钢结构事故中的疲劳破坏及腐蚀破坏

钢结构事故中的疲劳破坏及腐蚀破坏摘要：本文分析了铜结构疲劳破坏及腐蚀破坏的原因，近而提出了提高和改善铜结构构件疲劳及腐蚀的措施，关键词:钢结构；疲劳；腐蚀；破坏引言钢结构相较于混凝土结构具有质量轻、塑性韧性好、易于采用工业化生产等优点，近年来在工民建，铁路，桥梁等结构中被大量采用。然而钢结构在受到交变荷载的作用下极易产生脆性破坏，特别在承受行车动荷载的桥梁结构中此问题更为明显，在一定程度上阻碍了钢结构的发展。鉴于此，本文在分析疲劳破坏及腐蚀破坏原因的基础上重点介绍工程设计预防疲劳破坏及腐蚀破坏的措施，以此来避免此问题的产生。一，钢结构疲劳破坏钢结构的疲劳破坏是裂纹在重复或交变荷载作用下的不断开裂以及最后达到临界尺寸而出现的断裂。此类破坏属脆性破坏。由于在破坏发生前几乎观察不到构件的塑性发展过程。没有破坏的征兆，然而一旦破坏后果严重，所以工程设计的任何一个领域无一例外的都要避免。疲劳破坏经历三个阶段：裂纹的形成，裂纹的缓慢扩展和最后迅速断裂。对于钢结构，实际上只有后两个阶段，因为在钢材生产和结构制造等过程中，不可避免地在结构的某些部位存在着局部微小缺陷，如钢材化学成分的偏析、非金属杂质；非焊接构件表面上的刻痕、轧钢皮的凹凸、轧钢缺陷和分层以及制造时的冲孔、剪边、火焰切割带来的毛边和裂纹在静荷载下，具有初始裂纹的构件当应力水平达到临界应力时才会出现失稳扩展，导致破坏。而承受交变荷载的构件经历裂纹的缓慢扩展过程最终达到破坏时，破坏应力还远小于静荷载作用时的临界应力。钢结构疲劳分析时，习惯上当循环次数N105时称为低周疲劳：N105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超过设计时所采取的参数，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：钢材的冷热加工、焊接工艺所产生的残余应力和残余变形对钢材疲劳强度也会产生较大影响。二，抗疲劳的措施出疲劳性能的影响因素来看，应力幅及循环次数是客观存在的事实，因此，提高和改善疲劳性能的途径只有从减小应力集中人手。具体措施如下：1选材对用于动载作用的钢结构或构件，应严格控制钢材的缺陷，并选择优质钢材。2设计措施(I)力求减少截面突变，避免焊缝集中，使钢结构构造做法合理化。(2)要避免多条焊缝相互交汇而导致高额残余拉应力的情形。尤其是三条在空间相互垂直的焊缝交于一点，造成三轴拉应力的不利状况。对于加劲肋应与受拉翼缘不焊接，且保持一段距离。对于连接横向支撑处的横向加劲肋，可以把横向加劲肋和受拉翼缘顶紧不焊，且将加劲肋切角，保持腹板与加劲肋50～lOOr砌不焊。三，钢结构腐蚀破坏普通钢材的抗腐蚀能力比较差，这一直是工程上关注的重要问题。腐蚀使钢结构杆件净截面面积减损，降低结构承载力和可靠度，腐蚀形成的“锈坑”使钢结构脆性破坏的可能性增大，尤其是抗冷脆性能下降。一般来说钢结构下列部位容易发生锈蚀：经常干湿交替又未包混凝土的构件：埋入地下的地面附近部位，如柱脚等；可能存积水或遭受水蒸汽侵蚀部位：组合截面净空小于12ram，难于涂刷油漆的部位；屋盖结构、柱与屋架节点、吊车梁与柱节点部位；易积灰又湿度大的构件部位等。四，抗腐蚀破坏事故的措施1钢结构制作时质量控制主要有：(1)应保证钢材的屈服强度、搞拉强度、伸长率、截面收缩率和硫、磷等有害元素的极限含量，对焊接结构还应保证碳的极限含量，必要时，尚应保证冷弯试验合格。(2)要严格控制钢材切割质量，切割前应清除切割区内铁锈、油污，切割后断口处不得有裂纹和大于1．Omm的缺棱，并应清除边缘熔瘤、飞溅物和毛刺等。(3)要观察检查构件外观，以构件正面无明显凹面和损伤为合格。(4)各种结构构件组装时顶紧面贴紧不少于75％，且边缘最大间隙不超过0．8ram。(5)构件制作允许偏差均应符合《建筑安装工程质量检验评定标准》。2钢结构焊接时质量控制主要有：(1)焊条、焊剂、焊丝和施焊用的保护气体等必须符合设计要求和钢结构焊接的专门规定。(2)焊工必须经考试合格，取得相应施焊条件的合格证书。(3)承受拉力或压力且要求与母材等强度的焊缝必须经超声波、X射线探伤检验符合国家有关规定。(4)焊缝表面严禁有裂纹、夹渣、焊瘤、弧坑、针状气孔和熔合性飞溅物等缺陷。气孔、咬边必须符合施工规范规定。(5)焊缝的外观应进行质量检查，要求焊波较均匀，明显处的焊渣和飞溅物应清除干净。焊缝尺寸的允许偏差和检验方法均应符合规范要求。3钢结构高强螺栓连接时质量控制主要有：(1)高强螺栓的型式、规格和技术条件必须符合设计要求和有关标准规定。高强螺栓必须经试验确定扭矩系数或复验螺栓预拉力。当结果符合钢结构用高强螺栓的专门规定时，方应用指南窳魏zHI团给你一把实用的钥匙板块主持：童雅琴准使用。(2)构件的高强螺栓连接面的摩擦系数必须符合设计要求。表面严禁有氧化铁皮、毛刺、焊疤和油污。(3)高强螺栓必须分两次拧紧、初拧、终拧质量必须符合施工规范和钢结构用高强螺栓的专门规定。(4)高强螺栓接头外观要求：正面螺栓穿入方向～致，外露长度不少于2扣。钢5结构安装时质量控制主要有：(1)构件必须符合设计要求和施工规范规定，由于运输、堆放和吊装造成的构件变形必须矫正。(2)垫铁规格、位量更正确，与柱底面和基础接触紧贴平稳，点焊牢固。座浆垫铁的砂浆强度必须符合规定。(3)构件中心，标高基准点等必须符合规定。(4)结构外观表面干净，结构大面无焊疤、油污和泥砂。(5)磨光顶紧的构件安装面要求顶紧面紧贴不少于70％，边缘最大间隙不超过0．8mm。(6)安装的允许偏差和检难方法均应按国家的有关规范执行。6钢结构防腐处理质量控制应做到：(1)油漆、稀释剂和固化剂种类和质量必须符合设计要求。(2)涂漆基层钢材表面严禁有锈皮、并无焊渣、焊疤、灰尘、油污和水等杂质。用铲刀检查经酸洗和喷丸(砂)工艺处理的钢材表面必须露出金属色泽。(3)观察检查有无误涂、漏涂、脱皮和反锈。(4)涂刷均匀，色泽一致，无皱皮和流坠，分色线清楚整齐。(5)干漆膜厚度要求125m(室内钢结构)或150m(室外钢结构)。参考文献：1.陈绍蕃．铜结构设计原理【M]．北京：科学出版社，19972.罗福午．建筑结构缺陷事故的分析及防治[M]．北京：清华大学出版3.煜．铜结构缺陷及其处理【M]．上海：同济大学出版社，1988