1、第六章 钢结构工程事故分析与处理,第一节钢结构的缺陷第二节钢结构事故原因分析及处理第三节钢结构的加固,返回,第一节 钢结构的缺陷,一、钢材的性能及缺陷 钢材的化学成分钢材的种类很多，建筑结构用钢材需具有较高强度，较好的塑性、韧性，足够的变性能力，以及适应冷热加工和焊接的性能。目前，建筑结构用钢主要有低碳钢和低合金钢两种。低碳钢中，铁约占，碳只占 ，此外便是硅（）、锰（）、铜（，不经常有）等微量元素，还有在冶炼中不易除尽的有害元素，如硫（）、磷（）、氧（）、氮（）、氢（）等。,下一页,返回,第一节 钢结构的缺陷,在低碳钢中添加用以改善钢材性能的某些合金元素，如锰（）、钒（）、镍（）、铬（）等，就
2、可得到低合金钢。碳和这些元素虽然含量很低（总和仅占 ），但却决定着钢材的强度、塑性、韧性、可焊性和耐腐蚀性，其中，硫、磷是常见的有害元素，应重点检测，控制其含量。钢材在高温下进行轧制、锻造、焊接、铆接等热加工时，会使钢内的硫化亚铁（）熔化，形成微裂，使钢材变脆，即所谓的“热脆现象”。另外，硫还会降低钢材的塑性、冲击韧性、疲劳强度和抗锈蚀性，要求含量 。,上一页,下一页,返回,第一节 钢结构的缺陷,磷的存在可提高钢的强度和抗锈蚀性，但会严重地降低其塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性等；特别是在低温条件下，会使钢材变得很脆（低温冷脆）。另外，适量的磷和铜共存可以提高强度，但最明显的还是提高钢的耐腐蚀
3、性能，要求含量 。 钢材的物理力学性能影响钢结构性能的钢材物理力学指标除常用的强度和塑性外，还有以下几种：（）冷弯。冷弯性能是指钢材在常温下冷加工弯曲产生塑性变形时抵抗裂纹产生的一种能力。（）冲击韧性。冲击韧性是衡量钢材断裂时吸收机械能量的能力，是强度和塑性的综合指标。,上一页,下一页,返回,第一节 钢结构的缺陷,（）可焊性。钢材的可焊性可分为施工上的可焊性和使用上的可焊性两种类型。施工上的可焊性是指焊缝金属产生裂纹的敏感性，以及由于焊接加热的影响，近缝区母材的淬硬和产生裂纹的敏感性以及焊接后的热影响区的大小。可焊性好是指在一定的焊接工艺条件下，焊缝金属和近缝区钢材均不产生裂纹。使用上的可焊性
4、则指焊接接头和焊缝的缺口韧性（冲击韧性），以及热影响区的延伸性（塑性）。要求焊接结构在施焊后的力学性能不低于母材的力学性能。（）疲劳。,上一页,下一页,返回,第一节 钢结构的缺陷,钢材的疲劳是指其在循环应力多次反复作用下，裂纹生成、扩展以致断裂破坏的现象。钢材疲劳破坏时，截面上的应力低于钢材的抗拉强度设计值，钢材在疲劳破坏之前，并不出现明显的变形或局部收缩；它和脆性断裂一样，是突然破坏的。（）腐蚀。钢材的腐蚀有大气腐蚀、介质腐蚀和应力腐蚀。钢材的介质腐蚀主要发生在化工车间、储罐、储槽、海洋结构等一些和腐蚀性介质接触的钢结构中，腐蚀速度和防腐措施取决于腐蚀性介质的作用情况。钢材的应力腐蚀是指其在
5、腐蚀性介质侵蚀和静应力长期作用下的材质脆化现象，如海洋钢结构在海水和静应力长期作用下的“静疲劳”。,上一页,下一页,返回,第一节 钢结构的缺陷,根据国外挂片试验结果，不刷涂层的两面外露钢材在大气中的腐蚀速度为 年。（）冷脆。在常温下，钢材本是塑性和韧性较好的金属，但随着温度的降低，其塑性和韧性逐渐降低，即钢材逐渐变脆，这种现象称为“冷脆现象”。 钢材的缺陷（）发裂。发裂主要是由热变形过程中（轧制或锻造）钢内的气泡及非金属夹杂物引起的，经常出现在轧件纵长方向上，裂纹如发丝，一般裂纹长 以下，有时为。发裂几乎出现在所有钢材的表面和内部。发裂的防止最好由冶金工艺解决。,上一页,下一页,返回,第一节
6、钢结构的缺陷,(2)分层。分层是钢材在厚度方向不密合，分成多层，但各层间依然相互连接并不脱离的现象。横轧钢板分层出现在钢板的纵断面上，纵轧钢板分层出现在钢板的横断面上。分层不影响垂直厚度方向的强度，但显著降低冷弯性能。另外，在分层的夹缝处还容易锈蚀，甚至形成裂纹。分层将严重降低钢材的冲击韧性、疲劳强度和抗脆断能力。（）白点。钢材的白点是因含氢量过大和组织内应力太大，从而相互影响而形成的。它使钢材质地变松、变脆、丧失韧性、产生破裂。在炼钢时，尽量不要使氢气进入钢水中，并且做到钢锭均匀退火，轧制前合理加热，轧制后缓慢冷却，即可避免钢材中的白点。（）内部破裂。,上一页,下一页,返回,第一节 钢结构的
7、缺陷,轧制钢材过程中，若钢材塑性较低或是轧制时压量过小，特别是上下轧辊的压力曲线不“相交”时，则会与外层的延伸量不等，从而引起钢材的内部破裂。这种缺陷可以用合适的轧制压缩比（钢锭直径与钢坯直径之比）来补救。（）斑疤。钢材表面局部薄皮状重叠称为斑疤，这是一种表面粗糙的缺陷，它可能产生在各种轧材、型钢及钢板的表面。其特征为：因水容易浸入缺陷下部，会使钢材冷却加快，故缺陷处呈现棕色或黑色，斑疤容易脱落，形成表面凹坑。其长度和宽度可达几毫米，深度为 不等。斑疤会使薄钢板成型时的冲压性能变坏，甚至产生裂纹和破裂。（）划痕。,上一页,下一页,返回,第一节 钢结构的缺陷,划痕一般产生在钢板的下表面上，主要是
8、由轧钢设备的某些零件摩擦所致。划痕的宽度和深度肉眼可见，长度不等，有时贯穿全长。（）切痕。切痕是薄板表面上常见的折叠比较好的形似接缝的褶皱，在屋面板与薄铁板的表面上尤为常见。如果将形成的切痕的褶皱展平，钢板易在该处裂开。（）过热。过热是指钢材加热到上临界点后，还继续升温时，其机械性能变差（如抗拉强度），特别是冲击韧性显著降低的现象。它是由于钢材晶粒在经过上临界点后开始胀大所引起的，可用退火的方法使过热金属的结晶颗粒变细，恢复其机械性能。（）过烧。,上一页,下一页,返回,第一节 钢结构的缺陷,当金属的加热温度很高时，钢内杂质集中的边界开始氧化或部分熔化时会发生过烧现象。（）机械性能不合格。钢材的
9、机械性能一般要求抗拉强度、屈服强度、伸长率和截面收缩率四项指标得到保证，有时再加上冷弯，用在动力荷载和低温时还必须要求冲击韧性。如果上述机械性能大部分不合格，钢材只能报废，若仅有个别项达不到要求，可作等外品处理或用于次要构件。（）夹杂。夹杂通常指的是非金属夹杂，常见的为硫化物和氧化物，前者使钢材在 高温下变脆，后者将降低钢材的力学性能和工艺性能。,上一页,下一页,返回,第一节 钢结构的缺陷,(12)脱碳。脱碳是指金属加热表面氧化后，表面含碳量比金属内层低的现象。主要出现在优质高碳钢、合金钢、低合金钢中，中碳钢有时也有此缺陷，钢材脱碳后淬火将会降低钢材强度、硬度及耐磨性。缺陷有表面缺陷和内部缺陷
10、，也有轻重之分。最严重的应属钢材中形成的各种裂纹，应高度重视其危害后果。二、钢结构加固制作中可能存在的缺陷钢结构的加工制作全过程是由一系列工序组成的，钢结构的缺陷也就可能产生于各工种的加工工艺中。 钢构件的加工制作及可能产生的缺陷,上一页,下一页,返回,第一节 钢结构的缺陷,钢构件的加工制作过程一般为：钢材和型钢的鉴定试验钢材的矫正钢材表面清洗和除锈放样和画线构件切割孔的加工构件的冷热弯曲加工等。构件加工制作可能产生各种缺陷，主要缺陷有以下几方面：（）钢材的性能不合格。（）矫正时引起的冷作硬化。（）放样尺寸和孔中心的偏差。（）切割边未作加工或加工未达到要求。（）孔径误差。（）构件的冷加工引起的
11、钢材硬化和微裂纹。,上一页,下一页,返回,第一节 钢结构的缺陷,（）构件的热加工引起的残余应力等。 铆接缺陷铆接是将一端带有预制钉头的铆钉，经加热后插入连接构件的钉孔中，再用铆钉枪将另一端打铆成钉头，以使连接达到紧固。铆接有热铆和冷铆两种方法。铆接传力可靠，塑性、韧性均较好。在世纪上半叶以前，铆接曾是钢结构的主要连接方法。由于铆接是现场热作业，目前只在桥梁结构和吊车梁构件中偶尔使用。铆接工艺带来的缺陷归纳如下：（）铆钉本身不合格。（）铆钉孔引起的构件截面削弱。,上一页,下一页,返回,第一节 钢结构的缺陷,（）铆钉松动，铆合质量差。（）铆合温度过高，引起局部钢材硬化。（）板件之间紧密度不够。 栓
12、接缺陷栓接包括普通螺栓连接和高强螺栓连接两大类。普通螺栓由于紧固力小，且螺栓杆与孔径间空隙较大（主要指粗制螺栓），故受剪性能差，但受拉连接性能好，且装卸方便，故通常应用于安装连接和需拆装的结构。高强螺栓是继铆接连接之后发展起来的一种新型钢结构连接形式，它已成为当今钢结构连接的主要手段之一。螺栓连接给钢结构带来的主要缺陷有：,上一页,下一页,返回,第一节 钢结构的缺陷,（）螺栓孔引起构件截面削弱。（）普通螺栓连接在长期动载作用下的螺栓松动。（）高强螺栓连接预应力松弛引起的滑移变形。（）螺栓及附件钢材质量不合格。（）孔径及孔位偏差。（）摩擦面处理达不到设计要求，尤其是摩擦系数达不到要求。 焊接缺陷
13、焊接是钢结构最重要的连接手段。焊接方法种类很多，按焊接的自动化程度一般分为手工焊接、半自动焊接及自动化焊接。焊接工艺可能存在以下缺陷：,上一页,下一页,返回,第一节 钢结构的缺陷,（）焊接材料不合格。手工焊采用的是焊条，自动焊采用的是焊丝和焊剂。在实际工程中通常容易出现三个问题：一是焊接材料本身质量有问题；二是焊接材料与母材不匹配；三是不注意焊接材质的烘焙工作。（）焊接引起焊缝热影响区母材的塑性和韧性降低，使钢材硬化、变脆开裂。（）因焊接产生较大的焊接残余变形。（）因焊接产生严重的残余应力或应力集中。（）焊缝存在多种缺陷，如裂纹、焊瘤、边缘未熔合、未焊透、咬肉、夹渣和气孔等。,上一页,下一页,
14、返回,第一节 钢结构的缺陷,三、钢结构运输、安装和使用维护中的缺陷钢结构运输、安装和使用维护中可能产生的缺陷有以下几方面：（）运输过程中引起结构或其构件产生的较大变形和损伤。（）吊装过程中引起结构或其构件的较大变形和局部失稳。（）安装过程中没有足够的临时支撑或锚固，导致结构或其构件产生较大的变形、丧失稳定性，甚至倾覆等。（）施工连接（焊缝、螺栓连接）的质量不满足设计要求。（）使用期间由于地基不均匀沉降等原因造成的结构损坏。（）没有定期维护，使结构出现较严重腐蚀，影响结构的可靠性能。,上一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,钢结构按破坏形式大致可分为：钢结构承载力与刚度的失效、钢结构的失
15、稳、钢结构的疲劳破坏、钢结构的脆性断裂和钢结构的腐蚀等。同时钢结构的各种破坏又是相互联系和相互影响的，在一个事故中有可能发现几种形式的破坏，导致各种形式破坏的原因虽有不同，但大多具有一定的共性。一、钢结构承载力与刚度的失效 钢结构承载力失效钢结构承载力失效主要指正常使用状态下，结构构件或连接因材料强度被超过而导致破坏。其主要原因大致可归纳为：（）钢材的强度指标不合格。,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,在钢结构的设计中，有两个重要的强度指标：屈服强度fy和抗拉强度f。另外，当结构构件承受较大剪力或扭矩时，钢材的抗剪强度fv也是一个重要的强度指标。（）连接强度不满足要求。钢结构焊接
16、连接的强度主要取决于焊接材料的强度及其与母材的匹配、焊接工艺、焊缝质量和缺陷及其检查和控制、焊接对母材热影响区强度的影响等。螺栓连接强度的影响因素为：螺栓及其附件材料的质量以及热处理效果（高强度螺栓）、螺栓连接的施工技术工艺的控制，特别是高强度螺栓预应力控制和摩擦面的处理、螺栓孔引起被连接构件截面的削弱和应力集中等。（）使用荷载和条件的改变。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,使用荷载和条件的改变主要包括计算荷载的超载、部分构件退出工作引起的其他构件荷载的增加、温度荷载、基础不均匀沉降引起的附加荷载、意外的冲击荷载、结构加固过程中引起计算简图的改变等。 钢结构刚度失效钢结
17、构刚度失效主要指结构构件产生了影响其继续承载或正常使用的塑性变形或振动。其主要原因为：（）结构或构件的刚度不满足设计要求。在钢结构构件设计中，轴心受压构件不满足长细比的要求；受弯构件（梁）不满足挠度的要求；压弯构件不满足长细比和挠度的要求等。（）结构支撑体系不够。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,在钢结构中，支撑体系是保证结构整体刚度的重要组成部分，它不仅对抵制水平荷载和抗震有利，而且会直接影响结构的正常使用。二、钢结构的失稳稳定问题是钢结构最突出的问题，长期以来，许多工程技术人员对强度概念认识清晰，对稳定概念认识单薄，并且存在强度重于稳定的错误思想。因此，在大量接连发
18、生的钢结构失稳事故中付出了血的代价，得到了严重的教训。钢结构的失稳事故分为整体失稳事故和局部失稳事故两大类。 影响结构构件整体稳定性的主要原因（）构件整体稳定不满足要求。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,影响它的主要参数为长细比（l/r，其中，l为构件的计算长度，r为截面的回转半径）。应注意，截面两个主轴方向的计算长度可能有所不同，以及构件两端实际支承情况与计算支承间的区别。（）构件有各类初始缺陷。在构件的稳定性分析中，各类初始缺陷对其极限承载力的影响比较显著。这些初始缺陷主要包括：初弯曲、初偏心，热轧和冷加工产生的残余应力、残余变形及其分布，焊接残余应力和残余变形等。
19、（）构件受力条件的改变。钢结构使用荷载和使用条件的改变，如超载、节点的破坏、温度的变化、基础的不均匀沉降、意外的冲击荷载、结构加固过程中计算简图的改变等，引起受压构件应力增加，或使受拉构件转变为受压构件，从而导致构件整体失稳。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,（）施工临时支撑体系不够。在结构的安装过程中，由于结构并未完全形成一个设计要求的受力整体或其整体刚度较弱，因而需要设置一些临时支撑体系来维持结构或构件的整体稳定。若临时支撑体系不完善，轻则会使部分构件丧失整体稳定，重则造成整个结构的倒塌或倾覆。 影响结构构件局部稳定性的主要原因（）构件局部稳定不满足要求。（）局部受
20、力部位加劲肋构造措施不合理。在构件的局部受力部位，如支座、较大集中荷载作用点，没有设支承加劲肋，使外力直接传给较薄的腹板而产生局部失稳。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,构件运输单元的两端以及较长构件的中间如没有设置横隔，难以保证截面的几何形状不变且易丧失局部稳定性。（）吊装时吊点位置选择不当。在吊装过程中，由于吊点位置选择不当会造成构件局部较大的压应力，从而导致局部失稳。所以钢结构在设计时，图纸应详细说明正确的起吊方法和吊点位置。三、钢结构的疲劳破坏钢结构的疲劳破坏往往是在其循环应力反复作用下发生的。在钢结构的疲劳分析中，习惯把循环次数N105 称为低周疲劳，而把N
21、105 称为高周疲劳。经常承受动力荷载的钢结构，如吊车梁、桥梁、近海结构等，在其工作期限内所经历的循环应力次数远超过105级。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,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，就很可能发生疲劳破坏。此外，钢结构疲劳破坏的影响因素还有：（）所用钢材的抗疲劳性能差。（）结构或构件中的较大应力集中；钢结构设计规范（）中有关疲劳计算的类结构形式或多或少都含有一定程度的应力集中。（）钢结构或构件加工制作缺陷，其中裂纹型缺陷，如焊缝及其热影响区的细裂纹、冲孔和剪切边硬化区的微裂纹等，对钢材的疲劳强度的影响比较大。另外，钢材的冷热
22、加工、焊接工艺所产生的残余应力和残余变形等对钢材的疲劳强度的影响也较大。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,四、钢结构的脆性断裂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下：（）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。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分
23、析及处理,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，也会大大降低钢材抗脆性断裂的能力。（）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。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。（）钢板厚度。随着钢结构向大型化发展，尤其是高层钢结构的兴起，构件钢板的厚度有增加的趋势。钢板厚度对脆性断裂有较大影响，通常钢板越厚，脆性破坏倾向越大。“层状撕裂”问题应引起高度重视。,上一页
24、,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,（）使用环境。当钢结构受到较大的动力荷载作用或者处于较低的环境温度下工作时，钢结构脆性破坏。当温度在以下时，随温度降低，钢材强度略有提高，而塑性和韧性降低，脆性增大。尤其是当温度下降到某一温度区间时，钢材的冲击韧性值急剧下降，出现低温脆断。通常，又把钢结构在低温下的脆性破坏称为“低温冷脆”现象，产生的裂纹称为“冷裂纹”。因此，在低温下工作的钢结构，特别是受动力荷载作用的钢结构，钢材应具有负温冲击韧性的合格保证，以提高抗低温脆断的能力。五、钢结构的锈蚀 钢结构锈蚀类型,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,钢材由于和外界介质相互
25、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。（）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。（）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。“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入，使腐蚀继续扩展到内部。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,钢材腐蚀速度与环境湿度、温度及有害介质浓度有关，在湿
26、度大、温度高、有害介质浓度高的条件下，钢材腐蚀速度加快。 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。对已有腐蚀的钢结构进行腐蚀处理，采用涂层防腐蚀是可行的；涂层防腐蚀不仅效果好，而且涂料价廉、品种多、适用范围广、施工方便，基本不会增加结构质量，还可以给构件涂以各种色彩。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。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,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
27、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是局部维护涂层还是全面维修涂层，一般锈蚀面积超过的要全面重新做涂层。周期性的（一般视情况35）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、表面处理和涂层选择。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,六、钢结构的其他类型事故（一）钢结构材料事故 钢结构材料事故产生的原因钢结构材料事故是指由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
28、故和倒塌事故。裂缝事故多指出现在钢结构基本构件中的事故，倒塌事故则指由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：（）设计时选材不合理。（）钢材质量不合格。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,（）制作时工艺参数不合理，钢材与焊接材料不匹配。（）螺栓质量不合格。（）铆钉质量不合格。（）焊接材料质量不合格。（）安装时管理混乱，导致材料混用或随意替代。 钢结构材料事故的处理措施（）复检各项指标。1)钢材应符合碳素结构钢（GB/T700-2006）和低合金高强度结构钢（GB/T1591-2008）的相关规定。）焊接材料应符合碳钢焊条（GB/T5117-19
29、95）、低合金钢焊条（）等相关标准的规定。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,）螺栓材料应符合紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱（GB/T2010）、钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件（GB/T1231-2006）和钢结构用扭剪型高强度螺栓连接（GB/T3632-2008）等有关规定。（）焊缝处理。对于焊缝裂纹，原则上要刨掉重焊（用碳弧气刨或风铲），但对承受静载的实腹梁翼缘和腹板处的焊缝裂纹，可采用在裂纹两端钻上止裂孔，并在两板之间加焊短斜板的方法处理，斜板厚度应大于裂纹长度。（）构件钢板夹层缺陷处理。钢板夹层是钢材最常见的缺陷之一，在构件加工前往往不易发现
30、，当发现时已成半成品或成品，或者已用于结构投入使用。构件钢板夹层处理方法如下。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,）实腹梁、柱翼缘板夹层处理。当承受静载的实腹梁和实腹柱翼缘有夹层存在时，可按下述方法处理： 在一半长度内，板夹层总长度(连续或间断)不超过200 mm，夹层深度不超过翼缘板断面高度1/5且不大于100 mm时，可不做处理继续使用。当夹层总长度超过200 mm，而夹层深度不超过翼缘断面高度1/5时，可将夹层表面铲成V形坡口予以焊合。当夹层深度未超过翼缘断面高度1/2时，可在夹层处钻孔，用高强螺栓拧合，此时应验算钻孔所削弱的截面;当夹层深度超过翼缘断面高度1/2时
31、，应将夹层的一边翼缘板全部切除，另换新板。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,）桁架节点板夹层处理。对于屋盖结构承受静载或间接动载的桁架节点板，当夹层深度小于节点板高度的时，应将夹层表面铲成 形坡口，做焊合处理；当允许在角钢和节点板上钻孔时，也可用高强螺栓拧合；当夹层深度等于或大于节点板高度的时，应将节点板做拆换处理。（二）钢结构变形事故 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，如图-所示。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,局部变形是指结构构件在局部区域内出现变
32、形，如构件凹凸变形、板边折皱波浪变形、端面的角变位等，如图-所示。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。 钢结构变形事故的原因（）原材料变形。钢厂出来的材料，少数可能受不平衡热过程作用或其他人为因素而存在一些变形，所以制作结构构件前应认真检查材料、矫正变形，不允许超出材料规定的变形范围。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,(2)冷加工时变形。剪切钢板产生变形，一般为弯扭变形，窄板和厚板变形会大
33、一点；刨削以后产生弯曲变形，薄板和窄板变形大一点。（）焊接、火焰切割变形。电焊参数选择不当、焊接顺序和焊接遍数不当，是产生焊接变形的主要原因。焊接变形有弯曲变形、扭曲变形、畸变、折皱和凹凸变形。（）制作、组装变形。制作操作台不平、加工工艺不当、组装场地不平、支撑不当、组装方法不正确等是钢结构制作中变形的主要原因。组装引起的变形有弯曲、扭曲和畸变。（）运输、堆放、安装变形。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,吊点位置不当，堆放场地不平和堆放方法错误，安装就位后临时支撑不足，尤其是强迫安装，均会使结构构件变形明显。（）使用过程中变形。长期高温的使用环境，使用荷载过大（超载），
34、操作不当使结构遭到碰撞、冲击，都会导致结构构件变形。 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，可不做处理。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，而又很难矫正时，应采用加固或调换新件进行修复。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,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截面进行强度验算，强度不足时，也应采取加固措施。（）
35、热加工法矫正变形。热加工法是采用乙炔气和氧气混合燃烧火焰为热源，对变形结构构件进行加热，使其产生新的变形，来抵消原有变形。正确使用火焰和温度是关键；加热方式有点状加热、线状加热（有直线、曲线、环线、平行线和网线加热）和三角形加热。采取热加工矫正方法时，首先要了解变形情况，分析变形原因，测量变形大小，做到心中有数；其次确定矫正顺序，原则上是先整体变形矫正，后局部变形矫正，一般角变形先矫正，而凹凸变形放在后面矫正；,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,再确定加热部位和方法，由几名工人同时加热，效果较佳，有些变形单靠热矫正有一定难度，可以借助辅助工具施以外力，对适当部位进行拉、压
36、、撑、顶、打等，加热位置应尽量避开关键部位，避免同一位置反复多次加热；最后选定合适的火焰和加热温度。矫正后要对构件进行修整和检查。（）冷加工法矫正变形。钢结构冷加工法矫正变形处理方法如下：）手工矫正。采用大锤和平台为工具，适合于尺寸较小的零件局部变形矫正，也作为机械矫正和热矫正的辅助矫正方法；手工矫正是用锤击使金属延伸达到矫正变形的目的。）机械矫正。采用简单弓架、千斤顶和各种机械来矫正变形。表-是机械矫正变形的几种方法及其适用范围。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,冷加工矫正方法必须保证杆件和板件无裂纹、缺口等损伤，利用机械使力逐渐增加，变形消失后应使压力保持一段时间。
37、（三）钢结构构件裂缝事故 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，原因大致有以下几种：（）构件材质差。（）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。（）金属可焊性差或焊接工艺不妥，在焊接残余应力下开裂。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,（）构件在动力荷载和反复荷载作用下疲劳损伤。（）构件遭受意外冲撞。 钢结构构件裂缝的处理（）裂缝处理基本要求。在全面细致地对同批同类构件进行检查后，还要对裂缝附近构件的材质和制作条件进行综合分析，只有在钢材和连接材料都符合要求，且裂缝又是少数的情况下，才能对裂缝进行常规修复；如果裂缝
38、产生原因属材料本身或裂缝较大且相当普遍，则必须对构件做全面分析，找出事故原因，慎重对待，要采用加固或更新构件方法处理，不能修补了事。（）较小裂缝处理。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,）用电钻在裂缝两端各钻一直径12 16 的圆孔（直径大致与钢材厚度相等），裂缝尖端必须落入孔中，减小裂缝处的应力集中。）沿裂缝边缘用气割或风铲加工成形（厚板为形）坡口。）裂缝端部及缝侧金属预热到 ，用焊条（钢用，钢用）堵焊裂缝，堵焊后用砂轮打磨平整为佳。除上述常规方法外，在铆接构件铆钉附近裂缝，可采用在其端部钻孔后，用高强螺栓封住。（）较大裂缝处理。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事
39、故原因分析及处理,如果裂缝较大，或出现网状、分叉裂纹区，甚至出现破裂时，应进行加固修复，一般采用拼接板或更换有缺陷部分。对局部破裂构件应采取加固修复措施，如起重机梁腹板局部破裂，可用两侧加拼接板以电焊或高强螺栓连接，拼接板的总厚度不得小于梁腹板的厚度，焊缝厚度与拼接板板厚相等。修复可按下列顺序进行：先割除已破坏的部分；再修理可保留的部分；最后用新制的插入件修补割去的破坏部分。（四）钢结构火灾事故 火灾对钢结构的危害钢结构作为一种结构体系，既有优点，也存在不容忽视的缺点。除耐腐蚀性差外，耐火性差也是钢结构的一大缺点。一旦发生火灾，钢结构很容易遭受破坏而倒塌。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构
40、事故原因分析及处理,最为典型的案例为美国纽约世贸中心大楼在年“”事件中的轰然倒塌。 钢结构的防火方法就目前应用情况看，钢结构防火方法的选择是以构件的耐火极限要求为依据的，并且防火涂料是最为流行的做法。钢构件防火方法如下：（）紧贴包裹法。一般采用防火涂料紧贴钢结构的外露表面，将钢构件包裹起来，如图-（）所示。（）空心包裹法。一般采用防火板、石膏板、蛭石板、硅酸钙盖板、珍珠岩板将钢构件包裹起来，如图-（）所示。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,（）实心包裹法。一般采用混凝土，将钢结构浇筑在其中，如图-（）所示。（五）铆钉、螺栓连接缺陷事故 铆钉、螺栓连接常见缺陷与检查方法（
41、）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。高强度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。（）检查方法。铆钉与螺栓连接检查，着重检查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。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,）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、弦线和倍以上的放大镜。）螺栓质量缺陷检查除了目测和敲击外，尚需用扳手测试，对于高强度螺栓要用测力扳手等工具测试。）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
42、重要的结构检查，至少换人重复检查 次，并做好记录。 铆钉、螺栓连接缺陷处理（）铆钉连接缺陷处理措施。）处理原则。发现铆钉松动、钉头开裂、铆钉被剪断、漏铆等应及时更换、补铆，或用高强螺栓更换（应计算作等强代换），不得采用焊补、加热再铆方法处理有缺陷的铆钉。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,）铆钉更换。更换铆钉时，应首先更换损坏严重的铆钉，为避免因风铲振动而削弱邻近的铆钉连接，局部更换时宜用气割割除铆钉头，但施工时，应注意不能烧伤主体金属，也可锯除或钻去有缺陷的铆钉。取出铆钉杆后，应仔细检查钉孔并予以清理。若发现有错孔、椭圆孔、孔壁倾斜等情况，当用铆钉或精制螺栓修复时，上述
43、钉孔缺陷必须消除。为消除钉孔缺陷，应按直径增大一级予以扩钻，用直径较大级的铆钉重铆，精制螺栓的直径应根据清孔和扩孔后的孔径决定。需扩孔时，若铆钉间距、行距及边距均符合扩孔后铆钉或螺栓直径的现行规范规定时，扩孔的数量不受限制，否则扩孔的数量宜控制在范围内。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,当在负荷状况下更换铆钉时，应根据具体情况分批更换。在更换过程中，铆钉的应力不得超过其强度。一般不容许同时去掉占总数以上的铆钉，铆钉总数在个以下时，仅容许一个一个地更换。（）螺栓连接缺陷处理措施。）紧固后的螺栓伸出螺母处的长度不一致的处理。此缺陷即使不影响连接承载力，至少也影响螺栓的外观质
44、量和连接的结构尺寸，故应做适当处理。处理时，应首先判明其发生的原因，根据不同情况采取相应的处理方法。）螺栓孔移位，无法穿过螺栓的处理。对普通螺栓，可用机械扩钻孔法调整位移，禁止用气割扩孔。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,对高强度螺栓，应先采用不同规格的孔量规分次进行检查：第一次用比孔公称直径小 的量规检查，应通过每组孔数的；第二次用比螺栓公称直径大 的量规检查，应全部通过。对二次不能通过的孔应经主管设计同意后，采用扩孔或补焊后重新钻孔来处理。）摩擦型高强度螺栓连接滑移处理。对于承受静载结构，如连接滑移是因螺栓漏拧或扭紧不足造成的，可采用补拧并在盖板周边加焊的方法来处理
45、；对于承受动载结构，应使连接在卸荷状态下更换接头板和全部高强度螺栓，原母材连接处表面重做接触面处理。对于连接处盖板或构件母材断裂，必须在卸荷情况下进行加固或更换。,上一页,下一页,返回,第二节 钢结构事故原因分析及处理,）高强度螺栓断裂处理。如此缺陷是个别断裂，一般仅做个别替换处理，并加强检查；如螺栓断裂发生在拧紧后的一段时期，则断裂与材质密切有关，称高强度螺栓延迟（滞后）断裂，这类断裂是材质问题，应拆换同一批号全部螺栓。拆换螺栓要严格遵守单个拆换和对重要受力部位按先加固（或卸荷）后拆换的原则进行。,上一页,返回,第三节 钢结构的加固,一、钢结构加固的基本要求（）钢结构的加固设计应综合考虑其经
46、济效益，应不损伤原结构，以避免不必要的拆除或更换。（）钢结构加固设计应与实际施工方法紧密结合，并应采取有效措施保证新增截面、构件和部件与原结构连接可靠，形成整体共同工作，应避免对未加固部分或构件造成不利影响。（）钢结构的加固应根据可靠性鉴定所评定的可靠性等级和结论进行。通过鉴定评定其承载力（包括强度、稳定性、疲劳等）、变形、几何偏差等，不满足或严重不满足现行钢结构设计规范的规定时，必须进行加固方可继续使用。,下一页,返回,第三节 钢结构的加固,（）加固后钢结构的安全等级应根据结构破坏后果的严重程度、结构的重要性（等级）和加固后建筑物功能是否改变、结构使用年限确定。（）对于高温、腐蚀、冷脆、振动
47、、地基不均匀沉降等原因造成的结构损坏，应先提出其相应的处理对策后再进行加固。（）对于可能出现倾斜、失稳或倒塌等不安全因素的钢结构，在加固之前，应采取相应的临时安全措施，以防止事故的发生。（）钢结构在加固施工过程中，若发现原结构或相关工程隐蔽部位有未预估到的损伤或严重缺陷时，应立即停止施工，会同加固设计者采取有效措施进行处理后方能继续施工。,上一页,下一页,返回,第三节 钢结构的加固,二、钢结构加固施工注意事项（）表面的清除。加固施工时，必须清除原有结构表面的灰尘，刮除油漆、锈迹，以利于施工。加固完毕后，应重新涂刷油漆。（）结构的稳定性。加固施工时，必须保证结构的稳定，应事先检查各连接点是否牢固
48、。必要时，可先加固连接点或增设临时支撑。（）缺陷、损伤的处理。对结构上的缺陷、损伤（如位移、变形、挠曲等）一般应首先予以修复，然后再进行加固。加固时，应先装配好全部加固零件。如用焊接连接，则应先两端后中间以点焊固定。（）负荷状态下焊接加固。在负荷状态下用焊接连接加固时应注意以下几个方面：,上一页,下一页,返回,第三节 钢结构的加固,）采用焊接加固的环境温度应在以上，最好在大于或等于的环境下施焊。）应慎重选择焊接参数（如电流、电压、焊条直径、焊接速度等），尽可能减小焊接时输入的热能量，避免由于焊接输入的热量过大，而使结构构件丧失过多的承载能力。）先加固最薄弱的部位和应力较高的杆件。）确定合理的焊接顺序，以使焊接应力尽可能减小，并能促使构件卸荷。）凡能立即起到补强作用，并对原构件强度影响较小的部位先施焊，如加固桁架的腹杆时，应先焊杆件两端节点的焊缝，然后再焊中段焊缝，并且在腹杆的悬出肢（应力较小处）上施焊。,
