文档介绍：关于钢结构的脆性断裂事故 (2)
第一页，共36页幻灯片
脆性断裂概念
钢材是一种弹塑性材料，在一定条件下会发生脆性断裂，特征如下：
破坏时的应力常小于钢材的屈服强度；
破坏之前没有显著变形，吸收能量很小，破坏突然发生止其脆性断裂已显得十分重要。主要从以下几方面入手：
合理选择钢材
合理设计
合理制作和安装
合理使用及维修措施
第十一页，共36页幻灯片
合理选择钢材
钢材的选用原则是既保证结构安全可靠，同时又要经济合理。应考虑到结构的重要性、荷载特征、连接方法以及工作环境，尤其在低温下承受动载的重要的焊接结构，应选择韧性高的材料和焊条。另外，改进冶炼方法，提高钢材断裂韧性，也是减少脆断的有效途径。
我国《碳素结构钢》已参照国际标准将Q235钢分为A、B、C、D四级，其中，A级：不要求冲击试验；B级：要求+20℃冲击试验；C级：要求0℃冲击试验；D级：要求-20℃冲击试验。对于焊接结构至少应选用Q235B。
第十二页，共36页幻灯片
2. 合理设计
合理的设计应该在考虑材料的断裂韧性水平、最低工作温度、荷载特征、应力集中等因素后，再选择合理的结构型式，尤其是合理的构造细节十分重要。设计时应力求使缺陷引起的应力集中减少到最低限度，尽量保证结构的几何连续性和刚度的连贯性。比如，把结构设计为超静定结构并采用多路径传力可减少脆性断裂的危险；接头或节点的承载力设计应比其相连的杆件强20％～50％；构件断面在满足强度和稳定的前提下应尽量宽而薄。切记：增加构件厚度将增加脆断的危机，尤其是设计焊接结构应避免重叠交叉和焊缝集中。
第十三页，共36页幻灯片
3. 合理制作和安装
就钢结构制作而言，冷热加工易使钢材硬化变脆，焊接尤其易产生裂纹、类裂纹缺陷以及焊接残余应力。就安装而言，不合理的工艺容易造成装配残余应力及其他缺陷。因此制定合理的制作安装工艺并以减少缺陷及残余应力为目标是十分重要的。
第十四页，共36页幻灯片
4. 合理使用及维修措施
钢结构在使用时应力求满足设计规定的用途、荷载及环境，不得随意变更。此外，还应建立必要的维修措施，监视缺陷或损坏情况，以防患于未然。
第十五页，共36页幻灯片
典型事故实例分析
钢结构脆性断裂事故在铆接时期已有所发生，直到焊接时期事故大大增加。其事故发生已遍及桥梁、船舶、油罐、液罐、压力容器、钻井平台以及工业厂房等领域，下面列举了几个典型事例。
第十六页，共36页幻灯片
例1 美国纽约铆接钢水塔脆性断裂
1886年10月，美国纽约州长岛的格拉凡森一个大的铆接立柱式钢水塔，在一次静承压力验收实验中，，裂开部位钢板脆性很大。这是世界上第一次有记录的钢结构脆性断裂破坏事故。
第十七页，共36页幻灯片
例2 屋盖因低温冷脆而倒塌
1. 工程及事故概况
前苏联某有色金属厂平炉车间的钢结构除吊车梁为铆接外，均为焊接结构。该车间浇筑跨22m，，配料跨18m。
第十八页，共36页幻灯片
事故发生时首先塌落的是B列第86～90行之间的24m托架，该托架在90行柱子的一端坠落在工作平台上，在第86行柱的另一端仍然是在柱子的支托架上。由于B列托架既支撑炉子跨和原料跨上的屋盖结构，又支撑B列上部的墙体，随着托架的破坏，浇注跨、炉子跨、配料跨在第86—90行的屋架、钢筋混凝土屋面板以及墙板全部倒塌。
第十九页，共36页幻灯片
平炉车间结构倒塌时，室外气温为-26℃，风速为7m/s，倒塌地点屋面积雪厚度0～8cm，原料跨屋面积雪层厚度在35cm以内，平炉厂房屋面实际上没有积灰(出事前数天已清扫了屋面积灰)。8号平炉区的桥式吊车在出事时位于炉子跨，在浇注吊车上吊着空罐。
第二十页，共36页幻灯片
2. 事故原因分析
事故原因调查最初的结论是：由于实际施工中，90行柱没有放置技术设计图中规定的支托板，导致平炉车间主厂房B列第84～90行托架下弦支座节点螺栓剪切破坏，造成屋盖结构部分倒塌。
经过进一步调查分析，发现许多足以证明屋盖倒塌是由于金属冷脆破坏引起的证据，主要有以下几点：
第二十一页，共36页幻灯片
(1)托架的螺栓已锚固很长时间(超过5年)，在此期间，托架上的荷载显然可能有多次超过事发时的荷载。正如前所述，在出事前数日刚清扫完车间屋面的灰尘，发生事故时车间屋面的雪荷载相当小，且小于设计荷载。
第二十二页，共36页幻灯片
(2)进行了检验模拟屋架锚固连接的承载能力试验，采用6个直径为20mm的螺帷．螺栓连接在53tf时破坏，相当于10个螺栓的破坏荷载为88tf左右，超过出事时实际菏载的