建筑工程质量事故分析与处理六 钢结构工程事故分析与处理

二、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结构加固制作中可能存在的缺陷
（一）钢构件的加工制作及可能产生的缺陷 钢构件的加工制作过程一般为：钢材 和型钢的鉴定试验→钢材的矫正→钢材表 面清洗和除锈→放样和画线→构件切割→ 孔的加工→构件的冷热弯曲加工等。
构件加工制作可能产生各种缺陷， 主要缺陷有以下几方面。 （1）钢材的性能不合格。 （2）矫正时引起的冷作硬化。 （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）构件的冷加工引起的钢材硬化和微裂 纹。 （7）构件的热加工引起的残余应力等。
（二）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。
（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”。
（三）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 ～ 30 mm以下，有时为100 ～ 150 mm。发裂 几乎出现在所有钢材的表面和内部。防 止发裂最好由冶金工艺解决。
学习单元一 钢结构的缺陷
基础知识
一、钢材的性能及缺陷
（一）钢材的性能及缺陷 钢材的种类很多，建筑结构用钢材需具 有较高强度，较好的塑性、韧性，足够的变 性能力，以及适应冷热加工和焊接的性能。 目前，建筑结构用钢主要有低碳钢和低 合金钢两种。
钢材在高温下进行轧制、锻造、焊 接、铆接等热加工时，会使钢内的硫化 亚铁（FeS）熔化，形成微裂，使钢材变 脆，即所谓的“热脆现象”。 另外，硫还会降低钢材的塑性、冲 击韧性、疲劳强度和抗锈蚀性，要求含 量达0.035% ～ 0.050%。
（5）斑疤。钢材表面局部薄皮状重叠称 为斑疤，这是一种表面粗糙的缺陷，它 可能产生在各种轧材、型钢及钢板的表 面。
（6）划痕。划痕一般产生在钢板的下表 面上，主要是由轧钢设备的某些零件摩 擦所致。
（7）切痕。切痕是薄板表面上常见的折 叠比较好的形似接缝的褶皱，在屋面板 与薄铁板的表面上尤为常见。
（2）冲击韧性。冲击韧性是衡量钢材断裂 时吸收机械能量的能力，是强度和塑性的 综合指标。 （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。
（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。
（5）腐蚀。钢材的腐蚀有大气腐蚀、介 质腐蚀和应力腐蚀。
磷的存在可提高钢的强度和抗锈蚀性，但 会严重地降低其塑性、冲击韧性、冷弯性能和 可焊性等；特别是在低温条件下，会使钢材变 得很脆（低温冷脆）。 另外，适量的磷和铜共存可以提高强度， 但最明显的还是提高钢的耐腐蚀性能，要求含 量达0.035% ～ 0.045%。
（二）钢材的物理力学性能
影响钢结构性能的钢材物理力学指 标除常用的强度和塑性外，还有以下几 种。 （1）冷弯。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。
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。
（3）铆钉松动，铆合质量差。 （4）铆合温度过高，引起局部钢材硬化。 （5）板件之间紧密度不够。
（三）栓接缺陷
栓接包括普通螺栓连接和高强螺栓连 接两大类。 螺栓连接给钢结构带来的主要缺陷： （1）螺栓孔引起构件截面削弱。 （2）普通螺栓连接在长期动载作用下的螺 栓松动。
学习情境六 钢结构工程事故分析与处理
情境导入
美国肯帕体育馆建于1974年，承重结 构为三个立体钢框架，屋盖钢桁架悬挂在立体 框架梁上，每个悬挂节点用4 个A490高强度螺 栓连接。 1979 年6 月4日晚，高强度螺栓断裂， 屋盖中心部分突然塌落。

屋盖倒塌的主要原因是高强度螺栓 长期在风荷载作用下发生疲劳破坏。 在风荷载作用下，屋盖钢桁架与立 体框架梁间产生相对移动，使吊管式悬 挂节点在连接中产生弯矩，从而使高强 度螺栓承受了反复荷载。
（2）分层。分层是钢材在厚度方向不密 合，分成多层，但各层间依然相互连接 并不脱离的现象。横轧钢板分层出现在 钢板的纵断面上，纵轧钢板分层出现在 钢板的横断面上。
（3）白点。钢材的白点是因含氢量过大 和组织内应力太大，从而相互影响而形 成的。它使钢材质地变松、变脆、丧失 韧性、产生破裂。
（4）内部破裂。轧制钢材过程中，若钢 材塑性较低或是轧制时压量过小，特别 是上下轧辊的压力曲线不“相交”时， 则会与外层的延伸量不等，从而引起钢 材的内部破裂。
（8）过热。过热是指钢材加热到上临界 点后，还继续升温时，其机械性能变差 （如抗拉强度），特别是冲击韧性显著 降低的现象。
（9）过烧。当金属的加热温度很高时，钢 内杂质集中的边界开始氧化或部分熔化时 会发生过烧现象。
（10）机械性能不合格。钢材的机械性能一般 要求抗拉强度、屈服强度、伸长率和截面收缩 率四项指标得到保证，有时再加上冷弯，用在 动力荷载和低温时还必须要求冲击韧性。
而高强度螺栓受拉疲劳强度仅为其 初始最大承载力的20％，对A490高强度 螺栓的试验表明，在松、紧五次后，其 强度仅为原有承载力的1/3。另外，螺栓 在安装时没有拧紧，连接件中各钢板没 有紧密接触，从而加剧了螺栓的破坏。
案例导航

体育馆主要承重结构立体框架完好
、正常。

由于屋顶悬挂设计成吊管连接不适 宜，因此屋顶需重新设计，更换所有的吊管 连接件。
（11）夹杂。夹杂通常指的是非金属夹杂， 常见的为硫化物和氧化物，前者使钢材在 800 ℃～1 200 ℃高温下变脆，后者将降低 钢材的力学性能和工艺性能。
（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。 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。