工程事故分析與工程安全鋼結(jié)構(gòu)

1、第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的特點 認(rèn)識鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量缺陷，也要從認(rèn)識鋼結(jié)構(gòu)在材料、構(gòu)件、制造加工方面的特點開始。 鋼結(jié)構(gòu)的“材料”，是單一勻質(zhì)材料,具有強(qiáng)度大、組織均勻、塑忍性好等優(yōu)點，也有宜脆裂、宜受腐蝕、耐火性差、可焊性是否良好等問題。 鋼結(jié)構(gòu)的“構(gòu)件”，截面較小、較薄，重量較輕，受力較可靠，但要注意其剛度和穩(wěn)定性要求;由于結(jié)構(gòu)是由各種型鋼拼接面成的，還要注意取鋼間焊接、螺栓連接等連接方式。 鋼結(jié)構(gòu)的“結(jié)構(gòu)”以輕型、薄壁和重型、大跨、高聳（層）結(jié)構(gòu)為主；它們?nèi)菀资艿秸駝?、沖擊、重復(fù)作用的動力荷載，高低溫度變化，以_后面:山小生介店像I是口向 鋼結(jié)構(gòu)的“制造”，便于機(jī)械化作也，加工精度較高.，安裝方便，施工

2、簡潔，是建筑工程結(jié)構(gòu)中機(jī)械化程度最高的，并1年最快地發(fā)揮投資效益。 鋼結(jié)構(gòu)缺陷的產(chǎn)生，主要決定于鋼材性能和成型前已有的缺陷、鋼構(gòu)件加工制作和安裝工藝的缺陷，以及鋼結(jié)構(gòu)使用維護(hù)方面的問題。 一、鋼材的性能及可能的缺陷 1、鋼材的化學(xué)成分 建筑結(jié)構(gòu)用鋼主要有低碳鋼低合金鋼兩種。低碳鋼中鐵約占99%,碳只占0.14%-0.22%,此外便是硅、鎰、銅等微量元素，還有不宜除盡的硫、磷、氧、氮、氫等有害元素。在低碳鋼中添加鎰、砒、銀、銘等合金元素，就口J以得到低 合金鋼。碳和這些元素雖含量極小，卻左右著鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性、可焊性和耐腐蝕性。 2、鋼材的物理力學(xué)性能 影響鋼材物理力學(xué)性能的指標(biāo)除強(qiáng)度（屈

3、服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度）和塑性（伸K率、截面收縮率）夕卜，還有： 1）彎性能鋼材經(jīng)冷加工彎曲產(chǎn)生塑性變形時抵抗裂紋發(fā)生的能力，可通過冷彎試驗測定。冷彎試驗既可檢驗鋼材能否適應(yīng)冷作工藝，還可以暴露鋼材內(nèi)部缺陷（顆粒組織、結(jié)晶情況、夾雜物分布、內(nèi)部微孔等），并能鑒定可焊性。 2）沖擊韌性鋼材在塑性變形和斷裂過程U吸收能量的能力，也是鋼材抵抗沖擊或振動荷載的能力，也是強(qiáng)度和塑性的綜合體現(xiàn)。對于 在低溫下宜發(fā)生脆性破壞的構(gòu)件，其鋼材必須有在常溫和低溫下沖擊韌性的保證。 3）可焊性分施IJJ.焊件和使用川一焊性兩種。前者指焊縫金屬產(chǎn)生裂紋的敏感性,和因施焊加熱近縫區(qū)母材淬硬和產(chǎn)生的敏感性，以及焊后熱影響區(qū)的大

4、小?？珊感院?，指焊縫金屬和近縫區(qū)不產(chǎn)生裂紋。后者指焊接接頭和焊縫的缺口韌性（沖擊韌性）和熱影響區(qū)的延伸性。要求焊接結(jié)構(gòu)施焊后的力學(xué)性能不低于母材的力學(xué)性能。 4）疲勞指在循環(huán)應(yīng)力多次反復(fù)作用下裂紋生成、擴(kuò)展以至斷裂的破壞現(xiàn)象。鋼材的疲勞破壞除與鋼材的質(zhì)量、應(yīng)力集中、殘余應(yīng)力和焊接缺陷有關(guān)外，主要取決于荷我的循環(huán)次數(shù)和循、成為痔征（應(yīng)方幅布應(yīng)力比）。_ 5）冷脆指鋼材隨溫度降低,其塑性和韌性逐漸降低（即鋼材逐漸變脆）的現(xiàn)象。它通常用鋼材的沖擊韌性來衡量。影響鋼材冷脆的囚素很多，低溫只是一個重要因素。板材的厚度和鋼材對裂紋的敏感性也是導(dǎo)致鋼材變脆的關(guān)鍵因素。 6）腐蝕可分大氣腐蝕、介質(zhì)腐蝕和應(yīng)力腐

5、蝕三種。不刷涂層的外露鋼材在大氣中的速度約為817年1mm。介質(zhì)腐蝕主要發(fā)生在與腐蝕性介質(zhì)接觸的鋼結(jié)構(gòu)中，腐蝕速度取決于腐蝕性介質(zhì)的作用情況。應(yīng)力腐蝕是指鋼材在腐蝕性介質(zhì)侵蝕和靜應(yīng)力長期作用下的材質(zhì)脆化現(xiàn)象。7）時效指鋼材隨時間進(jìn)展,其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度提高，塑性和沖擊韌性降低的過程。人工時效的方法是先使鋼材產(chǎn)生約10%的塑性變形，再加熱至2500c左右，并保溫1h,然后在空氣中冷卻至室溫。8）高溫蠕變脆性鋼材在高溫及長期應(yīng)力作用下會出現(xiàn)蠕變變脆的現(xiàn)象稱為鋼材的高溫蠕變脆性。鋼材的高溫蠕變脆性，除受高溫和應(yīng)力影響外，還取決于鋼材的微觀晶狀結(jié)構(gòu)、原始強(qiáng)度、合金元素的作用以及微觀裂紋的積累損傷因素

6、。 3、鋼材的缺陷 鋼材的質(zhì)量主要取決于冶煉、澆鑄、和扎制過程中的質(zhì)量控制。常見的這方面的缺陷如卜: 1）發(fā)裂 2）夾層 3）微孔 4）白點 5）內(nèi)部破裂 6）氧化鐵皮 7）斑疤 8）夾渣、砂 9）劃痕 9）切痕 10）過熱 11）過燒 12）脫碳 13）機(jī)械性能不合格 14）化學(xué)成分不合格 由此可見鋼材的缺陷很多，其中最主要的是各類裂紋。它產(chǎn)生的原因主要是： 1）由于某種應(yīng)力作用而引起，如鋼錠冷卻時不均勻收縮等； 2）由于鋼中某一種化學(xué)元素超量引起，如氫帶來的鋼材“白點”，硫使熱加工時鋼材“熱脆”等； 3）由于其他缺陷如氣泡或縮孔等產(chǎn)生的內(nèi)部裂紋； 4）由于熔煉與澆鑄過程中|：金屬夾雜物進(jìn)入

7、鋼液內(nèi)； 5）溶解在鋼中的氣體與非金屬夾雜物在鍛軋加工時所形成的細(xì)小裂紋； 6）鋼材折疊而形成的裂紋； 7）鋼材長期處于高溫和壓力下，由于碳?xì)涞母g使表面開裂； 8）鋼材突然遭到高頻彈性波沖擊時產(chǎn)牛.的振動裂紋。 二、鋼結(jié)構(gòu)加工制作中可能存在的缺陷 鋼結(jié)構(gòu)的加工制作全過程是由一系列工方組成，鋼結(jié)構(gòu)的缺陷也就可能產(chǎn)生于各工種的加工工藝中。 1、鋼構(gòu)件加工制作可能產(chǎn)生的缺陷 鋼構(gòu)件的加工制作主工藝大致如下：鋼材和型鋼的鑒定試驗一鋼材的矯正（常溫機(jī)械矯正或加熱后矯正）一鋼材表面清洗和除銹一放樣和劃線T構(gòu)件切割T孔的加工T構(gòu)件的冷熱彎曲加工等。 構(gòu)件加工制作可能產(chǎn)生各種缺陷，歸納起來主要有： D選用鋼

8、材的性能不合格； 2）矯正時引起的冷熱硬化； 3）放樣尺寸和孔中心的偏差； 4）切割邊未作加匚或加I：未運(yùn)到要求; 5）孔徑誤差； 6）沖孔未作加工。存在有硬化區(qū)和微裂縫; 7）構(gòu)件的冷加工引起的鋼材硬化和微裂縫; 8）構(gòu)件的熱加工引起的殘余應(yīng)力等； 2、鋼結(jié)構(gòu)焊接可能產(chǎn)生的缺陷 焊接工藝給鋼結(jié)構(gòu)帶來的缺陷主要有： 1）熱影響區(qū)母材的塑性、韌性降低，使鋼材硬化、變脆和開裂； 2）焊接殘余盈利和殘余應(yīng)變； 3）各種焊接缺陷，如裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合和未焊透等 （見圖4.2）。 4）焊接帶來的應(yīng)力集中等。卬）裂紋小3涌況S）焊瘤 （c）燒穿 孤坑 （e）氣孔（g）或邊 S

9、）條熔合 ）隸焊透 圖4Z,各狎理接缺陷示意圖 3、鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接可能產(chǎn)生的缺陷 用于建筑鋼結(jié)構(gòu)連接的螺栓河分為普通螺栓和高強(qiáng)螺栓。在普通螺栓中，通常采用的是C級普通螺栓；在高強(qiáng)螺栓中通常采用摩擦型而強(qiáng)螺栓。 普通螺栓傳力方式可分為：抗剪螺栓、抗拉螺栓和拉剪螺栓。其中抗剪普通螺栓的破壞形式有四種：（1）螺栓桿剪切破壞：當(dāng)螺栓直徑較細(xì)而被連接鋼材較厚時；（2）螺栓孔擠壓或承壓破壞：當(dāng)螺栓直較粗而被連接鋼材較薄時; 3）構(gòu)件凈截面強(qiáng)度破壞：當(dāng)構(gòu)件開口較多使截面削弱較大時；（4）螺栓桿彎曲破壞： 當(dāng)螺栓桿較長直徑較細(xì)時，抗拉螺栓的破壞主要是在螺母下羅紋截面削剪處被拉斷。 摩擦型高強(qiáng)螺栓連接在受剪設(shè)計

10、時以外剪刀達(dá)到板件接觸面間由螺栓擰緊力所提供的可能最大摩擦力為極限狀態(tài)，亦既應(yīng)保證連接在整個使用期間，外剪力不超過最大摩擦力并能由摩擦力完全承受。這樣板件間不會發(fā)生相對滑移變化，因而其整體性和剛度好、變形小、受力可靠、耐疲勞。構(gòu)件的接觸面（摩擦面）通常需經(jīng)過特殊處理（如噴砂、噴砂后生赤銹或涂無機(jī)富鋅漆等），使其潔凈并粗糙，以提高其抗滑移系數(shù)。 連接工藝給鋼結(jié)構(gòu)帶來的主要缺陷有： （1）螺栓孔引起構(gòu)件微面削弱； （2）普通螺栓連接在長期動荷我作用卜的螺栓松動； （3）高強(qiáng)螺栓連接預(yù)應(yīng)力松弛引起的滑移變形； （4）螺栓及其附件鋼材質(zhì)量不符合設(shè)計要求, 4、鋼結(jié)構(gòu)獅釘連接可能產(chǎn)生的缺陷 鋼結(jié)構(gòu)釧釘連

11、接由于勞動強(qiáng)度高、耗鋼量多、噪聲污染大等缺點在工程上用得不多，只是在橋梁結(jié)構(gòu)和吊車梁中偶爾采用。但為了對釧釘連接的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價、監(jiān)測和維修加固，需要對其工藝帶來的缺陷作簡單的了解，它主要有： （1）釧釘孔引起構(gòu)件截面削弱； （2）釧釘松動，釧合質(zhì)量差； （3）伽合溫度過高，弓I起局部鋼材硬化； （4）板件間緊密度不夠等。 三、鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)輸、安裝和使用維護(hù)中可能產(chǎn)生的缺陷 鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸、安裝和使用維護(hù)過程中可能遇到的缺陷有： D運(yùn)輸過程中引起結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件產(chǎn)生較大變形和損傷； 2）吊裝過程中引起結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件產(chǎn)生較大變形和局部損傷； 3）安裝過程中沒有足夠的臨時支撐和錨固，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件產(chǎn)生較大的

12、變形，喪失穩(wěn)定性，甚至傾覆等； 4）施工連接（焊縫、螺栓連接）的質(zhì)量不滿足設(shè)計要求； 5）使用期間由于地基不均勻沉降等原因造成的結(jié)構(gòu)損壞； 6）沒有定期維護(hù)使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較重腐蝕，影響結(jié)構(gòu)的可靠性能。第二節(jié)鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量控制要點 本節(jié)所述針對鋼柱、梁、屋架及這此構(gòu)件的連接。由于鋼結(jié)構(gòu)以鋼板和型鋼為主要材料，必須使用物理、化學(xué)性能合格的鋼材，并對鋼板型鋼同的連接質(zhì)量加以控制。 一、鋼結(jié)構(gòu)制作時的質(zhì)量控制 1、保證鋼材的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長率、截面收縮率和硫、磷等有害元素的極限含量，對焊接結(jié)構(gòu)還應(yīng)保證碳的極限含量。必要時，尚應(yīng)保證冷彎試驗價格。 2、要嚴(yán)格控制鋼材切割質(zhì)量：切割而要清除切割區(qū)內(nèi)鐵銹

13、、油污，切割后斷口處不得有裂紋和大于1.0mm的缺棱，并應(yīng)清除邊緣熔瘤、飛濺物和毛刺等。機(jī)械剪切時，剪切線與號線允許偏差不得大于2mm。 3、觀察檢查構(gòu)件外觀，以構(gòu)件正面無明顯凹面和損傷為合格。 4、各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件組裝時，頂緊例貼緊不少于75%,且邊緣最大間隙不超過0.8mm。 5、構(gòu)件制作允許偏差以及鋼屋架、屋架梁及桁架、鋼柱制作分項工程等都要符合規(guī)范和驗收標(biāo)準(zhǔn)。 二、鋼結(jié)構(gòu)焊接時質(zhì)量控制要點 1、焊條、焊劑、焊絲和施焊用的保護(hù)氣體等必須符合設(shè)計要求和鋼結(jié)構(gòu)焊接的專門規(guī)定。 焊條型號必須與母材匹配，并注意焊條的藥皮類型。嚴(yán)禁使用藥皮脫落或焊芯生銹的焊條和受潮結(jié)塊或熔燒過的焊劑。焊條、焊劑和粉芯

14、焊絲使用前必須按質(zhì)量證明書規(guī)定進(jìn)行烘焙。 2、焊工必須經(jīng)過考試合格，取得相應(yīng)施焊條件的合格證書。 3、承受拉力或壓力”要求與母材等強(qiáng)度的焊縫，必須經(jīng)超聲波、X射線探傷檢驗。并符合國家有關(guān)規(guī)定。 4、焊縫表面嚴(yán)禁有裂紋、夾渣、焊瘤、弧坑、針狀氣孔和融合性飛濺物等缺陷。氣孔、咬邊必須符合施工規(guī)范規(guī)定，檢查時按焊縫受載作用的不同分為三個級別：（1）一級焊縫（指受動荷載或靜荷載受拉的焊縫應(yīng)與母材等強(qiáng)度；不允許有氣孔、咬邊）；（2）二級焊縫（指受動荷載或靜荷載受壓的焊縫，應(yīng)與母材等強(qiáng)度；不允許有氣孔；要求修磨的焊縫不允許咬邊；不要求修磨的焊縫，允許有深度不超過0.5mm,累計總長不超過焊縫長度10%的咬

15、邊）；（3）三級焊縫 （指除一、二級焊縫外的貼角縫，允許有直徑.Omm的氣孔，在1.0m以內(nèi)不超過5個；允許有深度不超過0.5mm,累計總K不超過焊縫K度20%的咬邊）。 5、焊縫的外觀應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢查,要求焊縫波較均勻，明顯處的焊渣和飛濺物清除干凈（按焊縫數(shù)抽查5%,每條焊縫抽查一處，但不少于5處）。 6、焊縫尺寸的允許偏差和檢驗方法應(yīng)符合規(guī)定要求。 三、鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓連接時的質(zhì)量控制要點 1、高強(qiáng)螺栓的形式、規(guī)格和技術(shù)條件必須符合設(shè)計要求和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。高強(qiáng)螺栓必須試 驗確定招短系數(shù)或復(fù)驗螺栓預(yù)拉力。當(dāng)結(jié)果符合鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)螺栓的專門規(guī)定時，方準(zhǔn)使用。 2、構(gòu)件的高強(qiáng)螺栓.連接你的摩擦系數(shù)必須

16、符合設(shè)計要求。表面禁止有氧化鐵皮、毛刺、焊疤、油漆和油污。 3、高強(qiáng)螺栓必須分兩次擰緊，初擰、終擰質(zhì)量必須符合施工規(guī)范和鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)螺栓的專門規(guī)定。 4、高強(qiáng)螺栓接頭外觀要求：正面螺栓穿如方向一致，外露長度不少于2扣（檢察數(shù)量按節(jié)點數(shù)抽查5%,但不少于5個）。 四、鋼結(jié)構(gòu)安裝時的質(zhì)量控制要點 1、構(gòu)件必須符合設(shè)計要求和施工規(guī)范。由 于運(yùn)輸、堆放和吊裝造成的構(gòu)件變形必須矯正。 2、墊鐵規(guī)格、位置要正確,一柱底面和基礎(chǔ)接觸緊貼平穩(wěn)，點焊牢固。座漿型鐵的砂漿強(qiáng)度必須符合規(guī)定。 3、構(gòu)件中心、標(biāo)高基準(zhǔn)點等標(biāo)記完備。 4、構(gòu)件外觀表面干凈，結(jié)構(gòu)大面無焊疤、油污和泥砂。 5、磨光頂緊的構(gòu)件安裝面要求頂緊面

17、緊貼不少于70%,邊緣最大間隙不超過0.8mm（按節(jié)點數(shù)抽查10%,但不少于3個）。 6、安裝的允許偏差和檢驗方法必須符合規(guī)范要求。 五、鋼結(jié)構(gòu)油漆工程質(zhì)量控制要點 鋼結(jié)構(gòu)投入使用前必須進(jìn)行防腐處理，目前我國鋼結(jié)構(gòu)的防腐措施主要是在其表面覆蓋油漆類涂料，形成保護(hù)層。鋼結(jié)構(gòu)油漆工程的缺陷大體有：（1）皺皮厚涂層表面干燥時和卜層涂層未干即涂上層涂料時易發(fā)生；（2）流墜涂層厚和涂料稀釋過分或使用稀釋劑過多時易發(fā)生；（3）剝離或稱脫皮涂層厚或涂料系列不同時易發(fā)生；（4）氣泡涂層下生銹或水分侵入涂層易發(fā)生；（5）粉化涂層老化現(xiàn)象；（6）龜裂涂層下層軟、上層硬時易發(fā)生；也指涂層老化失去柔軟性后表面收縮的現(xiàn)

18、象；（7）透底（咬色）、失光變白、變色褪色、色彩不均、光澤不 良等現(xiàn)象。 鋼結(jié)構(gòu)油漆工程的質(zhì)量控制要求有： （1）油漆、稀釋劑和同化劑種類及質(zhì)量必須符合設(shè)計要求。 （2）涂漆基層鋼材表面嚴(yán)禁有銹皮、并無焊渣、焊疤、灰塵、油污和水等雜質(zhì)。用鏟刀檢查經(jīng)酸洗和噴丸（砂）工藝處理的鋼材表面必須露出金屬色澤。 （3）觀察檢查有無誤涂、漏涂、脫皮和反銹。 （4）涂刷均勻，色澤一致，無皺皮和流墜，分色線清楚整齊。（5）干漆膜厚度要求125Hm（室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)）或150Hm（室外鋼結(jié)構(gòu)），允許偏差-25|im（檢查數(shù)量按各種構(gòu)件件數(shù)各抽查10%,但均不少于3件。每件測3處，每處植為3個相距50mm測點漆膜厚度平均

19、值）。第三節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的事故及其影響因素 鋼結(jié)構(gòu)的事故按破壞形式大致可分為：鋼結(jié)構(gòu)承載力和剛度失效;鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn);鋼結(jié)構(gòu)疲勞;鋼結(jié)構(gòu)的脆性斷裂和鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕等兒種。 一、結(jié)構(gòu)承載力和剛度失效 1、鋼結(jié)構(gòu)承載力和剛度失效指正常所有狀態(tài)下結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強(qiáng)度被超越而導(dǎo)致破壞。具主要原因為： (1)鋼材的強(qiáng)度指標(biāo)不合格在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中有兩個重要強(qiáng)度指標(biāo)：屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度；另外，當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受較大剪力或扭矩時，鋼材的抗剪強(qiáng)度也是重要指標(biāo)。 (2)連接強(qiáng)度不滿足要求焊接連接的強(qiáng)度取決于焊接材料強(qiáng)度及其與母材的匹配、焊接I：藝、焊接質(zhì)量和缺陷及其檢杳和控制、焊接對母材熱影響區(qū)強(qiáng)度的影響等；螺栓連接強(qiáng)度的影響

20、因素為：螺栓及其附件材料的質(zhì)量以及熱處理效果(高強(qiáng)螺栓)、螺栓連接的施工技術(shù)工藝的控制，特別是高強(qiáng)螺栓預(yù)應(yīng)力控制和摩擦面的處理、螺栓孔引起被連接構(gòu)件截面的削弱和應(yīng)力集中等。 (3)使用荷載和條件的改變包括計算循我的超載、部分退出工作引起其他構(gòu)件增載、意外沖擊荷載、溫度變化引起的附加應(yīng)力、基礎(chǔ)不均勻沉降引起的附加應(yīng)力等。 2、鋼結(jié)構(gòu)剛度實效指產(chǎn)生影響其承我或正常所有的塑性變形或振動。其主要原因為： （1）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度不滿足設(shè)計要求如軸壓構(gòu)件不滿足長細(xì)比要求；受彎構(gòu)件不滿足允許擾度要求；壓彎構(gòu)件不滿足上述兩方面要求等。 （2）結(jié)構(gòu)支撐體系不夠支撐體系是保證結(jié)構(gòu)整體和局部剛度的重要組成部分。它不

21、僅對抵制水平荷載和地震作用、抗振動有利，而且直接影響結(jié)構(gòu)正常使用（如工業(yè)廠房當(dāng)整體剛度不足時，在吊車運(yùn)行過程中會產(chǎn)生振動和搖晃）。 二、鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn) 鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)主要發(fā)生在軸壓、壓彎、和受彎也代。它可分為兩類:喪失整體穩(wěn)定性和喪失 局部穩(wěn)定性。兩類失穩(wěn)都將影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件的正常使用，也可引發(fā)其它形式的破壞。 1、影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件整體穩(wěn)定性的工要原囚仃： （1）結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性不滿足要求影響它的主要參數(shù)長細(xì)比入（=l/r）,其中I為構(gòu)件的計算長度，r為構(gòu)件截面的回轉(zhuǎn)半徑。應(yīng)注意截面兩個主軸方向的計算長度可能有所不同，以及構(gòu)件兩端實際支承情況與計算支承間的區(qū)別。 （2）構(gòu)件有各類初始缺陷在構(gòu)件的穩(wěn)定性分析中，

22、各類初始缺陷對其極限承載力的影響比較顯著。這些處世缺陷主要包括：初彎曲、初偏心（軸壓構(gòu)件）、熱軋和冷加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和殘余變形極其分存、焊接殘余應(yīng)力和殘余變形 等。 (3)構(gòu)件受力條件的改變鋼結(jié)構(gòu)使用使用荷載和使用條件的改變，如超我、節(jié)點的破壞、溫度的變化、基礎(chǔ)的不均勻沉降、意外的沖擊荷載、結(jié)構(gòu)加固過程中計算簡圖的改變等，引起受壓構(gòu)件應(yīng)增加，或使受拉構(gòu)件轉(zhuǎn)變?yōu)槭軌簶?gòu)件，從而導(dǎo)致構(gòu)件整體失穩(wěn)。 (4)施工臨時支撐體系不夠在結(jié)構(gòu)安裝過程中，由于結(jié)構(gòu)并未完全形成一個設(shè)計要求受力整體或其整體剛度較弱，因而需要設(shè)置一些臨時支撐體系來維持結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的整體穩(wěn)定。若臨時支撐體系不完善，輕則會使部分構(gòu)件喪失整

23、體穩(wěn)定，重則造成整個結(jié)構(gòu)的倒塌或傾覆。 2、影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件局部穩(wěn)定性的主要原因有： (1)構(gòu)件局部穩(wěn)定不滿足要求如構(gòu)件I形、槽形截面翼緣的寬厚比和煦板的高厚比大于限值時，易發(fā)生局部失穩(wěn)現(xiàn)象;在組合截面構(gòu)件設(shè)計中尤應(yīng)注意。 (2)局部受力部位加勁肋構(gòu)造措施不合理當(dāng)在構(gòu)件的局部受力部位，如支座、較大集中荷載作用點，沒有設(shè)支承加勁肋，使外力直接傳給較薄的腹板而產(chǎn)生局部失穩(wěn)。構(gòu)件運(yùn)輸單元的兩端以及較長構(gòu)件的中間沒有設(shè)置橫隔，截面的兒何形狀不變難以保證且易喪失局部穩(wěn)定性。 (3)吊裝時吊點位置選擇不當(dāng)在吊裝過程中，由于吊點位置選擇不當(dāng)會造成構(gòu)件局部較大 的壓應(yīng)力，從而導(dǎo)致局部失穩(wěn)。所以鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計時,圖紙

24、應(yīng)詳細(xì)說明正確的吊裝方法和吊點位置。 三、鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞 鋼結(jié)構(gòu)疲勞分析時，習(xí)慣上當(dāng)循環(huán)次N105時稱為高疲勞。經(jīng)常承受動力荷載的鋼結(jié)構(gòu)如吊車梁、橋梁等在工作期限內(nèi)經(jīng)歷的循環(huán)應(yīng)力次數(shù)往往超過105。如果鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實際循環(huán)應(yīng)力特征和實際循環(huán)次數(shù)超過設(shè)計時所采取的參數(shù)，就可能發(fā)生疲勞破壞。此外影響鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞的因素還有： (1)材的抗疲勞性能差； (2)邕構(gòu)構(gòu)件中有較大應(yīng)力集中區(qū)域; (3)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工制作時有缺陷，其中裂紋對鋼材疲勞的影響比較大；鋼材的冷加工、焊接工藝所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和殘余變形對鋼材疲勞強(qiáng)度也會產(chǎn)生較大影響。 四、鋼結(jié)構(gòu)脆性斷裂 鋼結(jié)構(gòu)脆性破壞是其極限狀態(tài)中最危險的破壞形式

25、之一。它的發(fā)生往往很突然，沒有明顯塑性變形，而破壞時構(gòu)件的名義應(yīng)力很低，有時只有其屈服強(qiáng)度的02倍。影響鋼結(jié)構(gòu)脆性斷裂的因素主要有： (1)鋼材抗脆性斷裂性能差鋼材的塑性、韌性和對裂紋的敏感性都影響其抗脆性斷裂性能,其中沖擊韌性起決定作用。低合金鋼的抗脆 性斷裂性能比普通碳素鋼優(yōu)越；普通碳素鋼中鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼的抗脆性斷裂性能依次降低。 (2)構(gòu)件制作加I缺陷構(gòu)件的高應(yīng)力集中會使構(gòu)件在局部產(chǎn)生復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，它們也將影響構(gòu)件局部的塑性和韌性，限制其塑性變化，從而提高構(gòu)件脆性斷裂的可能。 (3)低溫和動載隨著溫度的降低，鋼材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度會有所升高，而鋼材的塑性指標(biāo)截面收縮率卻有所降

26、低，也即鋼材會變脆。通常把鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在低溫的脆性破壞稱為“低溫冷脆現(xiàn)象”。至于動載對鋼結(jié)構(gòu)脆性破壞的影響則可解釋為：鋼材在循環(huán)應(yīng)力反復(fù)作用下生成疲 勞裂紋，裂紋的擴(kuò)展直至整個截面的破壞往往是很突然的，無明顯塑性變形，即疲勞裂紋的擴(kuò)展破壞呈現(xiàn)脆性破壞特征。 五、鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕破壞 普通鋼材的抗腐蝕能力比較差，這一直是工程上關(guān)注的重要問題。腐蝕使鋼結(jié)構(gòu)桿件凈截面面積減損，降低結(jié)構(gòu)承載力和可靠度，腐蝕形成的“銹坑”使鋼結(jié)構(gòu)脆性破壞的可能性增加，尤其是抗冷脆性能下降。一般說來鋼結(jié)構(gòu)下列部位容易發(fā)生銹蝕： (1)入地下的地面附近部位，如柱腳等； (2)可能存積水或遭受水蒸氣侵蝕部位； (3)經(jīng)常干濕交替又

27、未包混凝土的構(gòu)件； (4)易積灰又濕度大的構(gòu)件部位； (5)屋蓋結(jié)構(gòu)、柱與屋架節(jié)點、吊車梁與柱節(jié)點部位； 一般常用油漆等涂料來保護(hù)鋼結(jié)構(gòu),近年來人們尋求一 種積極的提高鋼材本身抗腐蝕性能的方法。通常可以在低碳鋼冶煉時加入適量的磷、銅、銘和鎂等合金元素，使之和鋼材表面外的大氣化合成致密的防銹層，起隔離大氣的覆蓋層作用，而且不易老化和脫落。這是目前金屬抗腐蝕研究的發(fā)展趨勢。鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量事故案例分析 一、屋蓋結(jié)構(gòu)質(zhì)量事故 常用的鋼結(jié)構(gòu)屋蓋系統(tǒng)包括梁式(屋架)、框架式、拱式、網(wǎng)架、懸索等結(jié)構(gòu)形式。鋼結(jié)構(gòu)屋蓋系統(tǒng)具有以下特點： (1)鋼屋蓋承重構(gòu)件由薄壁、細(xì)長桿件組成，截面形狀多樣，連接節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜，節(jié)點

28、應(yīng)力集中又有偏心； (2)鋼屋蓋結(jié)構(gòu)的計算荷載和計算簡圖與實際值較接近，屋架經(jīng)常在接近計算極限狀態(tài)條件下工作，屋蓋系統(tǒng)承載能力安全儲備最小，所以屋蓋承重構(gòu)件對超載、溫度和腐蝕作用十分敏感，容易因偶然因素而失穩(wěn)和破壞。（3）制造、安裝和使用中:現(xiàn)各種缺陷，使鋼結(jié)構(gòu)屋蓋成為結(jié)構(gòu)中破壞最嚴(yán)重的構(gòu)件之損壞事故較多。 屋蓋事故的類型大體有：a.屋蓋倒塌；桁（網(wǎng)）架桿件斷裂，包括節(jié)點板和連接的斷裂；c.桁（網(wǎng)）架桿件彎曲d.屋蓋擾度超標(biāo)準(zhǔn)；e.屋蓋支撐受壓屈等。 【事故實例3.11某工廠接層鋼屋蓋倒塌事故（1）事故概況 1990年2月16日下午4時20分許,D市某廠四樓接層會議室屋頂棚五棉梭形輕型屋架連同

29、屋面突然倒塌。當(dāng)時305人正在室內(nèi)開會，造成42人死亡,179人受傷的特大事故。經(jīng)濟(jì)損失430多萬元，其中直接經(jīng)濟(jì)損失230多萬元。該接層會議室南北寬14.4m.東西長21.6m.建筑面積324m2。采用磚墻承重、梭形輕型鋼屋架、預(yù)制空心屋面板和卷材防水屋面。圖4.3給出該接層會議室的建筑剖面圖及屋架示意圖。圖4.3某廠四樓接層會議室剖而圖及屋架示意困）按層會漢室制血圖廉架無體示圖會議室由該廠基建處設(shè)計室（內(nèi)級證刊單位）日行設(shè)計.D市某建筑工程公司施工。1987年3月5日開工，同年5月22日竣工并交付使用，經(jīng)常舉行二三百人的中型會議。事故發(fā)生時，會議室頂棚先后發(fā)出“嘎嘎嘎，刷拉，刷拉”的響聲,

30、頂棚中部偏北方向出現(xiàn)鍋底形下凸，幾秒鐘后屋頂全部倒塌。會場除少數(shù)靠窗邊坐的人外，其余大部分被壓在預(yù)制空心板底下。圖4.4給出清理后的事故現(xiàn)場復(fù)原情況，其中破壞屋架是按原位置擺放的。iyI一-dl、71,2；MF7KT-Int11* (2)事故原因分析 根據(jù)事故分析報告，該四樓接層會議室屋頂?shù)顾怯傻谌Ｎ菁鼙倍?4號旗桿首先失穩(wěn)造成的。導(dǎo)致這次事故的原因是多方面的，涉及設(shè)計、施工和管理各階段，歸納起來主要有：設(shè)計計算差錯、屋面錯誤施工、焊接質(zhì)量低劣、屋架構(gòu)造與設(shè)計要求不一和施工管理混亂等方面。 設(shè)計計算差錯 該樓原為三層，接成四層，為了不使基礎(chǔ)荷重增加過多，選用輕鋼屋架并采用不上人不保溫屋面做法。梭形屋架是廣泛使用的一種輕型屋架,它節(jié)約鋼材，屋面坡度較緩，便于和相鄰部分的平屋頂協(xié)調(diào)，其選型是正確而合理的。梭形屋架參照建筑科學(xué)研究院標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究所編