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钢结构习题及答案
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3秒自动关闭窗口钢结构节点破坏实例分析--《钢结构》2015年05期
钢结构节点破坏实例分析
【摘要】：与其他结构相比,钢结构的成败与否,除了与结构体系、荷载取值、计算假定、截面选择、位移控制、加工制作和运输安装等"共同性"的因素密切相关以外,还与螺栓、锚栓、焊缝和构造等"特殊性"的因素即节点息息相关。通过对某钢结构节点破坏实例的看法、比较、分析和建议,阐述节点也是决定钢结构成败的重要因素这一观点。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TU391【正文快照】：
1概述与其他结构相比,钢结构的成败与否,除了与结构体系、荷载取值、计算假定、截面选择、位移控制、加工制作和运输安装等“共同性”的因素密切相关以外,还与螺栓、锚栓、焊缝和构造等“特殊性”的因素即节点息息相关。调研得知,一般情况下,钢结构相关人员比较重视上述“共同
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２Ｑ！Ｑ生垒日刊
商品皇质量
理ｉ金班究
钢结构脆性断裂破坏的影响因素及防止措施
（中南大学土木建筑学院
湖南长沙４１００７５）
摘要：文章介绍了钢结构脆性断裂的破坏特征，影响其脆性破坏的因素，最后提出了防治铜结构脆性断裂的措施．
关键词：铜结构：脆性断裂；影响因素；防止措施
结构的脆性破坏是各种结构可能破坏形式中最令人头痛的一
种破坏。脆性断裂破坏前结构没有任何征兆，不出现异样的变形，没ｒ彳１Ｊ早期裂缝：脆性断裂破坏时，荷载可能很小，甚至没有任何外荷载的作用。脆性断裂的突发性，实现毫无警告，破坏过程的瞬间
性，根本来不及补救，大大增加了结构破坏的危险性。所以断裂力学这门学科在２０世纪５０年代以来得到了迅速的发展。目前在脆
断理论方面，还有许多问题并末解决，还远末达到用理论进行分析
的阶段，但对常见的钢结构讲，凭已有的经验和知识来制定措施，
以防止它的ｆｌｊ现，还是有把握的。
一、脆性断裂的特征
脆件破坏，破坏时几乎不发生变形，而且瞬间发生，破坏时应
力低于极限承载力。钢材晶格之间的剪切滑移受到限制，使变形无法发生，脆性破坏结果足钢材晶格问被拉断。发生的机会较多，
因此非常危险。
在处于韧性状态的材料中，裂纹的扩展必须有外力做功，如果
外力停止做功，裂纹也就停Ｉ｝：扩展。在处于脆性状态的材料中，裂
纹的扩展几乎小需要外力做功，仅在裂纹起裂时，从拉应力场中释放出的弹性能可驱动裂纹极为迅速的扩展。对于钢结构，发生脆性破坏时，已经注意到土要有以下一些共同的特征：
残余应力的存在要在某些焊接部分引起二三轴向挣力；所用钢
材对含有大量非金属杂质很敏感：多数破坏发牛在低温情况下：板厚度过大影响，应力集【｜】的影响；焊接和钢材中冶金质量影响；脆性断裂在所有情况下都是突然发生的。
二、影响钢结构脆性断裂的因素１．裂纹
断裂力学认为，对脆性断裂必须从结构内部存在的微小裂纹的情况出发进行分析。用断裂力学珲论可以计算裂纹住荷载和侵蚀性介质下的扩展情况；当裂纹扩展剑临界尺寸时，脆性断裂就会
发生。线弹件断裂力学指出，当一块板处于甲面应变状态下如果应力强度因ｆＫ。＝ｑ√兀ａｄ≥Ｋ。则裂纹将迅速扩展而造成断裂。
其中：ｔｌｒ为板所受的拉力，ａ为裂纹尺寸，ａ为系数，与裂纹形状、
板的宽度以及应力集中等有关，Ｋ。为断裂韧性，代表材料抵抗断
裂的能力，叮由实验得到。
２．鹿力集中的影响
应力集中越严重，就越易发生脆性破坏，原因是应力集中是产生三向拇应力的根源，这三向拉应力来束缚着钢材的龌性变形，而
增加钢材的脆性，极易造成高峰应力处应力集中使钢材脆性增强。
构件巾的应力集中和残余应力与构件的细节和焊缝化置、施工工艺等有关。在设计时应避免焊缝过于集中、构件截面的土壤变化
以及在施焊时会产生严重拘束应力的构造等。
３．化学成份的影响
在普通碳素钢中，硫和氧是钢材的有害元素，他们的含量过多，
易使钢材产牛热脆（即在焊接时，在焊缝附近产生热裂纹），磷、氮
含量过多易使钢材产生冷脆（即钢材在常温下，随温度的降低而脆
性增强）。
４．钢材的冶金质量影响
镇静钢和低合金钢化学成份较均匀，脱氧较充分，钢的组织较
致密，非金属夹杂较少。因而对脆性破坏的抵抗能力比冶金质量差
的沸腾钢高，更适于制造在较低温度Ｆ的使用结构。
５．＿［作温度
材料的冲击韧性与温度有密切关系。随着温度的下降．冲击韧性也不断下降。当温度下降到某一个温度时，材料出现脆性破
坏，冲击韧性降得很低，且摹本为一常量。因此，当一［作温度很低时，所用材料的韧性彳；应处十脆性破坏范围，而应接近于塑性破坏
时的数值。
６．钢板厚度的影响
在温度和使用应力都相同的情况下，材料厚度对脆性断裂的
影响是很显著的。这不仅冈为厚度较大，可能使材料处于甲面应
变状态，还冈为较厚的材料辊轧次数较小，质量较差，韧性性能较低，可能存在的冶金缺陷义较多，从而增加材料对脆性的敏感性。
三、防止脆性断裂的措施为防止脆性断裂一般应注意合理设计和选用钢材以及合理制造和安装。脆性断裂造成最严重的后果是造成结构倒塌，为Ｊ，防止出现这种情况，在设计时应注意荷载能多路径传递。例如采用
超静定结构，一日．个别结构断裂，结构仍维持几何稳定时，荷载能通过其他路径传递，结构不致倒塌，可以赢的时『ⅡＪ及时补救。
设计卜，首先要合理地选择材料，特别是承受动力荷载或低温下工作的钢结构构件，就不应选用沸腾钢；其次，各构件卜应避免尖锐突变和开ｕ，避免多条焊缝交汇，因为此处往往是三向应力产生的位置；再次，设计时应考虑施工工艺，为施工留有适当的工作
面。因为有的焊接缺陷是由于工作面窄，造成施工困难而留下的。
在施Ｔ上，要求操作人员熟练掌握焊接技术并严格遵守施Ｔ工
艺，尽量减少气孔、夹渣，并应杜绝未焊透和母材未熔合的现象。焊
接后应轻敲构件以释放部分残余应力，必要时焊接前进行预热，焊接后进行热处理。
在使用上，要求使用者不能在主要构件上任意焊接附件或作
为受力支承，必须时要经设计Ｉ司意：尽量避免超载，要注意定期油漆防护，及时检修，避免对结构的猛烈敲打、撞击和机械损伤；当气
温低于结构的设计上作温度时，应对结构进行保暖。
关于脆性断裂的发生，目前研究Ｌ三形成共识的是，事故大部分发生在焊接结构中，且破坏时气温较低。因此，对这类结构的合理
设计和施工必须引起足够的重视。
此外，冷加工、加载速度等对钢材脆性断裂性能都有影响，在
设计时应加以注意。
四、结束语
随着经济的发展和技术的进步，钢材的质量、数量都有很大的
提高。钢结构由十其独特的优越性，在Ｉ：程中的应用越来越广泛。间时，由十设计、施工、使用等方面的原因，使钢结构工程存在着脆性破坏的隐患。一旦发生，损失巨大。本文通过工程事例，对脆性破坏做一简要探讨，旨在引起工程实际中对钢结构脆性断裂的重视。
参考文献：
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［３】底素卫，郭全花，陈永强．焊接钢结构的脆性断裂．河北建筑工程学院学报．２００３（２）．
【４】秦荷成．对钢结构破坏的认识．大众科技．２００９（５）．
【５Ｊ沈祖炎，陈扬骥，陈以一．钢结构摹本原理．中国建筑工业出
版社．２００５．
作者简介：粟淼，男，汉族，湖南长沙人，中南大学十木建筑学院士木工程专业本科在读，主要研究方向：土木工程结构及材料
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