钢结构的脆性断裂事故.ppt

例5福莱大油柜试水时脆性断裂英国福莱市有一个全焊接大油柜，直径42.5m，高16.4m，侧壁内侧平齐。1952年试水时完全破裂。事故经过如下：建成后在其底部第一、二两圈对接焊缝上取样检验试验合格，然后将此缺口妥善焊补。当柜内加满水时，该缺口补焊处出现垂直裂缝，向上延伸380mm，向下延伸230mm，于是立刻放水，并在裂缝上下两端处各钻一小孔，24h后，对此裂缝部位全部割除并重新补焊，经12d后再加水试验，当水头开到14.5m时该钢柜即刻爆炸，此时气温4.5℃，裂缝仍在补焊处。最后，该侧壁整个倒下，摊平在地上。第32页,共36页，星期六，2024年，5月例6中国内蒙古废蜜储罐爆裂1989年1月，内蒙古某糖厂竣工后使用不久的废蜜储罐在气温-11.9℃时发生爆裂事故。该罐直径20m，高15.76m，罐身共上下10层，由6～18mm钢板焊成，容量5600t，当时实贮4300t，应力尚低。破坏时整个罐体炸裂为五大部分，其中上部7层和盖帽甩出后将相距25.3m处糖库的西墙及西南角墙(连续约长27m范围)砸倒，废蜜罐冲击力将相距4m处的6.5m×6.5m两层废蜜泵房夷为平地，楼板等被推出原址约21.4m。事后调查该起事故也是由于一些焊缝严重未焊透和质量差引起裂纹扩展，导致突发低温脆断。第33页,共36页，星期六，2024年，5月例7美国一批自由轮脆断沉没40年代初期美国一批焊接船舶发生典型的脆性破坏。1943年1月一艘油轮在船坞突然断成两截，当时气温为-5℃。船上仅有试航的载重，内力约为最大的设计内力的一半。在以后10年中，又有200多艘在第二次世界大战期间建造的焊接船舶破坏。据记载，在此期间美国建造了约2500艘自由轮、400艘胜利轮以及约500艘T-2油船，它们均为全焊接船。战争期间由于焊工缺乏造成焊接质量低劣，再加上船壳甲板采用方角舱口形成缺口影响，因此在运行过程中遇到-5～+5℃时不少船只都一裂为二，沉人海底。自从9艘T-2和7艘自由轮相继一裂为二沉人海底，引起了全世界的震动和关注；其大多是在服役的第一年中发生，并且在远洋和寒冷气温中航行的船只的损失数约高出5倍。因此，冲击应力和低温气候也是促使焊接船只断裂的主要因素。第34页,共36页，星期六，2024年，5月例8中国吉林液化气球罐爆裂1979年12月，我国吉林发生5个直径9m，钢板厚15mm，于1977年制造并使用的大气压液化气球罐爆炸事故。由于对接焊缝局部未焊透，使用近3年后裂纹逐渐扩展，在-20℃时发生低温脆断。事后检验，钢材含碳量为0.23％～0.4％，含硫量为0.04％～0.116％，屈服强度为191.3MPa。极限强度为402.2MPa，尤其是冲击韧性很低，夹杂物很多。第35页,共36页，星期六，2024年，5月*感谢大家观看第36页,共36页，星期六，2024年，5月关于钢结构的脆性断裂事故5.1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，无事故先兆；断口平齐光亮。第2页,共36页，星期六，2024年，5月5.2脆性断裂的原因分析材质缺陷有害元素:碳,硫,磷,氧,氮,氢等有害元素;应力集中局部高峰应力与平均应力之比称为应力集中系数，反映应力集中程度；使用环境当温度较低,或在250℃左右时,易发生脆断;钢板厚度钢板越厚,脆性破坏倾向越大。第3页,共36页，星期六，2024年，5月1.材质缺陷当钢材中碳、硫、磷、氧、氮、氢等元素的含量过高时，将会严重降低其塑性和韧性，脆性则相应增大。通常，碳导致可焊性差；硫、氧导致“热脆”；磷、氮导致“冷脆”；氢导致“氢脆”。另外，钢材的冶金缺陷，如偏析、非金属夹杂、裂纹以及分层等也将大大降低钢材抗脆性断裂的能力。第4页,共36页，星期六，2024年，5月2．应力集中钢结构由于孔洞、缺口、截面突变等缺陷不可避免，在荷载作用下，这些部位将产生局部高峰应力．而其余部位应力较低且分布不均匀的现象称为应力集中。我们通常把截面高峰应力与平均应力之比称为应力集中系数，以表明应力集中的严重程度。当钢材在某一局部出现应力集中，则出现了同号的二维或三维应力场，使材料不易进入塑性状态，从而导致脆性破坏。应力集中越严重，钢材的塑性降低愈多，同时脆性断裂的危险性也愈大。第5页,共36页，星期六，2024年，5月钢结构或构件的应力集中主要与其构造细节有关：(1)在钢构件的设计和制作中，孔洞