钢构工程发生脆性断裂事故的原因总结

虽然钢结构的塑性很好，但仍然会发生脆性断裂，这是由于各种不利因素的综合影响或作用的结果。主要原因可归纳为以下几方面：

1、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。通常，碳导致可焊性差；磷、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、裂纹以及分层等也将大大降低钢材抗脆性断裂的能力。

2、应力集中

钢结构由于孔洞、缺口、截面突变等不可避免，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。我们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。

当钢材在某一局部出现应力集中，则出现了同号的二维或三维应力场使材料不易进人塑性状态，从而导致脆性破坏。应力集中越严重、钢材的塑性降低愈多，同时脆性断裂的危险性也愈大。钢结构或构件的应力集中主要与其构造细节有关。

（1）在钢构件的设计和制作中，孔洞、刻槽、凹角、缺口、裂纹以及截面突变等缺陷在所难免。

（2）焊接作为钢结构的主要连接方法，虽有众多的优点，但不利的是焊缝缺陷以及残余应力的存在往往成为应力集中源。据资料统计，焊接结构脆性破坏事故远远多于铆接结构和螺栓连接结构。主要有以下原因：

①焊缝或多或少存在一些缺陷，如裂纹、夹渣、气孔，咬肉等这些缺陷将成为断裂源；

②焊接后结构内部存在的残余应力又分为残余拉应力和残余压应力，前者与其他因素组合作用可能导致开裂；

③焊接纳构的连接往往刚性较大，当出现多焊缝汇交时，材料塑性变形很难发展，脆性增大；

④焊接使结构形成连续的整体，一旦裂缝开展，就可能一裂到底。不像铆接或螺栓连接，裂缝一遇螺孔，裂縫就会终止。

3、使用环境

当钢结构受到较大的动载作用或者处于较低的环境温度下工作时，钢结构脆性破坏的可能性增大。

众所周知，温度对钢材的性能有显著影响。在0℃以上，当温升高时，钢材的强度及弹性模量均有变化，一般是强度降低，塑性增大。温度在200℃以内吋，钢材的性能没有多大变化。但在250℃左右时钢材的抗拉强度反弹，屈服强度有较大提高，而塑性和冲击韧性下降出现所谓的“蓝脆现象”，此时进行热加工钢材易发生裂纹。当温度达600℃，屈服强度及弹性模量均接近于零，我们认为钢结构几乎完全丧失承载力。

当温度在0℃以下，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据下降、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，以提高抗低温跪断的能力。

4、钢板厚度

随着钢结构向大型化发展，尤其是高层结构的兴起，构件钢板的厚度大有增加的趋势。钢板厚度对脆性断裂有较大影响，通常钢板越厚，脆性破坏倾向愈大。“层状撕裂”问题应引起高度重视。

综上所述：材质缺陷、应力集中、使用环境以及钢板厚度是影响脆性断裂的主要因素。其中应力集中的影响尤为重要。在此值得一提的是，应力集中一股不影响钢结构的静力极限承载力。在设计时通常不考虑其影响。但在动载作用下，严重的应力集中加上材质缺陷、残余应力、冷却硬化、低温环境等往往是导致脆性断裂的根本原因。