第5章钢结构脆性断裂事故

6 0 第5 章 钢结构的脆性断裂事故 5 .1 脆性断裂概念 钢结构是由钢材组成的承重结构，虽然钢材是一种弹塑性材料，尤其低碳钢表现出良好的塑性，但在一定的条件下，由于各种因素的复合影响，钢结构也会发生脆性断裂，而且往往在拉应力状态下发生。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。钢结构的脆性断裂通常具有以下特征： 1 ．破坏时的应力常小于钢材的屈服强度ƒy，有时仅 为 ƒy的0.2 倍 。 2 ．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 。 3 ．断口 平 齐 光 亮 。 脆性破坏是钢结构极 限 状态中 最 危 险 的破坏形 式 。由于脆性断裂的突发性，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。 5 .2 脆性断裂的原因分析 钢结构塑性很 好，但仍然会发生脆性断裂，是由于各种不利因素综合影响或作用的结果，主要原因可归纳为 以下几方面： 一．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。 二．应力集中 钢结构由于孔洞、缺口 、截面突变 等不可避免，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。钢结构或构件的应力集中 主要与构造细节有关： 1 ．在钢构件的设计和制作中 ，孔洞、刻槽、凹角、缺口 、裂纹以及截面突变 在所难 免。 2 ．焊接作为 钢结构的主要连接方法，有众多的优点，但不利的是焊缝缺陷以及残余应力的存在往往是应力集中 源。据资料统计，焊接结构脆性破坏事故远远多于铆接结构和螺栓连接的结构。主要有以下原因：（1 ）焊缝或多或少存在一些缺陷，如裂纹、夹渣、气孔、咬肉等这...