钢结构工程质量缺陷课件

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3.处理与防治
钢材的质量主要取决于冶炼、浇铸和轧制过程中的质 量控制，普通低碳钢的八种化学成分均对钢材的性能有不 利影响，其中的C、Mn、Si是有益元素，但不可过量，S、 P、O、N、H纯属有害杂质，钢结构的先天性材质缺陷应由 冶金部门处理，从炼钢工艺上得到根本性解决，应根据 《碳素结构钢》(GB 700-88)和《低合金结构钢》(GB 1591-88)的规定，加以严格控制。
因此作为建筑钢结构材料只能是低碳量，要求 含碳量≤0.22%。对于焊接结构，为保证其良好的可 焊性，通常要求含碳量≤0.20%。
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锰的含量过高对可焊性不利，故需加以限制。
普通碳素钢中锰的含量约为0.3% ～ 0.8%，16Mn钢中 锰含量则达到1.2%～0.55%。
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另外，含硫量增大，会降低钢材的塑性、冲击韧性、 疲劳强度、抗锈蚀性和可焊性。
故应严格控制其含量，一般不应超过0.035% ～ 0.050% 。
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磷是钢材的一种有害杂质。磷虽然能提高钢的强 度和抗锈蚀能力，但会降低钢的塑性、冲击韧性、冷 弯性能和可焊性，尤其是磷使钢在低温时韧性降低而 产生脆性破坏，称为“冷脆”现象。
故对磷的含量要严格控制，一般不超过0.035%～ 0.045%。
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氧是钢材的一种有害杂质。氧通常是在钢熔融时由空 气或水分分解而进入钢液，冷却后残留下来。氧的有害影 响同硫，且更甚，使钢材“热脆”，一般含量应低于0.05%。
氮作为有害杂质，可能从空气进入高温的钢液中。 氮的影响与磷相似，会使钢材“冷脆”，一般氮的含量应 低于0.008%。
第四节 钢结构工程施工质量 缺陷分析与防治措施
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钢结构作为一种承重结构，由于其自重轻、 强度高、塑性及韧性好、抗震性能优越、工业装配化程 度高、综合经济效益显著、造型美观以及符合绿色建筑 等众多优点，深受建筑师和结构工程师的青睐，被广泛 应用于各类建筑中，尤其在大跨和超高层建筑领域显示 出无以伦比的优势。
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国内一般将钢结构事故分为两大类。一类是整体 事故，包括结构整体和局部倒塌。另一类是局部事故， 包括出现不允许的变形和位移，构件偏离设计位置，构 件腐蚀丧失承载能力，构件或连接开裂、松动和分层。
就其起因而言钢结构事故分类为材质事故、变形 事故、脆性断裂事故、疲劳破坏事故、失稳破坏事故、 锈蚀事故、火灾事故以及倒塌事故。
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（二） 钢构件的加工制作缺陷原因及治理
1.缺陷的现象及特征 钢结构加工制作可能出现的缺陷如下: (1) 选材不合格; (2) 原材料矫正引起冷作硬化; (3) 放样、号料尺寸超公差; (4) 切割边未加工或达不到要求;
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(5) 孔径误差; (6) 冲孔未作加工，存在硬化区和微裂纹; (7) 构件冷加工引起钢材硬化和微裂纹; (8) 构件热加工引起的残余应力; (9) 表面清洗防锈不合格; (10) 钢构件外型尺寸超公差。
1.缺陷的现象及特征
钢材的种类繁多，但在建筑钢结构中，常用的有两 类钢材，即低碳钢和低合金钢。例如：Q235、16Mn、 15MnV等，钢材的种类不同，缺陷自然也不同。
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常见的先天性缺陷有化学成分缺陷、冶炼及轧制 缺陷，影响其塑性、韧性、冷弯性能、冲击韧性和可 焊性以及抗锈蚀性能，尤其是可焊性和负温冲击韧性 等都显著降低，出现“热脆”现象、“冷脆”现象、 “氢脆”破坏现象，甚至在钢材中形成的各类裂纹。
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但世界范围内钢结构的事故频繁发生，惨痛的教训一 再重复。国内外大量文献统计资料表明，绝大多数事故发 生在施工阶段到竣工验收前这段时间。
我国由于过去钢结构工程较少，缺少较完整的统计 资料，但据调查表明，施工阶段钢结构屋盖事故较多，使 用阶段吊车梁事故较多，屋架损伤事故也不少。但最明显 的特征是大多数事故均发生在单层工业厂房中，这主要和 我国钢结构的应用范围有关。
适量的硅可提高钢的强度，而对其他性能影响较 小，但含量过高则对钢的塑性、韧性、抗锈蚀能力以及 可焊性有降低作用。
一般低碳钢中硅的含量为0.12%～0.30%，低合金 钢中应为0.20%～0.55%。
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硫是钢材的一种有害杂质，硫与铁的化合物硫化铁 （FeS）,散布在纯铁体的间层中，在800～1210℃时熔化 而使钢材出现裂纹，称为“热脆”现象。
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2.原因分析
化学成分对钢材的性能有重要影响。从有害影响的 角度来讲，化学成分将产生一种先天性缺陷。
就Q235钢材而言，其中Fe约占99%，其余的1%为C、 Mn、Si、S、P、O、N、H。它们虽然仅占1%，但其影响极 大。
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碳的含量愈高，钢材的强度愈高，但其塑性、 韧性、冷弯性能ຫໍສະໝຸດ Baidu冲击韧性和可焊性以及抗锈蚀性能 等都显著降低，尤其是可焊性和负温冲击韧性。
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氢作为有害杂质，通常也是由空气或水分分解而 进入钢液。氢在低温时易使钢材呈脆性破坏，产生所谓 的“氢脆”破坏现象。
钢材在冶炼和轧制过程中，由于工艺参数控制不 严等问题，缺陷在所难免，常见的缺陷常见的缺陷有偏 析、夹杂、裂缝、分层、过热或过烧、脱碳、机械性能 不合格等。
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2.原因分析
钢结构的加工制作主要是钢构件(柱、梁、支撑) 的制作。钢结构制作的基本元件大多系热轧型材和板材。 完整的钢结构产品，需要通过将基本元件使用机械设备 和成熟的工艺方法，进行各种操作处理，达到规定产品 的预定要求目标。
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现代化的钢结构厂应具有进行剪、冲、切、折、割、 钻、铆、焊、喷、压、滚、弯、刨、铣、磨、锯、涂、抛、 热处理、无损检测等加工能力的设备，并辅以各种专用胎 具、模具、夹具、吊具等工艺设备。
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一、钢结构的材料缺陷及质量事故
钢结构所用材料主要包括钢材和连接材料两大类。 钢材常用种类为Q235、16Mn、15MnV; 连接材料有铆钉、螺栓和焊接材料。 材料本身性能的好坏直接影响到钢结构的可靠性， 当材料的缺陷累积或严重到一定程度将会导致钢结构事故 的发生。
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(一）钢材的先天性缺陷原因及治理