第五章钢结构工程事故分析与处理

第五章钢结构工程事故分析与处理第一节钢结构工程质量事故分析与处理第二节钢结构材料事故原因分析与处理第三节钢结构变形事故原因分析与处理第四节铆钉、螺栓连接缺陷事故分析与处理第五节钢结构诱蚀事故分析及处理第六节钢结构构件裂缝事故分析与处理下一页第五章钢结构工程事故分析与处理第七节钢结构脆性断裂事故分析与预防第八节钢结构倒塌事故实例分析与处理第九节钢结构火灾事故预防与分析第十节钢结构的加固本章小结上一页第一节钢结构工程质量事故分析与处理一、钢结构工程事故的类型钢结构工程质量事故可分为两大类：整体事故一包括结构整体倒塌、错位、变形等；局部事故一包括构件失稳、连接失效、构件错位、变形以及局部倒塌事故等常见的钢结构工程质量事故有以下五类：（1）钢结构连接损伤事故；（2）钢柱损坏及地脚螺栓事故；（3）起重机梁工程事故；（4）钢屋盖工程事故；（5）空间钢网架工程事故。下一页返回第一节钢结构工程质量事故分析与处理二、钢结构工程质量事故的原因（一）钢结构工程事故常见原因钢结构工程质量事故的常见原因如图5-1所示。（二）钢网架事故的主要原因钢网架事故的主要原因见表5-1三、钢结构事故的统计分析钢结构事故是由于其本身存在着缺陷并在其他因素作用下发展而形成的。从这种意义上说，钢结构产生缺陷和出现事故的原因大体是相同的，缺陷往往是事故的前兆。下一页上一页返回第一节钢结构工程质量事故分析与处理四、钢结构质量事故处理应注意的事项及方法（一）事故处理注意事项（1）注意环境温度的影响。加固焊接应在0°C以上环境进行。（2）注意高温对结构安全的影响。负荷条件下，做电焊加固或加热校正变形，应注意被处理构件过热而承载能力降低的情况。（3）正确选择焊接工艺。力求减少焊接变形、降低焊接应力。（4）选择合理的连接方式。钢结构加固补强优先采用电焊连接，在焊接确有困难时，可用高强螺栓或铆钉，不得已的情况下可用精制螺栓，不准使用粗制螺栓作加固连接件。轻下一页上一页返回第一节钢结构工程质量事故分析与处理钢结构在负荷条件下，不准采用电焊加固。（二）常用事故处理方法（1）结构补强。当结构或构件的承载力或刚度等达不到规定要求时，常采用结构补强处理。钢结构补强的方法很多，施工也较简单，如加焊钢板或型钢就可补强结构或构件。（2）局部割除更换。钢结构局部损坏或有严重质量缺陷又无法修复时，可采用此法，更换部分常用焊接方法与原有部分连接。（3）增设支撑。例如屋盖中钢屋架变形过大或屋架内压杆计算长度过大等均可采用此法处理。下一页上一页返回第一节钢结构工程质量事故分析与处理（4）纠偏复位。钢结构或构件的变形或错位过大时常用此法处理。（5）钢结构或构件连接修复、加固。包括焊接、铆接、螺栓连接等质量缺陷或损伤的修复、加固。（6）减小内力。当钢结构或钢构件承载力不足时，可用减小内力的方法处理。具体的措施有结构卸荷、改变计算图形等。（7）其他方法。如更换不合格材料或构件，修改设计等。上一页返回第二节钢结构材料事故原因分析与处理一、钢结构材料事故产生的原因钢结构材料事故是指由于材料本身的原因引发的事故。材料事故可概括为两大类：裂缝事故和倒塌事故。裂缝事故主要出现在钢结构基本构件中，倒塌事故则指因材质原因引起的结构局部倒塌和整体倒塌。钢结构材料事故产生的原因如下：（1）设计时选材不合理。（2）钢材质量不合格。（3）制作时工艺参数不合理，钢材与焊接材料不匹配。（4）螺栓质量不合格。（5）铆钉质量不合格。下一页返回第二节钢结构材料事故原因分析与处理（6）焊接材料质量不合格。（7）安装时管理混乱，导致材料混用或随意替代。二、钢结构材料事故的处理措施钢结构材料事故的处理措施如图5-2所示。三、钢结构材料事故实例[例5-1]某车间单层厂房架下弦角钢裂缝。[例5-2]哈尔滨市某钢桥因材质问题开裂。上一页返回第三节钢结构变形事故原因分析与处理一、钢结构变形事故的类型钢结构的变形可分为总体变形和局部变形两类。总体变形是指整个结构的外形和尺寸发生变化，出现弯曲、畸变和扭曲等。局部变形是指结构构件在局部区域内出现变形，例如构件凹凸变形、板边折皱波浪变形、端面的角变位等。总体变形与局部变形在实际的工程结构中有可能单独出现，但更多的是组合出现。无论何种变形都会影响到结构的美观，降低构件的刚度和稳定性，给连接和组装带来困难，尤其是附加应力的产生，将严重降低构件的承载力，影响到整体结构的安全。下一页返回第三节钢结构变形事故原因分析与处理二、钢结构变形事故的原因钢结构变形事故的原因如图5-6所示。三、钢结构变形事故的处理钢结构的变形处理，应根据变形的大小采取不同的处理方法。如果变形大小未超过容许破坏程度，可不作处理。钢结构构件的容许破坏程度，应针对不同材质通过使用情况的大量调查研究，积累资料，并按实际破坏情况进行必要的验算和试验工作后，综合分析拟定；当构件的变形不大时，可采用冷加工和热加工矫正；当变形较大，而又很难校正时，应采用加固或调换新件进行修复。对变形构件应按构件的实际变形情况进行强度验算，截面上局部变形可按扣除变形部分的下一页上一页返回第三节钢结构变形事故原因分析与处理截面进行强度验算，强度不足时，也应采取加固措施。（一）热加工法矫正变形（二）冷加工法矫正变形四、钢结构变形事故实例[例5-3]某焊接主梁腹板局部变形。[例5-4]某组合梁产生翘形。上一页返回第四节铆钉、螺栓连接缺陷事故分析与处理一、铆钉、螺栓连接常见缺陷与检查方法（一）常见缺陷铆钉连接常见的缺陷有：铆钉松动、钉头开裂、铆钉被剪断、漏铆以及个别铆钉连接处贴合不紧密。高强螺栓连接常见的缺陷有：螺栓断裂、摩擦型螺栓连接滑移、连接盖板断裂、构件母材断裂。（二）检查方法铆钉与螺栓连接检查，着重于铆钉和螺栓是否在使用阶段切断、松动和掉头，同时也要检查建造时留下的缺陷。（1）铆钉检查采用目测或敲击，常用方法是两者相结合，所用工具有手锤、塞尺、弦线和10倍以上的放大镜。下一页返回第四节铆钉、螺栓连接缺陷事故分析与处理（2）螺栓质量缺陷检查除了目测和敲击外，尚需用扳手测试，对于高强螺栓要用测力扳手等工具测试。（3）要正确判断铆钉和螺栓是否松动或断裂，需要有一定的实践经验，故对重要的结构检查，至少换人重复检查1～2次，并做好记录。下一页上一页返回第四节铆钉、螺栓连接缺陷事故分析与处理二、铆钉、螺栓连接缺陷处理（一）铆打连接缺陷处理措施铆钉连接缺陷处理措施如图5-10所示。（二）螺检连接缺陷处理措施螺栓连接缺陷处理措施如图5-11所示。三、铆钉、螺栓连接缺陷事故实例[例5-5]某工程高强螺栓超拧事故。[例5-6]高强螺栓因疲劳而断裂。上一页返回第五节钢结构诱蚀事故分析及处理一、钢结构锈蚀类型钢材由于和外界介质相互作用而产生的损坏过程称为腐蚀，又叫钢材锈蚀。钢材锈蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。（1）化学腐蚀是大气或工业废气中含的氧气、碳酸气、硫酸气或非电解质液体与钢材表面作用（氧化作用）产生氧化物引起的锈蚀。（2）电化学腐蚀是由于钢材内部有其他金属杂质，具有不同电极电位，在与电解质或水、潮湿气体接触时，产生原电池作用，使钢材腐蚀。绝大多数钢材锈蚀是电化学腐蚀或化学腐蚀与电化学腐蚀同时作用形成的。下一页返回第五节钢结构诱蚀事故分析及处理（3）“铁锈”吸湿性强，吸收大量水分后体积膨胀，形成疏松结构，易被腐蚀性气体和液体渗人，使腐蚀继续扩展到内部。（4）钢材腐蚀速度与环境湿度、温度及有害介质浓度有关，在湿度大、温度高、有害介质浓度高的条件下，钢材腐蚀速度加快。二、钢结构锈蚀处理措施钢结构防腐蚀方法很多，如使用耐蚀钢材、钢材表面氧化处理、表面用金属镀层保护和涂层涂料保护等。对于已有腐蚀的钢结构腐蚀处理，采用涂层防腐蚀是可以实现的；涂层防腐蚀不仅效果好，而且价廉、品种多、适用范围广、施工下一页上一页返回第五节钢结构诱蚀事故分析及处理方便，基本不会增加结构质量，还可以给构件以各种色彩。涂层防腐蚀耐久性虽差一点，但在一定周期内注意维护是可耐久的，所以仍被广泛采用。涂层（俗称“油漆”）能防止钢材腐蚀，是因为涂层有坚实的薄膜，使构件与周围腐蚀介质隔离，涂层有绝缘性能够阻止离子活动。防腐蚀涂层要起作用，必须在涂刷前将钢材表面腐蚀性物质和涂膜破坏因素彻底除掉。原有钢结构的涂层防腐蚀处理较新建钢结构复杂，很难用单一涂层材料和统一处理方法来解决，必须根据实际情况选择涂层材料，决定除锈和涂刷程序；根据锈蚀面积来决定局部维护涂层还是全面维修涂层，一般锈蚀面积超过1/3的要全面下一页上一页返回第五节钢结构诱蚀事故分析及处理重新做涂层；周期性的（一般视情况3～5年）全面涂层维修是十分必要的。钢结构防锈蚀涂层处理包括旧漆膜处理、表面处理、涂层选择。三、钢结构锈蚀事故实例[例5-7]悬索结构屋顶塌落。上一页返回第六节钢结构构件裂缝事故分析与处理一、钢结构构件裂缝形成的原因钢结构构件裂缝在钢结构制作、安装和使用阶段都会出现，大致可归结为下列原因：（1）构件材质差。（2）荷载或安装、温度和不均匀沉降作用，产生的应力超过构件承载能力。（3）金属可焊性差或焊接工艺不妥，在焊接残余应力下开裂。（4）构件在动力荷载和反复荷载作用下疲劳损伤。（5）构件遭受意外冲撞。下一页返回第六节钢结构构件裂缝事故分析与处理二、钢结构构件裂缝处理钢结构构件裂缝处理措施如图5-13所示。三、钢结构构件裂缝事故实例[例5-8]某钢厂均热炉车间有的柱在起重机肢柱头部位出现裂缝。上一页返回第七节钢结构脆性断裂事故分析与预防一、钢结构脆性断裂事故产生的原因钢结构的脆性断裂是指钢材或钢结构在低名义应力（低于钢材屈服强度或抗拉强度）情况下发生的突然断裂破坏。脆性断裂是钢结构极限状态中最危险的破坏形式。由于脆性断裂具有突发性，往往会导致灾难性后果。因此，作为钢结构专业技术人员，应该高度重视脆性破坏的严重性并加以防范。钢结构脆性断裂事故产生的原因如图5-15所示。下一页返回第七节钢结构脆性断裂事故分析与预防二、钢结构脆性断裂事故预防措施随着现代钢结构的发展以及高强钢材的大量采用，防止其脆性断裂已显得十分重要。钢结构脆性断裂事故预防措施如下：（1）合理选择钢材。（2）合理设计。（3）合理制作与安装。（4）合理使用与维修。上一页返回第八节钢结构倒塌事故实例分析与处理一、单层厂房屋盖倒塌[例5-9]杆件材料用错造成屋盖倒塌。（l）工程事故概况。某工厂锻压车间系5跨27m、柱距6m的全钢结构厂房，钢屋架上放置钢筋混凝土屋面板。在厂房设备已安装完成但尚未使用前，发生7榀屋架与屋面板等倒塌事故，倒塌面积约1200平方米。事故部位局部平面示意见图5-16。（2）事故调查与原因分析。（3）事故处理措施。对已倒塌的屋架进行整形恢复，更换压杆。对于没有塌落尚可使用的屋架，对其受压腹杆及节点进行补强处理。下一页返回第八节钢结构倒塌事故实例分析与处理二、网架屋盖坍塌[例5-10]某仓库网架全部坍塌。（1）工程事故概况。天津某仓库，平面尺寸为48m×72m，屋盖采用了正放四角锥螺栓球节点网架，网格与高度均为3.0m，支承在周边柱距6m的柱子上。网架工程2004年10月31日竣工，11月3日通过阶段验收，于12月4日突然全部坍塌。塌落时屋面的保温层及GRC板已全部施工完毕，找平层正在施工，屋盖实际荷载估计约2.1kN/m2。（2）事故原因分析。现场调查发现，除个别杆件外，网架连同GRC板全部塌落在地。因支座与柱顶预埋件为焊接，虽然支座已倾斜，但大部分没有坠落，并有部分上弦杆与腹杆与之下一页上一页返回第八节钢结构倒塌事故实例分析与处理相连，上弦跨中附近大直径压杆未出现压曲现象，下弦拉杆也未见被拉断。腹杆的损坏较普遍，杆件压曲，杆件与球的连接断裂。此外杆件与球连接部分的破坏随处可见，多数为螺栓弯曲。该网架内力计算采用