钢结构事故.ppt

　　作为一种新型的结构体系，钢结构以其强度高、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，在高层、大跨建筑领域显示出其无与伦比的优势。我国国内建筑领域的钢结构也同其它发达国家一样，呈现出蓬勃发展的势头，取得了很大成就。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: 　 （一）稳定性差：由于钢材强度高、杆件较为柔细，故而在设计和施工中稳定性差的问题较为突出； （二）脆性断裂：在常温下，钢材是塑性和韧性均较好的金属，但随着温度的降低，其塑性和韧性会逐渐降低，再加之其材质缺陷和焊接缺陷等，使得钢结构的脆性断裂现象极易发生； （三）耐火性能不理想：普通的结构钢当其承受热量达400℃时，材质的强度和弹性模量将急剧下降；当温度达到650℃时，钢材已基本上丧失了承载能力； （四）不具耐锈蚀性：常见的钢材抗大气腐蚀、介质腐蚀和应力腐蚀的能力较差。据国外大量的试验结果证实：不涂刷保护层的两面外露钢材，其在大气中的腐蚀速度约为1mm/8～17年。 钢结构自使用至今，国内外已发生过多起事故，造成了巨大的经济损失和人员伤亡，其中较为著名的有：1907年，加拿大魁北克桥(Quebec)在架设过程中由于悬臂端的杆件失稳，导致桥上75人遇难；1960年，罗马尼亚布加勒斯特的一座直径为90m的圆球面单层网壳因失稳发生倒塌事故；1978年，美国哈特福特城的体育场网架因为压杆弯曲而坠落到地面；2007年，上海环球金融中心在施工中发生火灾事故，使整个钢结构性能被破坏。而2003年，美国纽约世贸中心大楼在9.11事件中的轰然倒塌，这场恶梦更使工程界人士认识到开展钢结构工程事故分析的重要性。 2007 年8 月15日拍摄的火灾时被损坏的上海环球金融中心玻璃幕墙 1、钢结构的脆性断裂 钢结构脆性断裂是其极限状态中最危险的破坏形式之一。它发生往往很突然，没有明显的塑性变形，而破坏时构件的名义应力很低，有时只有其屈服强度的0.2倍。影响钢结构脆性断裂的原因主要有：（1）构件制作加工缺陷? ? 构件的高应力集中会使构件在局部产生复杂的应力状态，它们也将影响构件局部的塑性和韧性，限制其塑性变形，从而提高构件脆性断裂的可能。 （2）钢材抗脆性断裂性能差? ? 钢材的塑性、韧性和对裂纹的敏感性都影响其抗脆性断裂性能，其中冲击韧性起决定作用。低合金钢材的抗脆性断裂性能比普通碳素钢和沸腾钢的抗脆性断裂性能依次低。（3）低温和动载? ? 随着温度降低，钢材的屈服强度fy和抗拉强度fu会有所升高，而钢材的塑性指标截面收缩率ψ却有所降低，即钢材会变脆。动载对钢结构的破坏，往往是很突然的，无明显塑性变形，呈现脆性破坏特征。 2、钢结构和刚度承载力失效（1）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和抗地震作用、抗振动有利，而且直接影响结构正常使用。②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）钢结构承载力失效指正常使用状态下结构构件或连接因材料强度被超越而导致破坏。 其主要原因为：①连接件强度不满足要求? ? 焊接连接件的强度取决于焊接材料强度及其与母材的匹配、焊接工艺、焊缝质量和缺陷及其检查和控制、焊接对母材热影响区强度的影响等；焊栓连接强度的影响原因为：螺栓及其附件材料的质量以及热得原理效果、螺栓连接的施工技术工艺的控制，特别是高强螺栓 预应力和摩擦面的处理、螺栓孔引起被连接构件截面的削弱和应力集中等。 ②使用荷载和条件的改变? ? 包括计算荷载的超越、部分构件退出工作引起其它构件增载、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。③钢材的强度指标不合格? ? 在钢结构设计中有两个强度指标：屈服强度fy和抗拉强度fu；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。 3、钢结构疲劳破坏 钢结构疲劳分析时，习惯上当循环次数N＜105时称为你低周疲劳；N＞105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。此外影响钢结构疲劳破坏的原因还有结构构件中有较大应力集中区域；所用钢材的抗疲劳性能差；钢结构构件加工制作时有缺陷。其中裂纹缺陷对钢材疲劳强度的影响比较大；钢材应力和残余变形对钢材疲劳强度也会产生较大影响。 4、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。它可分为两类：丧失局部稳定和丧失整体稳定性。（1）响结构构件局部稳定性的主要原因有：①