破坏原因的基础上重点介绍工程设计预防疲劳破坏及腐蚀破坏的措施，以此来避免此问题的产生。
一，钢结构疲劳破坏钢结构的疲劳破坏是裂纹在重复或交变荷载作用下的不断开裂以及最后达到临界尺寸而出现的断裂。
此类破坏属脆性破坏。
由于在破坏发生前几乎观察不到构件的塑性发展过程。
没有破坏的征兆，然而一旦破坏后果严重，所以工程设计的任何一个领域无一例外的都要避免。
疲劳破坏经历三个阶段：裂纹的形成，裂纹的缓慢扩展和最后迅速断裂。
对于钢结构，实际上只有后两个阶段，因为在钢材生产和结构制造等过程中，不可避免地在结构的某些部位存在着局部微小缺陷，如钢材化学成分的偏析、非金属杂质；非焊接构件表面上的刻痕、轧钢皮的凹凸、轧钢缺陷和分层以及制造时的冲孔、剪边、火焰切割带来的毛边和裂纹在静荷载下，具有初始裂纹的构件当应力水平达到临界应力时才会出现失稳扩展，导致破坏。
而承受交变荷载的构件经历裂纹的缓慢扩展过程最终达到破坏时，破坏应力还远小于静荷载作用时的临界应力。
钢结构疲劳分析时，习惯上当循环次数N<105时称为低周疲劳：N>105时称为高周疲劳。
如果钢结构构件的实际循环应力特征和实际循环次数超过设计时所采取的参数，就可能发生疲劳破坏。
此外影响钢结构疲劳破坏的原因还有：结构构件中有较大应力集中区域：所用钢材的抗疲劳性能差：钢结构构件加工制作时有缺陷其中裂纹缺陷对钢材疲劳强度的影响比较大：钢材的冷热加工、焊接工艺所产生的残余应力和残余变形对钢材疲劳强度也会产生较大影响。
如何防止钢结构在施工过程中坍塌
浅谈如何防止钢结构在施工过程中坍塌摘要：文章结合工程事故的实例，分析了各类钢结构工程事故的类型、产生的原因以及钢管结构构造的要求及计算，进而有针对性地进行质量控制，采取防范措施，以减少钢结构在施工过程中事故的发生。
关键词：钢结构；坍塌事故；质量控制随着建筑业新工艺、新材料的不断出现，在建筑生产中钢结构以一种新型的结构体系被越来越广泛地运用。
钢结构具有样式多变，形式轻盈，自重轻、施工周期短、韧性和塑性好、装配方便、抗震性能优越、综合经济效益显著、又能结合卡布隆、复合轧型板、彩钢板等新型封闭材料使得外观优美等一系列优点，很受国内外结构工程师和建筑师的喜爱，在大型建筑领域显示出的优势无与伦比。
我国国内钢结构建筑领域取得了很大成就，显露出蓬勃的发展势头。
然而，因为钢结构的施工难度大、受力体系缜密、施工工艺复杂，使得钢结构在施工过程中坍塌等施工质量问题也不可避免，给建筑业和人民群众的生命财产安全造成危害。
所以，我们要客观全面地分析和认识钢结构工程中存在的问题，以减少工程事故的发生。
一、钢结构工程各类坍塌事故分析（一）钢结构的锈蚀破坏事故由于外界的介质和钢材相互作用引发的的损坏称为腐蚀或锈蚀，其中包括电化学锈蚀和化学锈蚀两种，钢材锈蚀多为电化学锈蚀或者电化学和化学锈蚀共同作用造成的。
锈蚀会降低钢构件的承载力，削弱钢构件的截面，严重影响钢结构的耐久性，甚至引发钢结构的脆性破坏。
为避免或延缓锈蚀，钢结构可采用金属覆盖法或涂料覆盖法。
例如，某地的单位食堂屋盖是直径17.5m的悬索结构，悬索为直径是7.5mm的钢绞索，整体是直径为17.5m的圆形砖墙上扶壁柱承重的单层建筑。
此建筑在它建成的20年之后屋盖突然发生了整体坍塌事故，全部的钢绞索都被折断，不过周围圈梁和砖墙并没有任何的塌陷损坏。
最后，调查结果表明主要的事故原因是食堂内温度高，空气湿度较大，承载力降低，钢绞索长时间锈蚀，截面减小，通风不畅。
（二）钢结构的变形事故钢结构变形将影响组装和连接，降低结构的稳定性和整体刚度，并可能降低构件的承载力，产生附加应力进而诱发钢结构的变形事故。
简析钢结构疲劳破坏的机理及原因
２ ． ５ 疲 劳破 坏 不 仅 取 决 于材 料 本 身 ， 而 且 对 构 件 的形 状 尺 寸、 表 面状 况 、 使用条件 、 外界环境等都十分敏感。 ３ ． 疲 劳 破 坏 的 主 要 影 响 因 素 疲劳 是一种随机现 象 ， 影 响 疲 劳 的 因素 ， 如材 料特性 、 裂 源 处 的几 何 形 状 、 应 力 应 变 史 和 所 处 环 境 都 具 有 随机 性 ． 有 的 因素 如 环 境 还 会 在 结 构 的使 用 期 限 内 发 生 变 化 。所 以必 须 用 概 率 的方 法 分 析 疲 劳 的 问 题 。 从钢筋疲劳强度试验可以看出 ， 疲劳结果是很分散 的。 是 因 为 许 多 因素 影 响 了钢 筋 疲 劳 强度 ． 下面主要介绍应力 比、 应力 幅、 应 力 集 中 的影 响 。 与人 类 文 化 的 创 造 。 随着 女 性 生 活 范 围 的扩 展 ， 她 们 将 整 个 世 界 纳 入 了 观 照 审视 的 范 围 。 除 了食 物 、 服装 、 室 内用 品 及 自身 的审美兴趣外 ， 她们对所 有接触 的事物 ， 如工作用 具 、 生 活 环 境、 城 市 面 貌 等 都 提 出 了既 实 用 又 美 观 的要 求 。 甚 至 男 性 本 身 也 成 了她 们 审 美 的对 象 。男 人 们 尽 管 依 旧 保 持 着 独 立 的审 美 主体 地 位 ， 却 不 得 不 同 时 成 了审 美 客 体 ， 也 开 始 为 了得 到 女 性 的青 睐而 美 化 自己 。选 购 时装 、 佩戴饰物 、 整 容 美 颜 等 传 统 社 会 里 只属 于 女 性 的 活 动 男 性 们 也 做 起来 了 。 传 统 审美 中的 性 别 关 系 ， 往往 以女性对 “ 男权 ” 的绝 对 仰 视 为 常态 ， 但 在 以 女 性 作 为 消 费 诉 求 对 象 的 如今 ． 男 人 的美 貌 便 作 为 以女 性 为 主 体 的 审 美 对 象 而 存 在 。
第6章 钢结构的疲劳破坏事故
第6章钢结构的疲劳破坏事故6.1 疲劳破坏的概念疲劳问题最初是在1829年由法国采矿工程师尔倍特（W.A.J.Albert）根据所做的铁链的重复载荷试验所提出的。
1939年波客来特（Poncelet）首先采用“疲劳”（Fatigue）一词来描述“在反复施加的载荷作用下的结构破坏现象。
”但是疲劳一词作为题目的第一篇论文是由勃累士畏特（Braithwaite）于1854年在伦敦土木工程年会上发表的，在第二次世界大战中，发生了多起飞机疲劳失事事故，人们从一系列的灾难性事故中，逐渐认识到疲劳破坏的严重性。
金属结构的疲劳是工程界早已关注的问题。
就金属结构包括飞机、车辆等各类结构都在内的总体，大约80—90%的破坏事故和疲劳有关。
其中土建钢结构所占的比重虽然不大，但随着焊接结构的发展，焊接吊车梁的疲劳问题已十分普遍，受到了工程界人士的重视。
目前钢结构设计规范（GBJ17-88）中已建立了疲劳验算方法，此方法对防止疲劳破坏的发生有重要作用。
钢结构的疲劳破坏是指钢材或构件在反复交变荷载作用下在应力远低于抗拉极限强度甚至屈服点的情况下发生的一种破坏。
就断裂力学的观点而言，疲劳破坏是裂纹起始、扩展到最终断裂的过程。
疲劳破坏与静力强度破坏是截然不同的两个概念。
它与塑性破坏、脆性破坏相比，具有以下特点：（1）疲劳破坏是钢结构在反复交变动载作用下的破坏形式，而塑性破坏和脆性破坏是钢结构在静载作用下的破坏形式。
（2）疲劳破坏虽然具有脆性破坏特征，但不完全相同。
疲劳破坏经历了裂缝起始、扩展和断裂的漫长过程，而脆性破坏往往是无任何先兆的情况下瞬间突然发生。
（3）就疲劳破坏断口而言，一般分为疲劳区和瞬断区。
疲劳区记载了裂缝扩展和闭合的过程，颜色发暗，表面有较清楚的疲劳纹理，呈沙滩状或波纹状。
瞬断区真实反映了当构件截面因裂缝扩展削弱到一临界尺寸时脆性断裂的特点。
瞬断区晶粒粗亮。
图6.1 疲劳断口分区6.2 疲劳破坏的影响因素分析疲劳是一个十分复杂的过程，从微观到宏观，疲劳破坏受到众多因素的影响。
脆性断裂与疲劳破坏问题
脆性断裂与疲劳破坏问题一、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。
图1为碳素钢恰贝V形缺口试件冲击能量与温度的关系曲线。
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。
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第6章钢结构的疲劳破坏事故6.1 疲劳破坏的概念疲劳问题最初是在1829年由法国采矿工程师尔倍特（W.A.J.Albert）根据所做的铁链的重复载荷试验所提出的。
1939年波客来特（Poncelet）首先采用“疲劳”（Fatigue）一词来描述“在反复施加的载荷作用下的结构破坏现象。
”但是疲劳一词作为题目的第一篇论文是由勃累士畏特（Braithwaite）于1854年在伦敦土木工程年会上发表的，在第二次世界大战中，发生了多起飞机疲劳失事事故，人们从一系列的灾难性事故中，逐渐认识到疲劳破坏的严重性。
金属结构的疲劳是工程界早已关注的问题。
就金属结构包括飞机、车辆等各类结构都在内的总体，大约80—90%的破坏事故和疲劳有关。
其中土建钢结构所占的比重虽然不大，但随着焊接结构的发展，焊接吊车梁的疲劳问题已十分普遍，受到了工程界人士的重视。
目前钢结构设计规范（GBJ17-88）中已建立了疲劳验算方法，此方法对防止疲劳破坏的发生有重要作用。
钢结构的疲劳破坏是指钢材或构件在反复交变荷载作用下在应力远低于抗拉极限强度甚至屈服点的情况下发生的一种破坏。
就断裂力学的观点而言，疲劳破坏是裂纹起始、扩展到最终断裂的过程。
疲劳破坏与静力强度破坏是截然不同的两个概念。
它与塑性破坏、脆性破坏相比，具有以下特点：（1）疲劳破坏是钢结构在反复交变动载作用下的破坏形式，而塑性破坏和脆性破坏是钢结构在静载作用下的破坏形式。
（2）疲劳破坏虽然具有脆性破坏特征，但不完全相同。
疲劳破坏经历了裂缝起始、扩展和断裂的漫长过程，而脆性破坏往往是无任何先兆的情况下瞬间突然发生。
（3）就疲劳破坏断口而言，一般分为疲劳区和瞬断区。
疲劳区记载了裂缝扩展和闭合的过程，颜色发暗，表面有较清楚的疲劳纹理，呈沙滩状或波纹状。
瞬断区真实反映了当构件截面因裂缝扩展削弱到一临界尺寸时脆性断裂的特点。
瞬断区晶粒粗亮。
图6.1 疲劳断口分区6.2 疲劳破坏的影响因素分析疲劳是一个十分复杂的过程，从微观到宏观，疲劳破坏受到众多因素的影响。
尤其是对材料和构件静力强度影响很小的因素，对疲劳影响却非常显著，例如构件的表面缺陷，应力集中等。
自1972年里海大学J.W.Fisher提出疲劳设计新概念至今，各国普遍公认影响钢结构疲劳破坏的主要因素是应力幅、构造细节和循环次数，而与钢材的静力强度和最大应力无明显关系，该观点尤其对焊接钢结构更具有正确性。
6.2.1应力幅Δσ应力幅为每次应力循环中最大拉应力（取正值）σmax与最小拉应力或压应力（拉应力取正值，压应力取负值）σmin之差值，即:Δσ=σmax—σmin （6—1）按照应力幅是常幅（所有应力循环内的应力幅保持常量，不随时间变化）或变幅（应力循环内的应力幅随时间随机变化），应力循环特征还可分为常幅循环应力谱（图6.2）和变幅循环应力谱（图6.3）。
另外，除应力幅Δσ外，应力比ρ=σmin /σmax也是标志应力谱特征的参量。
(a)全对称应力循环（b）异号应力循环（a）脉动应力循环（b）同号应力循环图6.2 常幅循环应力谱之所以对疲劳强度影响的主要因素是应力幅Δσ而不是σmax。
原因如下：焊接结构由于在焊缝及其附近主体金属通常均存在残余应力，有时数值高达屈服点f y。
故在反复荷载作用下的实际应力循环，最大拉应力是从f y开始，即σmax=f y，然后下降到σmin再升至f y。
因此无论是何种应力谱，都可用Δσ=σmax—σmin表示其应力幅，且只要它们的应力幅相等，不论其循环特征有无差异，名义最大应力是否大小一样，其疲劳强度均相同。
图6.3 变幅循环应力谱6.2.2循环次数N应力循环次数是指在连续重复荷载作用下应力由最大到最小的循环次数。
在不同应力幅作用下，各类构件和连接产生疲劳破坏的应力循环次数不同，应力幅愈大，循环次数愈少。
当应力幅小于一定数值时，即使应力无限次循环，也不会产生疲劳破坏，既达到通称的疲劳极限。
规范（GBJ17-88）参照有关标准的建议，将n=5×106次被视为各类构件和连接疲劳极限对应的应力循环次数。
见图6.4疲劳曲线。
（a）算术坐标（b）对数坐标图6.4 疲劳曲线6.2.3构造细节应力集中对钢结构的疲劳性能影响显著，而构造细节是应力集中产生的根源。
构造细节常见的不利因素如下：1．钢材的内部缺陷，如偏析、夹渣、分层、裂纹等；2．制作过程中剪切、冲孔、切割；3．焊接结构中产生的残余应力；4．焊接缺陷的存在，如：气孔、夹渣、咬肉、未焊透等；5．非焊接结构的孔洞、刻槽等；6．构件的截面突变；7．结构由于安装、温度应力、不均匀沉降等产生的附加应力集中。
针对构件细节对疲劳强度的影响，钢结构设计规范（GBJ17-88）中把构造和连接形式按应力集中的影响程度由低到高分为八类。
第一类为基本无应力集中影响的无连接处的主体金属，第八类则为应力集中最严重的角焊缝。
见表6.1疲劳计算的构件和连接分类表6.1角焊缝6.3 提高和改善疲劳性能的措施由疲劳性能的三个影响因素来看，应力幅Δσ及循环应力N 是客观存在的事实， 因此，提高和改善疲劳性能的途径只有从减小应力集中入手。
具体措施如下：1．精心选材，对用于动载作用的钢结构或构件，应严格控制钢材的缺陷，并选择优质钢材。
2．精心设计，力求减少截面突变，避免焊缝集中，使钢结构构造做法合理化。
3．精心制作，使缺陷、残余应力等减小到最低程度。
4．精心施工，避免附加应力集中的影响。
5．精心使用，避免对结构的局部损害。
如划痕、开孔、撞击等。
6．修补焊缝，目的是缓解缺陷产生的应力集中，方法如下。
（1）对于对接焊缝，磨去焊缝表面部分，如对接焊缝的余高。
如果焊缝内部无显著缺陷，疲劳强度可以提高到和母材相同。
（2）对于角焊缝，应打磨焊趾。
焊缝的趾部时常存在咬肉(咬边)等切口，且有焊渣侵入。
因此，要得到较好的效果，必须像图6.5所示B 缝那样；不仅磨去切口，还要将板磨去0.5mm 以除去侵入的焊渣。
这种做法虽然使钢板截面稍有削弱，但影响并不大。
如果像图中A 缝那样磨去部分焊缝，就得不到改善的效果。
图6.5所示为横向角焊缝，对于纵向角焊缝，则可打磨它的端部，使截面变化趋于缓和，打磨后的表面不应有明显刻痕。
图6.5 角焊缝打磨（3）对于角焊缝的趾部，用气体保护钨弧重新熔化，可以起到消除切口的作用。
此方法在不同应力幅的情况下疲劳寿命都能同样提高。
（4）在焊缝及附近金属表层采用喷射金属丸粒或锤击等方法引入残余压应力，是改善疲劳性能的一个有效方法。
残余压应力和锤击造成的冷工硬化均使疲劳强度提高，同时尖锐切口也被缓减。
总之，依靠精心的选材设计、制作安装使用、再加上焊接之后的一些特殊工艺措施，可以达到提高和改善疲劳性能的作用。
6.4 疲劳设计准则根据结构和构件的重要性，目前国际上有以下四种疲劳设计准则。
1．无限寿命设计这是一种最保险的方法。
采用此准则设计的许用应力必须低于疲劳极限。
因应力很低，造价过高，往往不现实。
2．有限寿命设计有限寿命设计也称为安全寿命设计。
安全寿命设计准则要求零部件或结构在给定的使用周期内不能产生任何疲劳裂纹。
为满足此要求，必须准确掌握整个使用寿命期间可能承受的载荷；然后通过分析和实验找出关键物件在这一荷载谱作用下的预期寿命，再引入安全系数以达到安全寿命。
安全寿命决定使用期限，结构和构件用到安全寿命即予报废或更换。
但事实上，我们很难预测使用期间所有的载荷条件，疲劳实验结果又有很大的离散性。
因此，安全系数确定中有许多不定因素，只有取的足够大，才能使疲劳破坏可能性降到很低。
3．破损—安全设计破损—安全设计准则首先是在航空工程中发展起来。
它认为裂纹可以出现，但在整个裂纹被检测和进行修理前，所出现的裂纹不会导致整个结构的破坏。
这就要求定期检查和维修，以便及时发现裂纹，同时要求裂纹扩张速度较慢。
此外，希望所设计的结构能够进行载荷呈多路径传递转移，即将结构某一环节破坏后（特别是超静定结构），载荷能够被转移并重新分布。
在此说明一点，采用此类设计方法时，确定容许应力幅可以减去一倍标准差，而不是常规的二倍标准差。
4．损伤—容限设计损伤—容限设计准则是破损—安全设计的改进，此法首先是假定裂纹预先存在，再用断裂力学的分析和试验方法判断裂纹是否扩展到临界尺寸，以致造成破坏。
此准则适用于裂纹扩展较慢并有高断裂韧性的材料。
上述四种设计准则有各自的优缺点及适用范围。
在建筑钢结构的疲劳设计中，以安全寿命设计法与破损—安全设计相结合更为合理。
6.5 钢结构疲劳计算方法钢结构设计规范（GBJ17-88）规定，对承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力变化的循环次数n≥105次时，应进行高周疲劳计算。
疲劳计算采用容许应力幅法。
6.5.1常幅疲劳计算Δσ≤[Δσ] （6—2）式中Δσ—对于焊接部位为应力幅，Δσ=σmax—σmin；对于非焊接部位为折算应力幅，Δσ=σmax—0.7σmin;σmax—计算部位每次应力循环中最大拉应力（取正值）；σmin—计算部位每次应力循环中最小拉应力或压应力（拉应力取正值，压应力取负值）；[Δσ]—常幅疲劳的容许应力幅（N/mm2），应按下式计算：[Δσ]=(C/n)1/β（6—3）n—应力循环次数;C、β—参数，根据构件和连接类别按表6.2采用。
6.5.2变幅疲劳计算若能预测结构在使用寿命期间各种载荷的频率分布、应力幅水平以及频次分布总和所构成的设计应力谱，则可将其折算为等效常幅疲劳，按下式进行计算。
Δσe≤[Δσ] （6—4）—变幅疲劳的等效应力幅，按下式确定:式中ΔσeΔσe=[∑n i(Δσi)β/∑n i] 1/β（6—5）—以应力循环次数表示的结构预期使用寿命；∑nin—预期寿命内应力幅水平达到的应力循环次数。
i6.5.3吊车梁及吊车桁架疲劳计算对重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架的疲劳可作为常幅疲劳按下式计算：[]6102⨯∆≤∆⨯σσαf（6—6）式中f α—欠载效应的等效系数，按表6.3采用。
[]6102⨯∆σ—循环次数为2×106的容许应力幅，按表6.4采用。
6次的容许应力幅（N/mm 2） 表6.46.6 网架结构疲劳问题的系统研究6.6.1疲劳问题的提出网架结构是一种高次超静定的空间结构，由于其外形美观、受力合理、制作简便、适用跨度大等优点，近二十年来在我国得到了迅猛发展。
目前无论是规模还是数量均居于世界前列，被誉为“网架大国”。
就应用范围而言，不仅应用于体育馆等大型公共建筑，而且在工业建筑中得到了广泛的推广应用。
工业厂房中的网架结构，由于生产的需要一般都设置悬挂吊车作为起重运输设备（见图6.6）。
悬挂吊车的设置可谓一大创举，它不仅充分发挥了网架超静定结构对集中力扩散较快的优点，而且布置灵活，便于工业流程改造。