鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式

1、第第3章章 鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式 第第3 3章章 鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式 鋼結(jié)構(gòu)破壞的原因鋼結(jié)構(gòu)破壞的原因 1 強度破壞強度破壞 2 失穩(wěn)破壞失穩(wěn)破壞3 疲勞破壞疲勞破壞 4 變形破壞變形破壞 5 脆性斷裂破壞脆性斷裂破壞 6 鋼結(jié)構(gòu)或鋼構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)或鋼構(gòu)件 各種可能的破壞各種可能的破壞 形式及其有效的形式及其有效的 預防措施預防措施 第第3章章 鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式 設計和建造鋼結(jié)構(gòu)的目的是使結(jié)構(gòu)能完成安全、適用、耐久的預定功能，達到設計和建造鋼結(jié)構(gòu)的目的是使結(jié)構(gòu)能完成安全、適用、耐久的預定功能，達到 技術先進、經(jīng)濟合理、安全適用、確保

2、質(zhì)量技術先進、經(jīng)濟合理、安全適用、確保質(zhì)量的要求。的要求。 概述 3.1 鋼結(jié)構(gòu)主要的破壞形式鋼結(jié)構(gòu)主要的破壞形式 構(gòu)件或節(jié)點構(gòu)件或節(jié)點 （連接）的（連接）的 強度破壞強度破壞 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件結(jié)構(gòu)或構(gòu)件 的整體失穩(wěn)的整體失穩(wěn) 破壞破壞 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件結(jié)構(gòu)或構(gòu)件 的的局部局部失穩(wěn)失穩(wěn) 破壞破壞 構(gòu)件或節(jié)點構(gòu)件或節(jié)點 （連接）的（連接）的 疲勞破壞疲勞破壞 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件結(jié)構(gòu)或構(gòu)件 的變形破壞的變形破壞 結(jié)構(gòu)的脆性結(jié)構(gòu)的脆性 斷裂破壞斷裂破壞 第第3章章 鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式 強度破壞 3.2 在結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性有保證的情況下，結(jié)構(gòu)中某些構(gòu)件截面上的內(nèi)力在結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和局部

3、穩(wěn)定性有保證的情況下，結(jié)構(gòu)中某些構(gòu)件截面上的內(nèi)力 達到極限承載力時，構(gòu)件就發(fā)生強度破壞。達到極限承載力時，構(gòu)件就發(fā)生強度破壞。 鋼構(gòu)件的強度破壞很有可能進一步導致整體結(jié)構(gòu)的強度破壞或其它形式的破壞。鋼構(gòu)件的強度破壞很有可能進一步導致整體結(jié)構(gòu)的強度破壞或其它形式的破壞。 受彎鋼構(gòu)件的強度破壞受彎鋼構(gòu)件的強度破壞 強度破壞強度破壞 構(gòu)件的強度破壞構(gòu)件的強度破壞 整體結(jié)構(gòu)的極限整體結(jié)構(gòu)的極限 承載力破壞承載力破壞 受拉鋼構(gòu)件的強度破壞受拉鋼構(gòu)件的強度破壞 第第3章章 鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式 整體失穩(wěn)破壞 3.3 鋼材的強度高，構(gòu)件截面小，故受壓構(gòu)件的設計一般由穩(wěn)定控制。鋼材的強度高

4、，構(gòu)件截面小，故受壓構(gòu)件的設計一般由穩(wěn)定控制。 鋼構(gòu)件的整體失穩(wěn)鋼構(gòu)件的整體失穩(wěn) 整體失穩(wěn)破壞整體失穩(wěn)破壞 鋼結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)鋼結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn) 1. 鋼結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)破壞：鋼結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)破壞： 在外荷載逐漸增大的過程中，結(jié)構(gòu)所承受的外荷載還沒有達到按強度計算得在外荷載逐漸增大的過程中，結(jié)構(gòu)所承受的外荷載還沒有達到按強度計算得 到的結(jié)構(gòu)強度破壞荷載時，結(jié)構(gòu)已不能承載并產(chǎn)生較大變形，整個結(jié)構(gòu)偏離初始到的結(jié)構(gòu)強度破壞荷載時，結(jié)構(gòu)已不能承載并產(chǎn)生較大變形，整個結(jié)構(gòu)偏離初始 的平衡位置而破壞。的平衡位置而破壞。 結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)破壞結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)破壞 結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)破壞往往是由于結(jié)構(gòu)中的某個構(gòu)件或部件首先發(fā)生

5、某種形式破壞結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)破壞往往是由于結(jié)構(gòu)中的某個構(gòu)件或部件首先發(fā)生某種形式破壞 而誘發(fā)產(chǎn)生的。而誘發(fā)產(chǎn)生的。 第第3章章 鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式 整體失穩(wěn)破壞 3.3 2. 鋼構(gòu)件的整體失穩(wěn)破壞：鋼構(gòu)件的整體失穩(wěn)破壞： 鋼構(gòu)件由于截面形式不同，受力狀態(tài)不同，其整體失穩(wěn)破壞的形式也不相同鋼構(gòu)件由于截面形式不同，受力狀態(tài)不同，其整體失穩(wěn)破壞的形式也不相同 。 彎曲失穩(wěn)彎曲失穩(wěn)：雙軸對稱工字形截面軸心受雙軸對稱工字形截面軸心受 壓構(gòu)件的整體失穩(wěn)壓構(gòu)件的整體失穩(wěn)、單軸對稱截面軸心單軸對稱截面軸心 受壓構(gòu)件繞非對稱軸受壓構(gòu)件繞非對稱軸的的失穩(wěn)失穩(wěn)。 軸心受壓構(gòu)件的軸心受壓構(gòu)件的 整

6、體失穩(wěn)形式整體失穩(wěn)形式 扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)扭轉(zhuǎn)失穩(wěn) ：十字形截面軸心受壓構(gòu)件在十字形截面軸心受壓構(gòu)件在 滿足一定條件時的整體失穩(wěn)滿足一定條件時的整體失穩(wěn)。 彎扭失穩(wěn)彎扭失穩(wěn) ：單軸對稱截面軸心受壓構(gòu)件單軸對稱截面軸心受壓構(gòu)件 繞對稱軸繞對稱軸的的失穩(wěn)失穩(wěn)。 軸心受壓桿件整體失穩(wěn)的原因詳見第軸心受壓桿件整體失穩(wěn)的原因詳見第5章章。 軸心受壓構(gòu)件的整體失穩(wěn)形式：軸心受壓構(gòu)件的整體失穩(wěn)形式： 第第3章章 鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式 整體失穩(wěn)破壞 3.3 2. 鋼構(gòu)件的整體失穩(wěn)破壞：鋼構(gòu)件的整體失穩(wěn)破壞： 受彎構(gòu)件（梁）的整體失穩(wěn)形式為彎扭失穩(wěn)受彎構(gòu)件（梁）的整體失穩(wěn)形式為彎扭失穩(wěn)，梁整體失穩(wěn)的原

7、因詳見第梁整體失穩(wěn)的原因詳見第6章章 。 截面具有對稱軸的實腹式單向壓彎構(gòu)件截面具有對稱軸的實腹式單向壓彎構(gòu)件的整體失穩(wěn)形式：的整體失穩(wěn)形式： 彎矩作用平面內(nèi)：彎矩作用平面內(nèi)：彎曲失穩(wěn)彎曲失穩(wěn) 單向壓彎構(gòu)件的單向壓彎構(gòu)件的 整體失穩(wěn)形式整體失穩(wěn)形式 彎矩作用平面外：彎扭失穩(wěn)彎矩作用平面外：彎扭失穩(wěn) 實腹式雙向壓彎構(gòu)件的整體失穩(wěn)形式為彎扭失穩(wěn)實腹式雙向壓彎構(gòu)件的整體失穩(wěn)形式為彎扭失穩(wěn)。 壓彎桿件整體失穩(wěn)的原因詳見第壓彎桿件整體失穩(wěn)的原因詳見第7章章。 第第3章章 鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式 局部失穩(wěn)破壞 3.4 1. 結(jié)構(gòu)的局部失穩(wěn)：結(jié)構(gòu)的局部失穩(wěn)： 構(gòu)件的局部失穩(wěn)構(gòu)件的局部失穩(wěn)

8、局部失穩(wěn)破壞局部失穩(wěn)破壞 結(jié)構(gòu)的局部失穩(wěn)結(jié)構(gòu)的局部失穩(wěn) 指在外荷載逐漸增大的過程中，結(jié)構(gòu)作為整體還沒有發(fā)生強度破壞或整體失指在外荷載逐漸增大的過程中，結(jié)構(gòu)作為整體還沒有發(fā)生強度破壞或整體失 穩(wěn)破壞，結(jié)構(gòu)中的局部構(gòu)件已經(jīng)不能承受分配給它的內(nèi)力而失去穩(wěn)定。穩(wěn)破壞，結(jié)構(gòu)中的局部構(gòu)件已經(jīng)不能承受分配給它的內(nèi)力而失去穩(wěn)定。 結(jié)構(gòu)的局部失穩(wěn)結(jié)構(gòu)的局部失穩(wěn) 已經(jīng)失穩(wěn)的局部構(gòu)件剛度的不斷退化，將使結(jié)構(gòu)中其它構(gòu)件的負載加重，有可能已經(jīng)失穩(wěn)的局部構(gòu)件剛度的不斷退化，將使結(jié)構(gòu)中其它構(gòu)件的負載加重，有可能 導致其它構(gòu)件依次發(fā)生失穩(wěn)，最終誘發(fā)整個結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞。導致其它構(gòu)件依次發(fā)生失穩(wěn)，最終誘發(fā)整個結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞。 第第3

9、章章 鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式 局部失穩(wěn)破壞 3.4 2. 構(gòu)件的局部失穩(wěn)：構(gòu)件的局部失穩(wěn)： 寬厚比太大的板在壓力或剪力作用下容易發(fā)生屈曲，但并未完全喪失承載能力。寬厚比太大的板在壓力或剪力作用下容易發(fā)生屈曲，但并未完全喪失承載能力。 鋼構(gòu)件的局部失穩(wěn)會使構(gòu)件的工作狀況變壞，有可能導致構(gòu)件提前發(fā)生強度破壞鋼構(gòu)件的局部失穩(wěn)會使構(gòu)件的工作狀況變壞，有可能導致構(gòu)件提前發(fā)生強度破壞 或整體失穩(wěn)破壞?；蛘w失穩(wěn)破壞。 指在外荷載不斷增大的過程中，鋼構(gòu)件還沒有發(fā)生強度破壞或整體失穩(wěn)破壞，指在外荷載不斷增大的過程中，鋼構(gòu)件還沒有發(fā)生強度破壞或整體失穩(wěn)破壞， 而組成該構(gòu)件的某些板件已不能承受分

10、配給它的內(nèi)力作用而失去穩(wěn)定，發(fā)生側(cè)向而組成該構(gòu)件的某些板件已不能承受分配給它的內(nèi)力作用而失去穩(wěn)定，發(fā)生側(cè)向 撓曲。撓曲。 構(gòu)件的局部失穩(wěn)構(gòu)件的局部失穩(wěn) 屈曲后強度：屈曲后強度：由于板件屈曲后存在著較大的橫向張力（特別對于四邊支承板件而由于板件屈曲后存在著較大的橫向張力（特別對于四邊支承板件而 言），而使板件屈曲后仍有很大的屈曲后承載能力，稱為屈曲后強度。言），而使板件屈曲后仍有很大的屈曲后承載能力，稱為屈曲后強度。 第第3章章 鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式 局部失穩(wěn)破壞 3.4 2. 構(gòu)件的局部失穩(wěn)：構(gòu)件的局部失穩(wěn)： 屈曲后強度的利用：屈曲后強度的利用： 普通鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不利用受壓

11、翼緣的屈曲后強度，須滿足相關的寬厚比限值。普通鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不利用受壓翼緣的屈曲后強度，須滿足相關的寬厚比限值。 對于直接承受動力荷載作用的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，如橋梁、吊車梁等，也不利用腹板的對于直接承受動力荷載作用的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，如橋梁、吊車梁等，也不利用腹板的 屈曲后強度屈曲后強度 。 只承受靜力荷載作用下，可以利用腹板的屈曲后強度，以達到節(jié)約鋼材的目的。只承受靜力荷載作用下，可以利用腹板的屈曲后強度，以達到節(jié)約鋼材的目的。 能利用腹板屈曲后強度的普通鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件有：受彎構(gòu)件，軸心受壓構(gòu)件和壓彎構(gòu)能利用腹板屈曲后強度的普通鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件有：受彎構(gòu)件，軸心受壓構(gòu)件和壓彎構(gòu) 件。件。 第第3章章 鋼結(jié)構(gòu)的可能破

12、壞形式鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式 局部失穩(wěn)破壞 3.4 3.按板件寬厚比大小確定的構(gòu)件截面分類按板件寬厚比大小確定的構(gòu)件截面分類： 構(gòu)件截面分類構(gòu)件截面分類 第第1類截面（塑性設計截面、特厚實截面）：板類截面（塑性設計截面、特厚實截面）：板 件的寬厚比最小。件的寬厚比最小。 第第2類截面（彈塑性設計截面、厚實截面）：板類截面（彈塑性設計截面、厚實截面）：板 件寬厚比比第件寬厚比比第1類截面的大。類截面的大。 第第3類截面（彈性設計截面、非厚實截面）：板類截面（彈性設計截面、非厚實截面）：板 件寬厚比大于第件寬厚比大于第2類截面的寬厚比。類截面的寬厚比。 第第4類截面（超屈曲設計截面、纖細截面、薄柔類

13、截面（超屈曲設計截面、纖細截面、薄柔 截面）：板件寬厚比最大。截面）：板件寬厚比最大。 受壓板件局部失穩(wěn)時，受壓板件局部失穩(wěn)時，寬厚比越大，屈曲荷載越小。根據(jù)不同的應用情況，寬厚比越大，屈曲荷載越小。根據(jù)不同的應用情況， 可將構(gòu)件截面按板件寬厚比的大小分為四類，見表可將構(gòu)件截面按板件寬厚比的大小分為四類，見表3-1。 第第3章章 鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式 疲勞破壞 3.5 詳見第詳見第2章相關內(nèi)容章相關內(nèi)容 3.6 變形破壞 鋼結(jié)構(gòu)變形破壞的實質(zhì)是剛度失效造成的。鋼結(jié)構(gòu)變形破壞的實質(zhì)是剛度失效造成的。 結(jié)構(gòu)的變形破壞結(jié)構(gòu)的變形破壞 變形破壞變形破壞 構(gòu)件的變形破壞構(gòu)件的變形破壞

14、 引起鋼結(jié)構(gòu)變形破壞的主要原因有：設計不當，制造不當，使用不當?shù)取Ｒ痄摻Y(jié)構(gòu)變形破壞的主要原因有：設計不當，制造不當，使用不當?shù)取?鋼材在連續(xù)反復荷載作用下，應力雖然還低于極限抗拉強度鋼材在連續(xù)反復荷載作用下，應力雖然還低于極限抗拉強度fu，甚至于還低，甚至于還低 于屈服點于屈服點fy時，就突然發(fā)生脆性斷裂，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞破壞。時，就突然發(fā)生脆性斷裂，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞破壞。 第第3章章 鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式 3.6 變形破壞 1. 構(gòu)件的變形破壞：構(gòu)件的變形破壞： 在鋼結(jié)構(gòu)設計中：在鋼結(jié)構(gòu)設計中： 在鋼結(jié)構(gòu)的制造過程中：在鋼結(jié)構(gòu)的制造過程中： 在鋼結(jié)構(gòu)的使用過

15、程中在鋼結(jié)構(gòu)的使用過程中 ： 構(gòu)件的剛度不滿足設計要求，導致構(gòu)件的變形過大而無法正常使用、構(gòu)件的剛度不滿足設計要求，導致構(gòu)件的變形過大而無法正常使用、 正常安裝。正常安裝。 由于工藝不合理等原因而造成構(gòu)件變形會直接影響到結(jié)構(gòu)的美觀，而且由于工藝不合理等原因而造成構(gòu)件變形會直接影響到結(jié)構(gòu)的美觀，而且 給結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接、安裝帶來很大的困難。給結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接、安裝帶來很大的困難。 隨意改變結(jié)構(gòu)的用途，或發(fā)生意外事故而使結(jié)構(gòu)超載，也會導致鋼構(gòu)隨意改變結(jié)構(gòu)的用途，或發(fā)生意外事故而使結(jié)構(gòu)超載，也會導致鋼構(gòu) 件的變形破壞事故發(fā)生。件的變形破壞事故發(fā)生。 第第3章章 鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式

16、3.6 變形破壞 2. 結(jié)構(gòu)的變形破壞：結(jié)構(gòu)的變形破壞： 鋼結(jié)構(gòu)設計中，如果結(jié)構(gòu)支撐體系布置不夠或布置不當，就有可能導致結(jié)構(gòu)的變鋼結(jié)構(gòu)設計中，如果結(jié)構(gòu)支撐體系布置不夠或布置不當，就有可能導致結(jié)構(gòu)的變 形破壞。形破壞。 結(jié)構(gòu)的變形破壞也可能是由于施工安裝不當引起的。結(jié)構(gòu)的變形破壞也可能是由于施工安裝不當引起的。 結(jié)構(gòu)變形破壞事故發(fā)生初期，由于變形過大而使結(jié)構(gòu)無法正常使用。若不及時采結(jié)構(gòu)變形破壞事故發(fā)生初期，由于變形過大而使結(jié)構(gòu)無法正常使用。若不及時采 取加固補救措施，隨著變形的進一步增加，結(jié)構(gòu)破壞的形式就很可能發(fā)生轉(zhuǎn)變，取加固補救措施，隨著變形的進一步增加，結(jié)構(gòu)破壞的形式就很可能發(fā)生轉(zhuǎn)變， 往往

17、會導致整體結(jié)構(gòu)的垮塌。往往會導致整體結(jié)構(gòu)的垮塌。 1. 構(gòu)件的變形破壞：構(gòu)件的變形破壞： 構(gòu)件的變形破壞主要導致結(jié)構(gòu)適用性這一功能無法完成，但由于構(gòu)件剛度失效構(gòu)件的變形破壞主要導致結(jié)構(gòu)適用性這一功能無法完成，但由于構(gòu)件剛度失效 將伴隨產(chǎn)生較大的變形，可能將伴隨產(chǎn)生較大的變形，可能導致其它構(gòu)件依次發(fā)生變形破壞，從而可能誘發(fā)整導致其它構(gòu)件依次發(fā)生變形破壞，從而可能誘發(fā)整 體結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)垮塌。體結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)垮塌。 第第3章章 鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式 3.7 脆性斷裂破壞 1. 脆性斷裂破壞的特點：脆性斷裂破壞的特點： 結(jié)構(gòu)的脆性斷裂破壞是結(jié)構(gòu)各種可能破壞形式中結(jié)構(gòu)的脆性斷裂破壞是結(jié)構(gòu)各

18、種可能破壞形式中最危險最危險的一種破壞形式。脆的一種破壞形式。脆 性斷裂破壞前，鋼材的應力通常小于屈服點性斷裂破壞前，鋼材的應力通常小于屈服點fy，不發(fā)生顯著的變形，破壞，不發(fā)生顯著的變形，破壞突然發(fā)生突然發(fā)生， 無任何預兆。無任何預兆。 應注意的是，疲勞斷裂只是脆性斷裂中的一種。應注意的是，疲勞斷裂只是脆性斷裂中的一種。 2. 脆性斷裂破壞的主要原因：脆性斷裂破壞的主要原因： 脆斷破壞的脆斷破壞的 主要原因主要原因 材質(zhì)缺陷材質(zhì)缺陷 應力集中和殘余應力應力集中和殘余應力 使用環(huán)境溫度使用環(huán)境溫度 鋼板厚度鋼板厚度 第第3章章 鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式 3.7 脆性斷裂破壞 3.防止脆性斷裂的措施防止脆性斷裂的措施： 防止脆性防止脆性 斷裂的措施斷裂的措施 合理選擇鋼材合理選擇鋼材 合理設計合理設計 合理制作和安裝合理制作和安裝 合理使用及合理維修合理使用及合理維修 第第3章章 鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式鋼結(jié)構(gòu)的可能破壞形式 可能發(fā)生強度破壞的鋼構(gòu)件主要是軸心受拉構(gòu)件和受彎構(gòu)件。其他類型的鋼構(gòu)可能發(fā)生強度破壞的鋼構(gòu)件主要是軸心受拉構(gòu)件和受彎構(gòu)件。其他類型的鋼構(gòu) 件往往不由強度條件控制設計，因此，一般不會發(fā)生強度破壞。件往往不由強度條件控制設計，