土木工程质量缺陷事故分析及处理第4章-钢结构工程课件.ppt

1、4 钢结构工程中的质量控制、缺陷和事故土木工程质量缺陷事故分析及处理钢结构工程 钢结构工程吉隆坡双子塔钢结构工程旧金山金门大桥钢结构工程巴黎埃菲尔铁塔钢结构工程圣路易斯盖特威拱门钢结构工程帝国大厦悉尼歌剧院钢结构工程本 章 提 要1、钢结构缺陷的形成3、钢结构的事故及缺陷4、钢结构质量事故案例分析2、钢结构工程质量控制要点 4.1 钢结构缺陷的形成v4.1.1钢结构工程的特点（1）材料：单一匀质、强度大，塑韧性好、易腐蚀耐火性差、可焊性（2）构件：截面较小、薄而轻、受力较可靠（注意连接）（3）结构：以轻型、薄壁和重型、大跨、高层结构为主（4）制造：工业化程度最高（原因）、较快发挥投资收益答：一

2、、钢材出厂前的缺陷答：一、钢材出厂前的缺陷（化学、物理力学性能） 二、构件制作、安装过程中的缺陷二、构件制作、安装过程中的缺陷问：钢结构缺陷主要来源于？问：钢结构缺陷主要来源于？1、钢材的分类：（碳素钢和合金钢）（1）低碳钢（中铁99%、碳0.22%）（2）低合金钢（锰、钒、镍、铬） 4.1 钢结构缺陷的形成v4.1.2钢材性能2、钢材的连接材料连接材料的选用，需适应焊接场地、焊接方法、焊接方式（1）焊材 焊条：手工电焊多采用焊条焊丝自动或半自动埋弧焊多采用焊丝焊剂（2）螺栓（普通螺栓、高强度螺栓） 高强度螺栓主要桥梁、钢轨、高压及超高压设备的连接（2）有害元素： A、磷（P）0.035-0.

3、045%、强度、严重降低塑、韧性， 冷弯可焊 B、硫（S）0.035-0.05%、变脆 C、氧（O）0.05%、机械性能 D、氮（N）0.008%、蓝脆现象 E、氢（H）氢脆现象 4.1 钢结构缺陷的形成3、钢材的化学成分：（1）微量元素：A、碳（C）0.22%、含碳量与强度、硬度等性质的关系B、锰（Mn）0.8%、冷脆性能C、硅（Si）0.3%、强度D、钒（V）0.12%、高温稳定E、铜（Cu）0.15-0.25%、大气抗腐蚀性、热脆现象（4）可焊性（施工可焊、使用可焊）（5）疲劳（循环力反复作用、循环次数和应力特征）（6）冷脆（温度下降，脆性、韧性降低的现象；形成原因）（7）腐蚀（大气腐蚀

4、、介质腐蚀、时效腐蚀）（8）时效（人工时效） 4.1 钢结构缺陷的形成4、钢材的物理力学性能（1）拉伸性能（试验四阶段） 弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段（2）冲击韧性（抵抗冲击荷载、冲击韧性试验）（3）冷弯性能（常温承受弯曲变形的能力工艺性能）2、钢材出厂前的其他缺陷（1 1）发裂）发裂（气泡、非金属杂质；表现；分布位置；修复方法）（2 2）夹层）夹层（温度、压下量、气泡；修复方法）（3 3）微孔）微孔（钢锭头部空腔；修复方法）（4 4）白点）白点（含氢量、应力；表现；修复方法） 4.1 钢结构缺陷的形成v4.1.3轧制过程及出厂前的其他缺陷1 1、轧制过程、轧制过程（1 1）冷轧）冷

5、轧只用于生产小号型钢和薄板（2 2）热轧）热轧（细化晶粒、高温焊合气泡、裂纹和酥松力学性能改善） 缺陷：缺陷：分层、残余应力 1、钢结构的连接方式 焊接（应用较广）、螺栓连接、铆钉连接焊接（应用较广）、螺栓连接、铆钉连接 操作方式操作方式 一般通过电弧产生热量使焊条和焊件局部熔化，然后经冷却凝结成焊缝，从而使焊件连接成一体 焊接优点焊接优点 无需设连接板而直接连接且不削弱焊件截面、构件简单、节省材料，焊接刚度大，密度性能好 焊接缺点焊接缺点焊缝附近热影响区的材质变脆，一旦产生局部裂纹便易于扩展 4.1 钢结构缺陷的形成v4.1.4焊接的影响 2、焊接的影响（1 1）焊接金属具有铸造组织）焊接金

6、属具有铸造组织 针对多层焊焊接前后温度差距造成（2 2）焊接金属的氮、氧、氢含量高）焊接金属的氮、氧、氢含量高 气体来自空气中 焊条本身具有 宜采取：短弧焊、埋弧焊和气体保护焊 4.1 钢结构缺陷的形成（3 3）产生焊接残余应力）产生焊接残余应力 变脆的三个方向：变脆的三个方向：A、沿焊缝长度方向；B、垂直于焊缝长度方向；C、沿厚度方向 不利影响：不利影响：钢材变脆、构件刚度降低（受拉是截面变小） 4.1 钢结构缺陷的形成（4 4）产生焊接变形）产生焊接变形 原因：原因：不均匀加热，在焊接区局部产生了热塑性压缩变形，冷却产生变形 缺陷表现缺陷表现：纵向收缩、横向收缩、弯曲、扭曲、角变和失稳 减

7、轻变形措施减轻变形措施：合理的施焊顺序、合理的工艺措施 注意点：注意点：焊接变形如果超过钢结构工程施工质量验收规范的规定值，必须矫正矫正方法：机械冷矫正法、火焰热矫正法矫正方法：机械冷矫正法、火焰热矫正法 4.1 钢结构缺陷的形成（5 5）焊接头缺陷）焊接头缺陷 裂纹：裂纹：施焊工艺、材料以及设计细节 未熔合及未焊透未熔合及未焊透：工艺方面 夹渣夹渣：焊层间清理不彻底、焊速过快、熔渣来不及浮出 气孔：气孔：材料、工艺和环境注意：对于焊接或接头缺陷检验注意：对于焊接或接头缺陷检验 表面缺陷：肉眼或放大镜观察表面缺陷：肉眼或放大镜观察 内部缺陷：超声波探伤或射线探伤内部缺陷：超声波探伤或射线探伤

8、1、螺栓等级划分 螺栓按照性能等级分为3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、8.9、8.10、10.9、12.9共10个等级，其中3.66.8级为普通螺栓，8.812.9为高强度螺栓 等级划分两数字的含义：抗拉强度、材质的屈服比等级划分两数字的含义：抗拉强度、材质的屈服比 4.1 钢结构缺陷的形成v4.1.5螺栓连接可能产生的缺陷 4.1 钢结构缺陷的形成 2、螺栓用钢与建筑用钢的区别 螺栓用钢：含碳量0.22% 建筑用钢：含碳量0.55% 原因：螺栓截面较小，没有可焊性要求，可原因：螺栓截面较小，没有可焊性要求，可通过提高含碳量，从而获得必要的强度和硬度通过提高含碳量，从而

9、获得必要的强度和硬度 3、螺栓常见缺陷 4.1 钢结构缺陷的形成 延迟断裂延迟断裂（强度越高，延迟断裂敏感性越大） 原因：原因：氢的含量超标 来源来源：空气中的氢入侵到螺栓内部中、酸洗或电镀等加工处理过程中侵入钢的氢 不同连接副之间的螺栓、螺母和垫圈随意交换使用不同连接副之间的螺栓、螺母和垫圈随意交换使用 螺栓不同规格在出厂前都是做过配套试验的，有固定的扭矩系数，随意调换使用后果预应力、抗剪力下降，造成断裂4.2.1原材料及成品进场 4.2 钢结构工程施工质量控制要点 注意：注意：钢板、圆钢、槽钢、角钢、扁钢等不同形式的钢检验项目和标准不同，以热轧钢板热轧钢板检验为例进行说明： 1、钢材、刚铸

10、件的品种、规格、性能等应符、钢材、刚铸件的品种、规格、性能等应符合现行国家产品标准和设计要求。进口钢材产品合现行国家产品标准和设计要求。进口钢材产品的质量应符合设计和合同标准的要求的质量应符合设计和合同标准的要求热轧钢板检验项目与验收标准2、对特殊的钢材要注意复检，包括以下几种： 4.2 钢结构工程施工质量控制要点 （1）国外进口钢材，没有进出口国家复检商检报告 （2）钢材混批混批 （3）板厚板厚大于或等于40mm，且涉及有Z向性能要求的厚板 （4）建筑结构安全等级安全等级为一级，大跨度钢结构中主要受力构件所采用的钢材 （5）设计有复检要求复检要求的钢材 （6）对质量有疑义疑义的钢材 4.2

11、钢结构工程施工质量控制要点3 3、钢材的焊接材料、防腐涂料、稀释剂和固化、钢材的焊接材料、防腐涂料、稀释剂和固化剂等的品种、规格、性能应符合现行国家产品剂等的品种、规格、性能应符合现行国家产品标准和设计要求标准和设计要求 依据：依据： （1）钢结构工程施工质量验收规范 （GB502052001） （2）焊接球节点钢网架焊接超声波探伤方法及质量分级法（BJ/T3034.1） 4.2 钢结构工程施工质量控制要点4、控制要点：（1）保证钢材的屈服强度（2）切割质量（3）构件外观（4）构件允许误差4.2.2焊接工程 4.2 钢结构工程施工质量控制要点（1）焊工分类：）焊工分类： 手工操作焊工 机械操作

12、焊工（2）焊工进场要求）焊工进场要求（3）施工单位检查要点）施工单位检查要点（4）焊接图片展示）焊接图片展示 1、焊工持证上岗、焊工持证上岗焊接图片展示 4.2 钢结构工程施工质量控制要点（1）焊工工艺包括：）焊工工艺包括： 焊条，焊接接头及质量检验，焊条电弧焊，焊接应力及变形，埋弧焊，气体保护电弧焊，气焊与气割等内容（2）控制：）控制：设置专门焊接技术员专门焊接技术员（制定焊接工艺实施方案）、动态控制动态控制（责任落实带每一名焊工） 2、焊工工艺的控制、焊工工艺的控制（3）焊接工艺实施方案依据）焊接工艺实施方案依据：施工要求、图纸及相关规程规范等（4）对焊接外观质量）对焊接外观质量（裂纹、夹

13、渣、焊瘤等），尺，尺寸偏差等进行严格控制，寸偏差等进行严格控制，保证符合现行国家相关标准 4.2 钢结构工程施工质量控制要点 检验内容：焊口检验率、焊工技能、焊接机械和焊接材料等 检验步骤：A、焊工自检（一检）B、监理及质检员二检（依据：火电施工质量检验及评定标准） 不同等级焊缝进行不同的检验 A、一级焊缝进行100%检验 B、二级焊缝抽检比例20%（5）焊接质量检验：）焊接质量检验：4.2.3螺栓连接工程 4.2 钢结构工程施工质量控制要点 （1）控制内容：）控制内容： 大六角头螺栓的扭矩系数、扭剪距螺栓的紧固力和摩擦面抗滑系数 （2）高强度螺栓的紧固顺序）高强度螺栓的紧固顺序 刚度大的部分

14、不受约束自由端 中间四周（以便板间紧密） 1、施工前的控制、施工前的控制 4.2 钢结构工程施工质量控制要点紧固件的储存应符合有关规定： （1）防潮、防雨、防粉尘）防潮、防雨、防粉尘 （2）按类型、规格不同分类存放）按类型、规格不同分类存放 （3）控制发放与回收）控制发放与回收 2、紧固件的储存控制、紧固件的储存控制 3、控制施工顺序、施拧顺序及参数符、控制施工顺序、施拧顺序及参数符合设计要求和验收标准合设计要求和验收标准（施拧必须分两次拧紧） 4.2 钢结构工程施工质量控制要点 螺栓连接面面保持整洁整洁干燥，除设计要求外不得涂漆，螺栓应自由穿自由穿入螺栓孔孔，不得随意更不得随意更换换螺栓、螺

15、母，保证扭矩系数等参数值与配套试验一致 4、施工时的质量控制、施工时的质量控制 4.2 钢结构工程施工质量控制要点1、构件必须符合设计要求2、垫铁规格、位置必须正确3、构件中心、标高基准点等标记完备4、构件外观表面干净5、安装的允许偏差和检验方法符合要求4.2.4钢结构安装时质量控制要点 4.2 钢结构工程施工质量控制要点1、油漆邓种类和质量必须符合设计要求2、钢材基层处理好3、涂刷均匀、色泽一致4、干漆的厚度要求4.2.5钢结构油漆工程控制要点 4.3 钢结构失稳事故 1、原因：钢材的强度高，用它制成的构件比较细长，截面相对较小，组成构件的板件宽而薄 2、案例分析p140 实例4.9悬伸桥悬

16、臂受压下弦失稳造成大桥突然倒塌 4.3.1失稳破坏的突然性失稳破坏的突然性 4.3 钢结构失稳事故 1、轴心压杆失稳的其他形式 扭转屈曲 弯扭屈曲 2、计算长度 计算长度系数=计算长度/实际杆长 3、施工质量低劣也会影响到结构的稳定 4.3.2值得注意的几个问题值得注意的几个问题1、性质、性质最危险的破坏形式之一2、影响因素、影响因素 钢材的化学成分 钢材的力学性能（塑性、冷弯性、冲击韧性等） 构件的板厚 构件制作加工的缺陷 低温和动荷载 4.4.1钢结构脆性断裂钢结构脆性断裂 4.4 钢结构脆性断裂及疲劳破坏3、案例分析、案例分析 p143实例实例4.104.12 （1）合理设计）合理设计

17、正确选材 采用正确的构造形式 （2）正确制造）正确制造（钻孔或冲孔再扩孔、残余应力、焊接工艺、技术措施、检验制度） （3）合理使用）合理使用（不得任意改变结构使用用途或任意超负荷使用结构、平时的检查和养护）4、防止脆性断裂的措施、防止脆性断裂的措施 4.4 钢结构脆性断裂及疲劳破坏1、定义、定义 钢结构的疲劳破坏是裂纹在重复或交变荷载的长期作用下不断开展，最后达到临界尺寸而出现的断裂2、三阶段、三阶段 裂纹的形成、裂纹的缓慢扩展、裂纹的迅速断裂3、原因、原因 应力循环次数、应力比、应力幅、钢材的抗疲劳性能、较大的应力集中、加工制作缺陷 4.4.2 钢结构疲劳破坏钢结构疲劳破坏 4.4 钢结构脆

18、性断裂及疲劳破坏 1、影响、影响 使构件截面减小，腐蚀产生的“锈坑”会引起应力集中，导致构件或结构发生脆性断裂破坏 2、案例分析、案例分析（p146实例4.13） 3、钢材的应力腐蚀、钢材的应力腐蚀 定义：指受固定拉伸应力作用的金属材料在某些特定的腐蚀介质中，由于腐蚀介质与应力的协同作用而发生的脆性现象 腐蚀开裂三条件：敏感材料、特定环境、拉伸应力4.5.1 钢结构锈蚀破坏钢结构锈蚀破坏 4.5 钢结构脆性断裂及疲劳破坏 1、钢结构燃烧中的行为特点、钢结构燃烧中的行为特点 2、钢结构的火灾事故、钢结构的火灾事故 p149实例4.14若干起火灾事故4.5.2 钢结构的火灾破坏钢结构的火灾破坏 4.5 钢结构脆性断裂及疲劳破坏 1、特点、特点 承重构件有薄壁细长杆件组成 荷载计算、计算简图和 实际值较接近 制造安装和使用中出现的各种缺陷，使钢结构屋盖成为钢构件中最严重的构件之一 2、案例分析、案例分析 p149实例4.15体育馆网架结构失稳事故4.6.1 屋盖结构质量事故屋盖结构质量事故 4.6 事故案例分析 案例分析案例分析p152实例实例4.16宜宾小南门金沙江大桥吊索断裂事故宜宾小南门金沙江大桥吊索断裂事故 4.6.2 锈蚀引起钢绞线吊索断裂事故锈蚀引起钢绞线吊索断裂事故 4.6 事故案例分析