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建筑质量事故分析 Friday February28 2020 1 6 1钢结构相关知识由型钢和钢板通过焊接 螺栓连接或铆接而制成的工程结构叫钢结构 钢结构工程是钢结构为主的结构 是主要的建筑结构类型之一 钢结构是现代建筑工程中较普通的结构形式之一 6 1 1钢材的性能1 钢材的化学成分目前 建筑结构用钢主要有低碳钢和低合金钢两种 2 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 屈服强度 s 抗拉强度 b 和塑性 伸长率 截面收缩率 外 还有 1 冷弯性能 2 冲击韧性 3 可焊性 4 疲劳 5 冷脆 6 腐蚀 7 时效 8 高温蠕变脆性 项目6钢结构工程质量事故分析与处理 Friday February28 2020 2 6 1 2钢材质量事故原因分析1 钢材轧制质量事故原因分析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 如果某些环节出现问题 如碳等微量元素含量不合理 有害元素 成分 和杂质含量过高 钢锭冷却温度和时间控制不当 轧制温度和工艺控制不严等等 将会使钢材质量下降并含有这样或那样的缺陷 2 钢结构制作质量事故原因分析钢结构加工制作是由一系列工序组成的 在各个工序中 很容易存在一些缺陷 钢构件的加工制作主要工艺包括 钢材的材料性能复核 钢材的矫正 放样和划线 构件切割 孔的加工 构件的冷热弯曲加工 构件清磨 钢材表面除锈等 Friday February28 2020 3 6 1 3钢结构的防护涂层缺陷及其处理所有钢结构在投入使用之前必须进行防腐处理 目前我国钢结构最主要的防腐措施是在其表面覆盖涂料 形成保护涂层 只有对一些特殊的钢结构 比如输电塔及在较强腐蚀性介质下工作的容器 才采用镀锌 喷铝等进行表面处理 6 1 4钢结构的设计运输 安装和使用事故原因分析1 钢结构设计阶段事故原因分析2 使用维护阶段事故原因分析3 钢结构的制作安装事故原因分析 Friday February28 2020 4 4 钢结构连接出现的质量事故分析 1 钢结构的铆钉连接及其可能产生的缺陷及质量事故40年代末由于焊接海船的冷脆破坏事故多次出现 一度曾认为铆接的疲劳性能优于焊接 此后由于焊接质量的提高和高强度螺栓连接的出现 铆接在工程上的运用也越来越少 但为了对过去建造的铆接结构进行评价 监测和加固维修 需对铆接工艺及其所带来的缺陷作简单了解 2 钢结构的螺栓连接及其可能产生的缺陷和质量事故用于钢结构连接的螺栓可分为普通螺栓和高强度螺栓 在普通螺栓中 通常采用的是C级普通螺栓 在高强度螺栓中通常采用摩擦型高强度螺栓 3 钢结构的焊接及其可能产生的缺陷和质量事故 Friday February28 2020 5 6 2钢结构工程质量事故分类和缺陷检测6 2 1钢结构工程质量事故的类型钢结构的事故按破坏形式大致可分为如下几类 即钢结构强度和刚度的失效 钢结构的失稳 钢结构的疲劳 钢结构的脆性断裂和钢结构的腐蚀等 1 钢结构承载力和刚度的失效 1 钢结构承载力失效 2 钢结构刚度失效主要2 钢结构的失稳钢结构构件由于材料强度高 所用截面相对较小 也就最容易产生失稳 3 钢结构的疲劳破坏4 钢结构的脆性断裂5 钢结构的腐蚀破坏由于普通钢材的抗腐蚀能力比较差 所以钢结构的腐蚀一直是工程上关注的重要问题 Friday February28 2020 6 6 2 2钢结构工程质量事故的一般处理程序分析事故的最终目的是为了处理事故 由于事故的复杂性 危险性 连锁性 选择性及技术难度大等特点 因此事故处理必须科学 慎重 并严格遵守一定的处理程序 1 事故处理准备2 事故处理的程序6 2 3钢结构工程质量缺陷检测钢材化学成分的检测其实就是化学成分的化验问题 目前可采用的检测方法和手段有很多 例如质谱仪 色谱仪 光谱仪 核磁共振等 通常用直径为6mm的钻头 从焊缝中钻取试样 常规分析需试样50 60g 1 钢材冶炼及轧制缺陷的检测2 构件加工制作缺陷的检测3 钢结构连接缺陷的检测 Friday February28 2020 7 6 3钢结构工程质量事故及处理6 3 1钢结构的失稳事故1 失稳概念失稳也称为屈曲 是指钢结构或构件丧失了整体稳定性或局部稳定性 属承载力极限状态的范围 2 失稳破坏的原因分析稳定问题是钢结构最突出的问题 钢结构的失稳事故分为整体失稳事故和局部失稳事故两大类 其各自产生的原因如下 1 整体失稳事故原因分析 2 局部失稳事故原因分析3 失稳事故的处理与防范当钢结构发生整体失稳事故而倒塌后 整个结构已经报废 事故的处理已没有价值 只剩下责任的追究问题 但对于局部失稳事故可以采取加固或更换板件的施工方法 钢结构失稳事故应以防范为主 以下原则应该遵守 Friday February28 2020 8 6 3 2钢结构的变形事故钢结构具有强度高 塑性好的特点 尤其是冷弯薄壁型钢的应用和轻钢结构的迅速发展 致使目前的钢结构截面越来越小 板厚及壁厚越来越薄 1 钢结构变形类型钢结构的变形可分为总体变形和局部变形两类 2 钢结构变形原因钢结构的形成过程为 材料 构件 结构 在形成的过程中变形原因概述如下 1 钢材的初始变形 2 加工制作中的变形 3 运输及安装过程中产生的变形 4 使用过程中产生的变形3 钢结构变形事故的处理 1 变形事故处理原则 2 变形事故处理方法 Friday February28 2020 9 6 3 3钢结构的疲劳破坏事故1 疲劳破坏的概念2 疲劳破坏的影响因素分析3 提高和改善疲劳性能的措施6 3 4钢结构的脆性断裂事故1 脆性断裂概念2 脆性断裂的原因分析 1 材质缺陷 2 应力集中 3 使用环境 4 钢板厚度3 脆性断裂的防止措施 1 合理选择钢材 2 合理设计 3 合理制作和安装 4 合理使用及维修措施 Friday February28 2020 10 6 3 5钢结构的锈蚀事故钢结构纵然有许多优点 但生锈腐蚀是一个致命的缺点 1 锈蚀的类型通常 我们将钢材由于和外界介质相互作用而产生的损坏过程称为 腐蚀 有时也叫 钢材锈蚀 钢材锈蚀 按其作用可分为以下两类 2 钢结构锈蚀处理及防腐方法 1 新建钢结构防锈 2 原有钢结构锈蚀处理 锈蚀程度的分级和检查 原钢结构防锈蚀涂层处理 钢结构涂层腐蚀调查钢结构防腐调查一般包括工程概况 腐蚀级别的确定 腐蚀情况分析和钢结构防锈方案设计四个部分 Friday February28 2020 11 6 3 6钢结构的火灾事故1 火灾对钢结构的危害钢结构作为一种蓬勃发展的结构体系 其优点有目共睹 但缺点也不容忽视 除耐腐蚀性差外 耐火性差是钢结构的另一大缺点 一旦发生火灾 钢结构很容易遭受破坏而倒塌 2 钢结构在火灾中的失效分析3 钢结构的防火方法4 钢结构防火涂料的相关知识 1 钢结构防火涂料的类型 2 钢结构防火涂料的技术要求及钢结构防火涂料施工验收 3 钢结构防火涂料存在的问题 薄型钢结构防火涂料的耐老化 耐候性问题 露天钢结构防火保护问题 Friday February28 2020 12 6 4钢结构工程质量事故案例分析 案例1 典型大跨钢结构坍塌事故案例1 工程概况某国际展览馆建筑面积达50000m2 主馆由A B C D展馆组成 这4个展馆的建筑造型和结构体系完全相同 且相互独立 单个展馆的平面尺寸为172m73m 横向两端各悬挑2 6m 纵向两侧悬挑8 85m 东侧悬挑2 6m 屋面结构采用螺栓节点网架 下弦柱点支承 网架屋面材质为Q235B 屋架最高点的标高为23 157m 矢高2 38m 4 5m 采用箱型柱 柱与屋面结构交接 采用过渡钢板加螺栓的平板压力支座 柱脚为外包式刚接柱脚 2 坍塌事故概况3 坍塌事故原因分析 1 设计原因分析 2 施工原因分析4 坍塌事故警示 Friday February28 2020 13 案例2 某厂桥式吊车大梁的疲劳破坏某厂125t吊车在向混铁炉兑铁水时 吊车司机将主卷升至极限位置 大车对准混铁炉口 将小车向混铁炉方向移动 当主小车移动1m时 听到有异常响声 同时整个吊车开始晃动 接着吊车梁中部突然断裂 下翼缘板 腹板全部撕开 上翼缘与腹板的连接焊缝撕开长2 5m 主梁一头坠地 另一头悬挂在东横梁上 两根副梁端焊缝全部脱焊而坠落 北主梁因横梁出轨道变形而呈弓形弯曲 但未落地 主小车落地 副小车落地后冲出厂房外约1m 值得庆幸的是 盛有铁水的铁水罐坐在地面上未翻倒 没有发生更大的次生灾害 事故发生后从三个方面进行了调查 1 档案资料调查情况 2 按设计图纸和改造后的荷载校核 3 根据事故后对操作人员和吊车指挥人员的调查 Friday February28 2020 14 案例3 美国世贸中心大楼倒塌原因分析1 引言2 工程概况纽约世贸中心姊妹塔楼 地下6层 地上110层 高度411m 设计人为美籍日裔建筑师雅马萨奇 熊谷组施工 两幢楼的建筑时间为1966 1973年 每幢楼建筑面积418000m2 标准层平面尺寸63 5m63 5m 内筒尺寸24m42m 标准层层高为3 66m 吊顶下净高2 62m 一层入口大堂高度22 3m 建筑高宽比为6 5 整个世贸中心可容纳5万人工作 每天办公和参观人员约30000人左右 3 倒塌原因分析4 对未来超高层建筑发展的几点建议 Friday February28 2020 15 案例4 某厂平台装机轨道梁的疲劳破坏某厂作业平台装料机焊接实腹轨道梁长12m 高1 6m 该梁于1980年开始使用 在1990年检查厂房结构时 发现梁的两端受压区主焊缝出现裂纹 左端裂纹长1 5m 右端裂纹长2 0m 均呈贯通性裂纹 当年年底对裂纹进行了修补 修补后的轨道梁使用3年后 又出现更为严重的破坏 梁上翼缘板与腹板的连接焊缝全部开裂 梁腹板多处错位 梁中段腹板最大错位达109mm 梁上轨道因梁腹板变位下沉而折断成3节 装料机被迫停止运行 从现场调查来看 该梁在制作阶段和加固阶段存在严重的缺陷 梁的上翼缘板属多板拼接 而且拼接焊缝质量差 坡口过小 根本没有焊透 外观检查有可见的孔洞 焊瘤 气泡等缺陷 修补后的主焊缝 焊缝严重偏离或高度不足 Friday February28 2020 16 思考题1 简要回答钢