如何预防装配式钢结构住宅脆性断裂事故

如何预防装配式钢结构住宅脆性断裂事故

1、 脆性断裂概念

钢结构是由钢组成的承重结构，尽管钢是弹塑性材料。特别是低碳钢表现出良好的塑性。然而，在一定条件下，由于各种因素的综合影响，钢结构也会发生脆性断裂。而且经常发生在拉应力状态下。脆性断裂是指钢或钢结构在低名义应力（低于钢的屈服强度或抗拉强度）条件下突然断裂。

钢结构的脆性断裂通常具有以下特征：

脆性破坏是钢结构极限状态下最危险的破坏形式。由于脆性断裂的破裂，常常导致灾难性的后果。因此，作为钢结构的专业技术人员，我们应该高度重视脆性破坏的严重性并加以预防。

2、 脆性断裂原因分析

钢结构的塑性虽然很好，但仍然会发生脆性断裂，这是各种不利因素综合影响或作用的结果。主要原因可归纳如下：

1.材料缺陷

当钢中碳、硫、磷、氧、氮、氢等元素含量过高时。这将严重降低其塑性和韧性，脆性也将相应增加。通常，碳导致焊接性差；磷和氧导致“热脆性”；磷和氮导致“冷脆性”；氢导致“氢脆”。此外，钢的冶金缺陷，如偏析、非金属夹杂物、裂纹和分层，也将大大降低钢的抗脆性断裂能力。

2.应力集中

由于孔洞、缺口和截面突变，钢结构在荷载作用下不可避免。这些部位会产生局部峰值应力，而其他部位应力较低且分布不均匀，称为应力集中。我们通常称峰值应力与平均应力之比为应力集中系数。指示应力集中的严重程度。

当钢的某一部位存在应力集中时，会出现一个相同数目的二维或三维应力场，使材料难以进入塑性状态，导致脆性破坏。应力集中越严重，钢的塑性降低越多，脆性断裂的风险越大。钢结构或构件的应力集中主要与其结构细节有关。

（1） 在钢构件的设计和制造中，孔洞、凹槽、凹角、缺口、裂缝和截面突变等缺陷是不可避免的。

（2） 焊接作为钢结构的主要连接方式，有许多优点，但缺点是焊接缺陷和残余应力往往成为应力集中的来源。据统计，焊接结构的脆性破坏事故远远多于铆接结构和螺栓连接结构。主要原因如下：

① 焊缝中或多或少存在一些缺陷，如裂纹、夹渣、气孔、咬合等，这些缺陷将成为断裂的根源；

② 焊接后结构中的残余应力可分为残余拉应力和残余压应力。前者和其他因素的结合可能导致开裂；

③ 焊接结构的连接通常是刚性的。当多个焊缝相遇时，材料的塑性变形难以发展，脆性增大；

④ 焊接使结构形成一个连续的整体。一旦裂纹扩展，它可能会裂纹到底。与铆接或螺栓连接不同，裂纹在遇到螺孔时终止。

3.使用环境

当钢结构承受较大的动载荷或在较低的环境温度下工作时，钢结构发生脆性破坏的可能性增大。

众所周知，温度对钢的性能有重要影响。当温度升高到0℃以上时，钢的强度和弹性模量发生变化，一般强度降低，塑性增加。当温度在200℃以内时，钢的性能变化不大。然而，在250℃左右，钢的抗拉强度反弹，屈服强度大大提高，塑性和冲击韧性降低，导致所谓的“蓝脆性”。此时，热加工钢容易出现裂纹