钢结构的脆性断裂和疲劳

钢结构的优缺点:优点：强度高，质量轻；材性好，可靠性高；工业化程度高，工期短；密封性好；抗震性能好；耐热性好；缺点:价格贵，耐腐蚀性差，耐火性差钢结构破坏形式:对材料抗力而言:塑性破坏，脆性断裂破坏，疲劳破坏，损伤累计破坏。

结构性能而言:结构或构件整体失稳/局部失稳，塑性过度发展，结构变成机构钢结构对钢材的要求:有较高的强度，塑性好，冲击韧性好，冷加工性能好，可焊性好，耐久性好，钢度好抗震强。

伸长率δ:是应力应变曲线中的最大应变值等于试件拉断后的原标距间长度的伸长值和原标距比值的百分率。

断面收缩率:ψ是指试件拉断后,颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率时效现象:屈服点提高,韧性降低,并且极限强度也稍有提高。

冷拉目的:提高强度冷弯目的:抵抗断裂的能力冷弯性能:指钢材在冷加工(即在常温下加工)产生塑性变形时,对发生裂缝的抵抗力。

冷弯性能用冷弯试验来检验。

冷作硬化：在冷（常温）加工过程中引起的钢材硬化的现象。

C对弹塑性和强度的影响：屈服点和抗拉强度提高，但塑性和韧性，特别是低温冲击韧性下降，可焊性，耐腐蚀性能，疲劳强度和冷弯性能明显下降。

有害元素有：硫，大大降低塑性，冲击韧性，疲劳强度和抗锈性，热脆。

磷提高强度和抗锈性，但严重降低塑性，冲击韧性、冷弯性能，冷脆。

氧热脆，氮冷脆。

可焊性好:是指焊接安全、可靠、不发生焊接裂逢,焊接接头和焊缝的冲击韧性以及热影响区的延伸性(塑性)等力学性能都不低于母材钢材的脆性断裂是钢结构在静力或加载次数不多的动荷载作用下发生的脆性破坏。

防止刚材脆性断裂的措施：1、加强施焊工艺管理，避免施焊过程中产生裂纹、夹渣和气泡等焊接缺陷2、焊接不宜过分集中，施焊时不宜过强约束，避免产生过大残余应力。

3、进行合理细部构造设计，避免产生应力集中4、选择合理的钢材应力集中:是指结构或构件的局部区域的最大应力值比平均应力值高的现象。

应力集中的特点:能使物体产生疲劳裂纹，也能使脆性材料制成的零件发生静载断裂。

钢结构易发生的工程事故有哪些一、钢结构承载力和刚度失效。

二、钢结构失稳。

钢结构的失稳主要发生在轴压、压弯和受弯构件。

三、钢结构疲劳破坏。

热门城市：中山律师宁德律师商丘律师固原律师乐山律师钦州律师荆门律师常州律师海东律师鞍山律师钢结构是一种新型的结构体系，有着各种各样的优点，随着钢结构的不断发展，许多其他的结构体系都在被取代，我国的钢结构也在蓬勃发展。

但是钢结构也有其不足的地方，他的一些缺陷可能造成事故。

下面小编就为您介绍钢结构易发生的工程事故有哪些。

钢结构的事故按破坏形式大致可分为：钢结构承载力和刚度失效;钢结构失稳;钢结构疲劳;钢结构脆性断裂和钢结构的腐蚀等几种。

一、钢结构承载力和刚度失效1、钢结构承载力失效指正常使用状态下结构构件或连接材料强度被超越而导致破坏。

其主要原因为：①钢材的强度指标不合格。

合格钢结构设计中有两个重要强度指标：屈服强度fy;另外，当结构构件承受较大剪力或扭矩时，钢材抗剪强度fv也是重要指标。

②连接强度不满足要求。

焊接连接的强度取决于是否与母材匹配的焊接材料强度、焊接工艺、焊缝质量和缺陷及其检查控制、焊接对母材热影响区强度的影响等;螺栓连接强度的影响因素为：螺栓及其附件材料的质量以及热处理效果(高强螺栓)、螺栓连接的施工技术工艺的控制，特别是高强螺栓预应力控制和摩擦面的处理、螺栓孔引起被连接构件截面的削弱和应力集中等。

③使用荷载和条件的变化。

包括计算荷载的超载、部分构件退出工作引起其他构件增载、意外冲击荷载、温度变化引起的附加应力、基础不均匀沉降引起的附加应力等。

2、钢结构刚度失效指产生影响其继续承载或正常使用的塑性变形或振动。

其主要原因为：①结构或构件的刚度不满足设计要求如轴压构件不满足长细比要求;受弯构件不满足允许挠度要求;压弯构件不满足上述两方面要求等。

②结构支撑体系不够。

支撑体系是保证结构整体和局部刚度的重要组成部分，它不仅对抵制水平荷载、抗振动有利，而且直接影响结构正常使用(如工业厂房当整体刚度不足时，在吊车运行过程中会产生振动和摇晃)。

钢结构简答题钢结构思考题及解答1.3 钢结构主要有哪些结构形式？钢结构的基本构件有哪⼏种类型？答：⑴钢结构的主要形式有钢框架结构、钢桁架及钢⽹架结构、悬索结构、预应⼒钢结构。

⑵根据受⼒特点构件可分为轴⼼受⼒构件、受弯构件、拉弯及压弯构件三⼤类。

钢结构还可与混凝⼟组合在⼀起形成组合构件，如钢-混凝⼟组合梁、钢管混凝⼟、型钢混凝⼟构件等。

1.4 钢结构主要破坏形式有哪些？有何特征？答：⑴钢结构破坏的主要形式包括强度破坏、失稳破坏、脆性断裂破坏。

⑵强度破坏特征：内⼒达到极限承载⼒，有明显的变形；失稳破坏特征：具有突然性，可分为整体失稳破坏与局部失稳破坏；脆性断裂破坏特征：在低于强度极限的荷载作⽤下突然断裂破坏，⽆明显征兆。

1.6 钢结构设计的基本⽅法是什么？答：基本⽅法：概率极限状态设计法、允许应⼒法。

2.1 钢材有哪两种主要破坏形式？各有何特征？答：⑴塑性破坏与脆性破坏。

⑵特征：塑性破坏断⼝呈纤维状，⾊泽发暗，有较⼤的塑性变形和颈缩现象，破坏前有明显预兆，且变形持续时间长；脆性破坏塑性变形很⼩甚⾄没有，没有明显预兆，破坏从应⼒集中处开始，断⼝平齐并呈有光泽的晶粒状。

2.2 钢材主要⼒学性能指标有哪些？怎样得到？答：①⽐例极限f：对应应变约为0.1%的应⼒；p②屈服点（屈服强度）f：对应应变约为0.15%的应⼒，即下屈服极限；yf：应⼒最⼤值；③抗拉强度uf：⾼强度钢材没有明显的屈服点和④条件屈服点（名义屈服强度）0.2屈服强度，定义为试件卸载后残余应变为0.2%对应的应⼒。

2.3 影响钢材性能的主要化学成分有哪些？碳、硫、磷对钢材性能有何影响？答：⑴铁、碳、锰、硅、钒、铌、钛、铝、铬、镍、硫、磷、氧、氮。

⑵碳的含量提⾼，钢材强度提⾼，但同时钢材的塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀能⼒下降；硫使钢材热脆，降低钢材冲击韧性，影响疲劳性能与抗锈蚀性能；磷在低温下时钢变脆，在⾼温时使钢塑性降低，但能提⾼钢的强度和抗锈蚀能⼒。

摘要随着国民经济和科学技术的发展，钢结构的应用范围日趋广泛，由于其应用及结构形式发展较快，也带来一些新问题。

本文首先论述了钢结构的优点和应用前景，并从钢结构工程的深化设计、加工制作安装施工、使用过程的三个阶段出现的问题并导致结构的损伤与破坏的事故，结合生产生活中的实际案例对事故的类型、原因进行了解剖分析。

同时针对建筑工程中钢结构事故的破坏形式如：钢结构失稳，钢结构的脆性断裂，钢结构承载力和刚度失效，钢结构疲劳破坏和钢结构的腐蚀破坏等分析了产生事故的原因并提出了预防措施。

探讨了钢结构工程的深化设计开始把关，继而提出了做好钢结构构件加工质量的控制，并以严、准、细的要求控制钢结构施工安装的相应对策，将钢结构事故发生的可能性降到最低。

钢结构事故现象及原因分析一、钢结构的前景钢结构作为一种新型的结构体系，以其强度高、自重轻、塑性和韧性好、抗震性能优越、工厂化生产程度高、装配方便、造型美观、综合经济效益显著等一系列优点，受到国内外建筑师和结构工程师的青睐，近二十多年来，我国钢结构在工程建设中得到了更为广泛的应用，在材料、加工工艺、施工技术、理论分析和设计方法等诸方面都有了飞速发展和进步，应用钢结构已成为当前的一大“热点”，展现了其广阔的、具有强大生命力的前景。

在高层、大跨建筑领域显示出其无与伦比的优势。

钢结构的形式与应用范围是非常广泛的，在形式上有普钢结构、轻钢结构、空间结构、张拉结构等；应用范围，既有民用建筑钢结构、公共建筑钢结构、工业厂房钢结构、桥梁钢结构，又有特种构筑物(塔桅、储藏库、管道支架、栈桥等)钢结构等，既可应用于高度达400多米以上的高层建筑，跨度达200多米的空间结构，又可应用于几米跨度的建筑结构。

但任何事物都有着它的两面性，钢结构也有其自身的缺陷和不足，钢结构在具体应用中，也会存在一些质量问题，会发生一些工程事故，所以应采取一些积极措施加以预防[1]。

二、钢结构事故的原因（一）设计阶段的原因结构设计[2]方案不合理；计算简图不当，结构计算错误；对结构荷载实际受力情况估计不足；材料选择不宜(如强度、韧性、疲劳、焊条、焊丝、焊接方法、焊接性能等)；结构节点不合理或不完善；未充分考虑加工制作与安装施工和使用阶段工艺特点、防腐、防高温、防冷脆措施不足；没有按设计规范或没有相应的规范、规程规定。

钢结构脆性断裂与疲劳破坏浅析一、脆性断裂钢材或钢结构的脆性断裂是指应力低于钢材抗拉强度或屈服强度情况下发生突然断裂的破坏。

钢结构尤其是焊接结构，由于钢材、加工制造、焊接等质量和构造上的原因，往往存在类似于裂纹性的缺陷。

脆性断裂大多是因这些缺陷发展以致裂纹失稳扩展而发生的，当裂纹缓慢扩展到一定程度后，断裂即以极高速度扩展,脆断前无任何预兆而突然发生破坏。

钢结构脆性断裂破坏事故往往是多种不利因素综合影响的结果，主要是以下几方面：(1)钢材质量差、厚度大：钢材的碳、硫、磷、氧、氮等元素含量过高，晶粒较粗，夹杂物等冶金缺陷严重，韧性差等；较厚的钢材辊轧次数较少，材质差、韧性低，可能存在较多的冶金缺陷。

(2)结构或构件构造不合理：孔洞、缺口或截面改变急剧或布置不当等使应力集中严重。

(3)制造安装质量差：焊接、安装工艺不合理,焊缝交错，焊接缺陷大，残余应力严重；冷加工引起的应变硬化和随后出现的应变时效使钢材变脆。

(4)结构受有较大动力荷载或反复荷载作用：但荷载在结构上作用速度很快时（如吊车行进时由于轨缝处高差而造成对吊车梁的冲击作用和地震作用等），材料的应力-应变特性就要发生很大的改变。

随着加荷速度增大，屈服点将提高而韧性降低。

特别是和缺陷、应力集中、低温等因素同时作用时，材料的脆性将显著增加。

(5)在较低环境温度下工作：当温度从常温开始下降肘,材料的缺口韧性将随之降低,材料逐渐变脆。

这种性质称为低温冷脆。

不同的钢种，向脆性转化的温度并不相同。

同一种材料,也会由于缺口形状的尖锐程度不同，而在不同温度下发生脆性断裂。

所以，这里所说的"低温"并没有困定的界限。

为了确定缺口韧性随温度变化的关系，目前都采用冲击韧性试验。

显而易见,随着温度的降低，Cv能量值迅下降，材料将由塑性破坏转变为脆性破坏。

同时可见，钢材由塑性破坏到脆性破坏的转变是在一个温度区间内完成的，此温度区T1－T2称为转变温度区。

在转变温度区内，曲线的转折点〈最陡点〉所对应的温度T0称为转变温度。

1.钢结构特点：1）建筑钢材强度高，塑性和韧性好2）钢结构的重量轻3）材质均匀，和力学计算的假定比较符合4）钢结构制作简便，施工工期短5）钢结构密闭性好6）钢结构耐腐蚀性差7）钢结构耐热不耐火8）钢结构可能发生脆性断裂。

2.塑性：承受静力荷载时，材料吸收变形的能力；韧性：承受动力荷载时，材料吸收能量的能力；塑性好指结构在一般条件下不会因超载而突然破坏，只是变形增大，应力重分配，应力变化趋于平稳；韧性好指结构适宜在动力荷载下工作，其良好的耗能能力和延性使钢结构具有优越的抗震能力。

3.钢结构极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。

承载能力极限状态包括构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载，结构和构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆。

正常使用极限状态包括影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用和耐久性能的局部损坏（包括混凝土裂缝）。

4.钢结构必须满足的功能包括：1）结构应能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种情况，包括荷载和温度变化、基础不均匀沉降以及地震作用等2）在正常使用情况下结构具有良好的工作性能3）在正常维护下结构具有足够的耐久性4）在偶然事件发生时及发生后仍能保持必需的整体稳定性。

5.钢结构的适用范围：工业厂房、大跨结构、高耸结构、多层或高层建筑、承受振动荷载影响及地震作用的结构、板壳结构、可拆卸或移动的结构、轻型钢结构、钢-混凝土组合结构、其他结构。

6.塑性与脆性破坏的区别：塑性破坏是由于变形过大，超过了材料或构建可能的应变能力而产生的，而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉强度f后才发生。

u7.脆性破坏前塑性破坏很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢材的屈服，断裂从应力集中处开始。

点fy8.用作钢结构的钢材应满足1）较高的强度2）足够的变形能力3）良好的工艺性能4）对环境有良好的适应性。

9.伸长率：试件被拉断的绝对变形值与试件原标距之比的百分数，其代表材料在单向拉伸时的塑性应变的能力。