钢结构脆性破坏分析

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1、钢结构脆性破坏分析［键入文档副标题］班级：十木（隧道）102班姓名：卢兵学号：10050302242012/10/10钢结构脆性破坏分析结构的脆性破坏是各种结构可能破坏形式中让人最头痛的一•种破坏。脆性断裂破坏询结构没有任何征兆不出现异样的变形，没有早期裂缝。脆性断裂破坏吋，荷载可能很小，甚至没冇任何荷载的作用。脆性断裂的突发性，破坏过程的瞬间性，根木来不及补救，人人增加了结构破坏的危险性。一、钢结构脆性断裂的特征脆性破坏，破坏时几乎不发生变形，而且是瞬间发生，破坏时应力低于极限承载力。钢材晶格之间的剪切

2、滑移受到限制，使变形无法发牛，脆性破坏的结果是钢材晶格间被拉断。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，裂纹也就停止扩展。在处于脆性状态的材料小，裂纹的扩展儿乎不需要外力做功，仅在裂纹起裂的时候，从拉应力场屮释放出的弹性能可张动裂纹极为迅速的扩展。对于钢结构，发生脆性破坏时，已经注意到主要冇以下一些共同的特征：残余应力的存在在某些构件的空洞、缺口、尖锐卩

3、

4、角、截面突变及焊接部分引起三轴向拉力；所用钢材对含有大量非金属杂质很敏感；板厚度过大影响；应

5、力集中影响；多数破坏发住在低温情况下;焊接和钢材小冶金质量影响;脆性断裂在所有情况下发牛都是突然的。二、影响钢结构脆性断裂的因索2.1裂纹断裂力学的出现，较好的解答了钢结构低应力脆断问题。钢结构或构件的内部总是存在不同类型和不同程度的缺陷。比如对接焊缝的未焊透，角焊缝的咬边，未熔仑等。这些缺陷通常可作为裂纹看待。断裂力学认为，解答脆性断裂问题必须从结构内部存在微小裂纹的情况出发进行分析。断裂是在侵蚀性环境作用下，裂纹扩展到临界尺寸时发生的。裂纹有大小之分。尤其是尖锐的裂纹使构件受力吋处于高度应力集中。裂纹

6、随应力的增大而扩展，起初是稳定的扩展，后來达临界状态，出现失稳扩展而断裂。对于高强钢材制作的结构，构件川储存的应变能高，断裂的危险性也就大于用普通钢材的结构。因此，对高强钢材的韧性应要求更高一些。2.2应力集中的影响钢结构由于孔洞、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。应力集中越严重，就越容易发生脆性断裂破坏。应力集中是产生三向应力的根源，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入塑性状态，从而

7、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人。钢结构或构件的应力集屮主要与构造细节有关：在钢构件的设计和制作中，孔洞、刻槽、凹角、缺口、裂纹以及截面突变在所难免。焊接作为钢结构的主要连接方法冇众多的优点，但不利的是焊缝缺陷以及残余应力的存在往往是应力集中源。焊接焊缝的缺陷对钢结构的影响，具体原因有一下儿点: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残余应力乂分为残余拉应力和残余压应力，前者与其它因素组合作用对能导致开裂

8、；③焊接结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，不像钏接或螺栓连接，裂缝i遇螺孔，裂缝将会终止。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箸影响。在0匕以上，当温度升高吋，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匕以内时，钢材的性能没有-多人变化。但在250C左右钢材的抗拉强度反弹，f有较人提高，而鴉性和冲击韧性

9、下降出现所谓的“蓝脆现彖”，此时进行热加工钢材易发生裂纹。当温度达600C,fy及E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匕以下，随温度降低，钢材强度略有捉高，而塑性韧性降低，脆性增大。尤其当温度下降到某一温度区间吋，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，钢材应具冇负温冲击韧性的合格保证,以提高抗低温脆断的能力。三、防止脆性断裂的措施随着现代钢结构的

10、发展以及高强钢材的人量采用，防止其脆性断裂已显得十分重要。为防止脆性断裂的发生，可以从以下几个方面入手：①合理的设计。设计上，首先要考虑合理的选择材料，特别是承受动力何在或者低温下工作的钢结构构件，就不应选择沸腾钢，其次应该在考虑材料的断裂韧性水平,最低工作温度，荷载特征，应力集中等因素后，再则是选择合理的结构型式，尤其是合理的构造细节十分重要。设计时力求使缺陷引起的应力集小减少到最低限度,尽量保证结构的几何连续性和刚度的连贯