第三章 钢结构事故ppt课件

结构事故分析与处理,AnalysisandTreatmentofStructureAccidents,蒲万丽2012年2月,.,2.1钢结构的缺陷2.2钢结构的事故及其影响因素2.3钢结构事故2.4钢结构的加固,第三章钢结构工程事故,(AccidentsofSteelStructure),.,3.1钢结构的缺陷(DefectofSteelStructure),钢结构的材料缺陷钢构件加工制作中的缺陷钢结构的连接缺陷钢结构运输、安装和使用维护中的缺陷,钢结构的脆性破坏,.,4,一、钢结构的材料缺陷,1、化学成分对材料性能的影响,碳影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性硫有害元素，可引起“热脆”、偏析、裂纹磷有害元素，可引起“冷脆”、偏析氧有害元素，可引起“热脆”氮有害元素，可引起“冷脆”氢有害元素，可引起“氢脆”,(0.140.22%),(0.050.025%),(0.0450.025%),.,白点，钢中氢含量偏高和组织应力共同作用的结果。氢在冷却相变过程中析出，产生巨大局部压力，与相变组织应力相结合超过钢的强度时，则产生裂纹，形成白点。使钢材质地变松、变脆。消除白点的措施主要是改进冶炼操作，采用真空处理，降低钢水氢含量和采用钢坯(钢材)缓冷工艺。,2、冶炼、浇铸及轧制过程带来的缺陷,.,偏析钢材成分的严重不均匀，偏析产生的原因是钢水在凝固过程中，由于选分结晶造成的。降低钢材的塑性、韧性、及可焊性。偏析程度往往与锭型、钢种、冶炼操作和浇铸条件有关。合金元素、杂质和气体的偏析，随浇铸温度升高和浇铸速度加快，偏析程度愈严重。增加钢水洁净度是减轻偏析的重要措施。,.,非金属夹杂常见夹渣为硫化物和磷化物。它破坏了金属基体的连续性和各向同性性能。钢中非金属夹杂对钢材的强度、伸长率、韧性和疲劳强度有不同程度的影响。保证出钢和浇铸系统清洁，采用吹氩、渣洗、喷粉、真空处理等炉外精炼措施及保护浇铸措施，可以减少钢中非金属夹杂。,.,疤痕表面粗糙。炼钢(浇铸)造成的结疤，疤下一般有肉眼可见的非金属夹杂。结疤缺陷直接影响钢材外观质量和力学性能。为了减少和消除结疤，一是炼钢、轧钢要改进有关工艺和操作，二是对钢坯表面缺陷部位进行重点清理或全面扒皮清理。,.,裂纹从炼钢、轧钢到钢材深加工几乎每道工序都有造成裂纹的因素。(1)炼钢方面。钢中硫、磷含量高，钢的强度、塑性低；铸锭浇铸温度过高，浇铸速度过快；冷却强度不足或冷却不均，造成激冷层薄或局部应力过大；(2)轧钢(锻造)方面。钢锭、钢坯加热温度不均或过烧造成裂纹；高碳钢加热或冷却过快，火焰清理或火焰切割钢材温度过低造成炸裂；钢件在蓝脆区剪切易剪裂。,.,1951年1月31日，加拿大魁北克市圣劳伦斯河上的杜佩里西斯桥梁突然断裂。当时气温-35K，含碳量0.23%0.4%，含硫量0.04%0.116%。1953年，鞍山钢铁公司“钢3事故”，冬季施焊未预热，含碳量0.27%。甘肃某山区大型石油储罐崩塌，含硫量0.09%,预防措施1)钢材应根据设计要求选用，并应具有质量证明书。2)钢材必须符合现行国家标准,.,二、钢结构加工制作中可能存在的缺陷,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5）孔径误差6）冲孔未作加工，存在硬化区和微裂纹7）冷加工引起硬化区和微裂纹8）热加工引起的残余应力9）表面清洗防锈不合格,（一）加工制作中可能存在的缺陷,.,（二）钢结构焊接可能存在的缺陷,1）热影响区钢材变脆2）焊接残应力和残余变形3）各种焊接中缺陷：裂纹、夹渣、未熔合等4）焊接带来的应力集中,焊接残余应力,.,焊接残余变形,纵向收缩,横向收缩,弯曲,扭曲,角变,.,施焊顺序,反变形法,.,实例1某桥主梁为24m跨工字形焊接钢板梁，上翼缘因焊前预弯量不够，焊后产生角变形；下翼缘因拼装不正确，加上焊接引起下翼缘与腹板不垂直。,.,实例2某钢板焊接主梁，为工字形截面，在焊接横向加劲肋和节点板（水平）之后腹板产生凹凸变形，凹凸范围为300600，深度36mm。,.,焊缝缺陷,夹渣,根部未熔合,.,（二）螺栓连接可能存在的缺陷,1）截面削弱2）普通螺栓连接在长期动载作用下的松动3）高强度螺栓连接预应力松弛引起的滑移变形4）螺栓及钢材质量不合格5）孔径及孔位偏差,.,钢结构连接缺陷的检测：（1）螺栓连接缺陷检测1）摩擦面的检测；2）拧紧力的检查；（2）焊缝连接缺陷的检测1）外观检查、钻孔检查；2）射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤。,.,三、钢结构运输、安装和使用维护中可能存在的缺陷,1）运输过程中引起结构或构件较大的变形和损伤；2）吊装过程中引起结构或构件较大的变形和局部失稳；3）安装过程中没有足够的临时支撑或锚固，导致结构或构件产生较大变形，丧失稳定性，甚至倾覆；4）现场焊接及螺栓连接质量达不到设计要求：5）使用期间由于地基不均匀沉陷、温度应力以及人为因素造成的结构损坏；6）不能定期维护，致使结构腐蚀严重，影响到结构的耐久性。,.,3.3钢结构的事故及其影响因素(AccidentsandofInfluenceFactorsSteelStructure),一、钢结构事故的破坏形式,承载力和刚度失效,腐蚀破坏,脆性断裂,疲劳破坏,失稳破坏,破坏形式,.,1、钢结构承载力和刚度失效,承载力失效,构件强度强度指标、设计原因和环境连接强度,刚度失效,构件长细比、挠度结构支撑体系,.,2、钢结构的失稳,整体失稳,设计不满足受压构件、受弯构件材料的初始缺陷受力条件改变施工时的临时支撑,局部失稳,设计不满足宽厚比、加劲肋施工时的吊点位置,.,3、钢结构的疲劳,循环次数N105时称为你低周疲劳；N105时称为高周疲劳。如果钢结构构件的实际循环应力特征和实际循环次数所采取的参数；就可能发生疲劳破坏。影响因素：应力集中；所用钢材的抗疲劳性；钢结构构件加工制作时有缺陷：裂纹、钢材应力、残余变形等。,.,4、钢结构的脆性断裂,钢材的脆性化学成分、冶炼加工制作缺陷冷加工、焊接等应力集中、应力状态构件尺寸低温和动载,设计上如何防止？,.,5、钢结构的腐蚀破坏,生锈腐蚀将会引起构件截面减小，承载力下降，因腐蚀产生的“锈坑”将使钢结构的脆性破坏的可能性增大。也将影响钢结构的耐久性。,重点检查部位,埋入地下的地面附近部位；可能存积水或遭受水蒸汽侵蚀部位；干湿交替构件；易积灰且湿度大的构件；组合截面净空小于12mm，难以涂刷油漆的部位；屋盖结构、柱与屋架节点、吊车梁与柱节点、钢悬索节点部位。,.,由于钢结构以钢板和型钢为主要材料，必须使用物理化学性能合格的钢材，并对钢板型钢间的连接加以严格的控制。要防止钢结构的事故，必须对钢结构的制作，焊接、高强螺栓的连接、安装、防腐等进行严格的质量控制。,质量控制,.,（1）应保证钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率、截面收缩率和硫、磷等有害元素的极限含量，对焊接焊接结构还应保证碳的极限含量，必要时，尚应保证冷弯试验合格。（2）要严格控制钢材切割质量，切割前应清除切割区内铁锈、油污，切割后断口处不得有裂纹和大于1.0mm的缺棱，并应清除边缘熔瘤、飞溅物和毛刺等。（3）要观察检查构件外观，以构件正面无明显凹面和损伤为合格。（4）各种结构构件组装时顶紧面贴紧不少于75%，且边缘最大间隙不超过0.8mm。（5）构件制作允许偏差均应符合建筑安装工程质量检验评定标准。,钢结构制作时质量控制,.,（1）焊条、焊剂、焊丝和施焊用的保护气体等必须符合设计要求和钢结构焊接的专门规定。（2）焊工必须经考试合格，取得相应施焊条件的合格证书。（3）承受拉力或压力且要求与母村等强度的焊缝必须经超声波、x射线擦伤检验符合国家有关规定。(4）焊缝表面严禁有裂纹、夹渣、焊瘤、弧坑、针状气孔和熔合性飞溅物等缺陷。气孔、咬边必须符合施工规范规定。（5）焊缝的外观应进行质量检查，要求焊波较均匀，明显处的焊渣和飞溅物应清除干净。焊缝尺寸的允许偏差和检验方法均应符合规范要求。,钢结构焊接时质量控制,.,（1）高强螺栓的型式、规格和技术条件必须符合设计要求和有关标准规定。高强螺栓必须经试验确定扭矩系数或复验螺栓预拉力。当结果符合钢结构用高强螺栓的专门规定时，方准使用（2）构件的高强螺栓连接面的摩擦系数必须符合设计要求。表面严禁有氧化铁皮、毛刺、焊疤和油污。（3）高强螺栓必须分两次拧紧、初拧、终拧质量必须符合施工规范和钢结构用高强螺栓的专门规定。（4）高强螺栓接头外观要求：正面螺栓穿入方向一致，外露长度不少于2扣。,钢结构高强螺栓连接时质量控制,.,（1）构件必须符合设计要求和施工规范规定，由于运输、堆放和吊装造成的构件变形必须矫正。（2）垫铁规格、位量更正确，与柱底面和基础接触紧贴平稳，点焊牢固。座浆垫铁的砂浆强度必须符合规定。（3）构件中心，标高基准点等必须符合规定。（4）结构外观表面干净，结构大面无焊疤、油污和泥（5）磨光顶紧的构件安装面要求顶紧紧贴不少于70%，边缘最大间隙不超过0.8mm。（6）安装的允许偏差和检验方法均应按国家的有关规范执行。,钢结构安装时质量控制,.,（1）油漆、稀释和固化剂种类和质量必须符合设计要求（2）涂漆基层钢材表面严禁有锈皮、并无焊渣、焊疤、灰尘、油污和水等杂质。用铲刀检查经酸洗和喷丸（砂）工艺处理的钢材表面必须露出金属色泽。（3）观察检查有无误涂、漏涂、脱皮和反锈。（4）涂刷均匀，色泽一致，无皱皮和流坠，分色线清楚整齐。（5）干漆膜厚度要求125m（室内钢结构）或150m（室外钢结构）,钢结构防腐处理质量控制,.,3.3钢结构事故的实例分析(AnalysisofSteelStructureAccidents),一、钢屋架事故,(1)钢屋架承重构件由壁薄、细长杆件组成，截面形状多样，连接节点构造复杂，节点应力集中又有偏心。(2)钢屋架结构的计算荷载和计算简图与实际值较接近，屋盖系统承载能力安全储备最小，所以屋盖承重构件对超载、温度和腐蚀作用十分敏感，容易因偶然因素而失稳或破坏。(3)制造、安装和使用中出现各种缺陷，使钢屋架结构成为钢结构中破坏最严重的构件之一，损坏事故较多。(4)设计中多采用标准图集，选用不相符。,钢屋架设计特点,.,钢屋架事故类型,(1)屋架倒塌。(2)桁架杆件断裂(包括与节点板连接断开)(3)屋架挠曲超标准。(4)杆件弯曲(上弦出现较少，因其断面较大且有屋而板、支撑连接)。(5)桥梁节点板弯曲或开裂。(6)屋架支撑屈曲。,.,钢屋架事故原因,1、设计原因,1)结构设计方案不合理或计算简图不符合实际；2)结构构件和连接计算错误；3)对结构荷载和受力情况估计不足；4)材料选择不当或材料性能不满足实际使用要求5)结构节点构造不合理；6)防腐蚀、高温和冷脆措施不足；7)设计图纸出错等。,.,1）构件几何尺寸超过允许偏差，由于矫正不够、焊接变形、运输安装中受使杆件有初弯曲，引起杆件内力变化。2）节点构造处理不当，形成应力集中，与计算简图不符；檩条错位或节点偏心。3）腹杆端部与弦杆距离不合要求，使节点板工作恶化出现裂缝。4）桁架杆件漏放连接垫板，造成杆件过早丧失稳定。5）桁架拼接节点质量低劣、焊缝不足，安装焊接不符合要求。6）施工违反设计要求。7）违反屋面板安装顺序；屋面板搁置面积不够、漏焊。9）忽视屋盖支撑系统作用，支撑薄弱，有的支撑弯曲。,2、制作安装原因,.,3、使用原因,(1)屋面超载，尤其是某些工厂不定期清扫屋面积灰，使屋面超载，发生事故；(2)改变结构的使用功能，而没有对结构进行鉴定复核，造成荷载明显增加；(3)未经预先设计而悬挂管道、提升重物等，固定在非节点处，引起杆力变化；(4)使用过程中高温、低温和腐蚀作用影响屋架承载能力；(5)重级工作制吊车运行频繁，对屋架的周期性作用造成屋架损伤破坏(6)使用中切割或去掉屋架中杆件，使局部杆件应力急剧变化；(7)结构出现损伤和破坏而没有进行加固和修复等。,.,某礼堂钢屋盖失稳倒塌,全部倒塌,屋架为三铰拱式轻钢屋架，跨度18m，开间3M，共9棍，屋架两端的山墙总长30M。屋面用木檩条，铺草泥上挂瓦。该工程于1973年8月28日竣工，当工人在屋顶返工和施工室内地坪时突然发生倒塌，造成砸死3人、重伤1人、轻伤3人的重大事故。,.,事故原因：,1)任意去掉12对腹杆,2)屋面草泥有原设计的2030mm增厚到90mm,上弦变为压弯杆件,.,某工程接层钢屋架倒塌,1990年2月16日下午4时20分许，D市某厂四楼接层会议室屋顶棚五棍梭形轻型屋架连同屋面突然倒塌。当时305人正在室内开会，造成42人死亡，179人受伤的特大事故。经济损失430多万，其中直接经济损失230多万。,.,事故原因：,1）设计有问题，但不是引起事故的原因。,2）施工未按设计，严重超载。,3）焊接质量低劣,.,（1）事故概况河北省某厂铸造车间，总长83m，分三期建成。第一期工程于1983年10月完工，共15间，开间3.3m。为钢筋混凝土吊车梁，三铰拱式轻钢屋架。屋面为轻钢檩条，上铺木望板，挂水泥瓦。屋架下弦标高10.5m，砖墙承重。第二期工程为由原车间向东接建8个开间，开间尺寸4m，屋架下弦标高8.25m。其余同第一期工程。第三期工程于84年7月开始在室内增建两排钢筋混凝土柱，横向柱距16.5m，纵向柱距与厂房开间相同。南排柱紧靠厂房南墙，柱顶为现浇钢筋混凝土吊车梁，设3t和5t吊车各一台。86年1月投入使用。,23榀大跨度轻钢屋架塌落事故,.,平面图,剖面图,.,（2）事故原因1）屋架选型不当。该厂房为热加工车间，20m跨。内设吊车2台，处于7度地震区。厂房跨度大，有振动荷载，并且处于高