陳燕霞 王孟暉

（1、河南省致誠工程技術有限公司，河南 漯河 462000 2、漯河市沙澧河建設管理委員會，河南 漯河 462000）

鋼結構事故的類型大體有：①屋蓋倒塌；②桁（網）架桿件斷裂，包括節(jié)點板和連接的斷裂；③桁（網）架桿件彎曲（上弦出現(xiàn)較少，因其截面面積較大，且有屋面板和支撐相連接）；④屋蓋撓度超標準；⑤屋蓋支撐受壓屈等。

鋼結構的事故按破壞形式大致可分為：鋼結構承載力和剛度失效；鋼結構失穩(wěn)；鋼結構疲勞；鋼結構脆性斷裂和鋼結構的腐蝕等幾種。

1 鋼結構承載力和剛度失效

1.1 鋼結構承載力失效指正常使用狀態(tài)下結構構件或連接因材料強度被超越而導致破壞。其主要原因為：①鋼材的強度指標不合格。合格鋼結構設計中有兩個重要強度指標：屈服強度fy；另外，當結構構件承受較大剪力或扭矩時，鋼材抗剪強度fv也是重要指標。②連接強度不滿足要求。焊接連接的強度取決焊接材料強度及其與母材的匹配、焊接工藝、焊縫質量和缺陷及其檢查和控制、焊接對母材熱影響區(qū)強度的影響等；螺栓連接強度的影響因素為：螺栓及其附件材料的質量以及熱處理效果（高強螺栓）、螺栓連接的施工技術工藝的控制，特別是高強螺栓預應力控制和摩擦面的處理、螺栓孔引起被連接構件截面的削弱和應力集中等。③使用荷載和條件的變化。包括計算荷載的超載、部分構件退出工作引起其他構件增載、意外沖擊荷載、溫度變化引起的附加應力、基礎不均勻沉降引起的附加應力等。

1.2 鋼結構剛度失效指產生影響其繼續(xù)承載或正常使用的塑性變形或振動。其主要原因為：①結構或構件的剛度不滿足設計要求 如軸壓構件不滿足長細比要求；受彎構件不滿足允許撓度要求；壓彎構件不滿足上述兩方面要求等。②結構支撐體系不夠。支撐體系是保證結構整體和局部剛度的重要組成部分。它不僅對抵制水平荷載和抗地震作用、抗振動有利，而且直接影響結構正常使用（如工業(yè)廠房當整體剛度不足時，在吊車運行過程中會產生振動和搖晃）。

2 鋼結構失穩(wěn)

2.1 鋼結構的失穩(wěn)主要發(fā)生在軸壓、壓彎和受彎構件。它可分為兩類：喪失整體穩(wěn)定性和喪失局部穩(wěn)定性。兩類失穩(wěn)都將影響結構構件的正常使用，也可能引發(fā)其它形式的破壞。

影響結構構件整體穩(wěn)定性的主要原因有：①構件整體穩(wěn)定不滿足要求。影響它的主要參數(shù)為長細比（λ=l/r）,其中l(wèi)為構件的計算長度，r為構件截面的回轉半徑。應注意截面兩個主軸方向的計算長度可能有所不同，以及構件兩端實際支承情況與計算支承間的區(qū)別。②構件有各類初始缺陷。在構件的穩(wěn)定分析中，各類初始缺陷對其極限承載力的影響比較顯著。這些初始缺陷主要包括：初彎曲、初偏心（軸壓構件）、熱軋和冷加工產生的殘余應力和殘余變形及其分布、焊接殘余應力和殘余變形等。③構件受力條件的改變。鋼結構使用荷載和使用條件的改變，如超載、節(jié)點的破壞、溫度的變化、基礎的不均勻沉降、意外的沖擊荷載、結構加固過程中計算簡圖的改變等，引起受壓構件應力增加，或使受拉構件轉變?yōu)槭軌簶嫾?，從而導致構件整體失穩(wěn)。④施工臨時支撐體系不夠。在構件的安裝過程中，由于結構并未完全形成一個設計要求的受力整體或其整體剛度較弱，因而需要設置一些臨時支撐體系來維持結構或構件的整體穩(wěn)定。若臨時支撐體系不完善，輕則會使部分構件喪失整體穩(wěn)定性，重則造成整個結構的倒塌或傾覆。

2.2 影響結構構件局部穩(wěn)定性的主要原因有：①構件局部穩(wěn)定不滿足要求。如構件T形、槽形截面翼緣的寬厚比和腹板的高厚比大于現(xiàn)值時，易發(fā)生局部失穩(wěn)現(xiàn)象；在組合截面構件設計中尤應注意。②局部受力部位加勁肋構造措施不合理。當在構件的局部受力部位，如支座、較大集中荷載作用點，沒有設支承加勁肋，使外力直接傳給較薄的腹板而產生局部失穩(wěn)。構件運輸單元的兩端以及較長構件的中間如沒有設置橫隔，截面的幾何形狀不變難以保證且易喪失局部穩(wěn)定性。③吊裝時吊點位置選擇不當。在吊裝過程中，由于吊點位置選擇不當會造成構件局部較大的壓應力，從而導致局部失穩(wěn)。所以鋼結構在設計時，圖紙應詳細說明正確的起吊方法和吊點位置。

3 鋼結構疲勞破壞

鋼結構疲勞分析時，習慣上當循環(huán)次數(shù)N<105時稱為低周疲勞，N>105時稱為高周疲勞。經常承受動力荷載的鋼結構如吊車梁、橋梁等在工作期限內經歷的循環(huán)應力次數(shù)往往超過105。鋼結構構件的實際循環(huán)應力特征和實際循環(huán)次數(shù)超過設計時所采取的參數(shù)，就可能發(fā)生疲勞破壞。此外影響鋼結構疲勞破壞的因素還有：所用鋼材的抗疲勞性能差；結構構件中尤較大應力集中區(qū)；鋼結構構件加工制作時有缺陷，其中裂紋缺陷對鋼材疲勞強度的影響比較大；鋼材的冷熱加工、焊接工藝所產生的殘余應力和殘余變形對鋼材疲勞強度也會產生較大影響。

4 鋼結構脆性斷裂

鋼結構脆性破壞是極限狀態(tài)中最危險的破壞形式之一。它的發(fā)生往往很突然，沒有明顯的塑性變形，而破壞時構件的名義應力很低，有時只有其屈服強度的0.2倍。影響鋼結構脆性斷裂的因素主要有：

①鋼材抗脆性斷裂性能差。鋼材的塑性、韌性和對裂紋的敏感性都影響其抗脆性斷裂性能，其中沖擊韌性起決定作用。低合金鋼材的抗脆性斷裂性能比普通碳素鋼中鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼的抗脆性斷裂性能依次降低。

②構件制作加工缺陷。構件的高應力集中會使構件在局部產生復雜應力狀態(tài)，它們也將影響構件局部和韌性，限制其塑性變形，從而提高構件脆性斷裂的可能。

③低溫和動載。隨著溫度降低，鋼材的屈服強度fy和抗拉強度fu會有所升高，而鋼材的塑性指標截面收縮率ф卻有所降低，也即鋼材會變脆。通常把鋼結構構件在低溫下的脆性破壞稱為"低溫冷脆現(xiàn)象"。至于動載對鋼結構脆性破壞的影響則可解釋為：鋼材在循環(huán)應力反復作用下生成疲勞裂紋，裂紋的擴展直至整個截面的破壞往往是很突然的，無明顯塑性變形，即疲勞裂紋的擴展破壞呈脆性破壞特征。

5 鋼結構腐蝕破壞

普通鋼材的抗腐蝕能力比較差，這一直是工程上關注的重要問題。腐蝕使鋼結構桿件凈截面面積減損，降低結構承載力和可靠度，腐蝕形成的“銹蝕”使鋼結構脆性破壞的可能性增大，尤其是抗冷脆性能下降。一般來說鋼結構下列部位容易發(fā)生銹蝕：埋入地下的地面附近部位，如柱腳等；可能存積水或遭受水蒸氣侵蝕部位；經常干濕交替又未包混凝土的構件；易集灰又濕度大的構件部位；組合截面凈空小于12mm，難于涂刷油漆的部位；屋蓋結構、柱與屋架節(jié)點、吊車梁與柱節(jié)點部位等。

結束語

鋼結構工程的施工在我國起步較晚，我們技術管理人員要做好各分項工程的工序驗收工作之外，還有加強施工過程中的監(jiān)督檢查，最大限度地確保施工單位的內控發(fā)揮作用。

[1]彭圣浩.建筑工程質量通病防治手冊[M].上海同濟大學出版社，1988，2.

[2]魏明鐘.鋼結構[M].武漢：武漢理工大學出版社，2002，2.

[3]王滔.土木建筑學術文庫[M].上海同濟大學出版社，2006，6.