鋼結(jié)構(gòu)常見質(zhì)量事故研究

毛卓奇

（中天建設(shè)集團有限公司廣東分公司，浙江 東陽 322100）

鋼結(jié)構(gòu)常見質(zhì)量事故研究

毛卓奇

（中天建設(shè)集團有限公司廣東分公司，浙江 東陽 322100）

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)不斷深入推進(jìn)，鋼結(jié)構(gòu)工程越來越受到人們的普遍關(guān)注。然而，鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量事故卻沒有得到應(yīng)有的重視。如何提高鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量問題是一項重要的課題。本文對鋼結(jié)構(gòu)的缺陷、鋼結(jié)構(gòu)幾種常見的質(zhì)量事故破壞形式進(jìn)行了研究，以期為提高我國鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量提供理論參考。

鋼結(jié)構(gòu)；質(zhì)量事故；缺陷；破壞形式

1 鋼結(jié)構(gòu)的缺陷

1.1 鋼材材料自身缺陷

鋼材是鋼結(jié)構(gòu)的基本原材料，如果鋼材質(zhì)量存在缺陷則可想而知會嚴(yán)重影響鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量。鋼材質(zhì)量的控制，要從冶煉、澆注與軋制等環(huán)節(jié)中認(rèn)真做好質(zhì)量控制工作。假如在這些環(huán)節(jié)中存在一些問題則會導(dǎo)致鋼材質(zhì)量明顯下降以及并存在多種缺陷。人們在實踐中發(fā)現(xiàn)，鋼材料的缺陷主要有發(fā)裂、夾層、微孔、白點、內(nèi)部破裂、氧化鐵皮、斑疤、夾雜、劃痕、切痕、過熱、過燒、脫炭、機械性能不合格、化學(xué)成分不合格等缺陷。這些缺陷的發(fā)生，在后期可以通過一定方法來補救，比如采取簡單處理方式則可恢復(fù)其性能，然而有一部分缺陷在熱處理、焊接與冷加工等過程中是可以引發(fā)各類裂紋，而這些裂紋在很大程度上會給鋼結(jié)構(gòu)帶來一系列初始缺陷的影響，尤其是在受到外界應(yīng)力以及承受動力荷載時則會給鋼結(jié)構(gòu)造成局部性的脆性斷裂[1]。

1.2 加工制作中可能存在的缺陷

研究表明，鋼結(jié)構(gòu)在加工制作中所存在的缺陷主要有如下幾個方面：

1.2.1 構(gòu)件在加工制作中會產(chǎn)生多種缺陷

比如所選擇的鋼材之性能沒有達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致其在切割、沖孔、冷加工等過程中造成硬化與微裂紋；由于構(gòu)件在熱加工中引發(fā)的殘余應(yīng)力使得放樣尺寸會存在一定的誤差。

1.2.2 在焊接工藝中如果處理不當(dāng)也會存在多個缺陷

比如由于受到熱的影響而導(dǎo)致母材韌性有所降低、鋼材發(fā)生硬化甚至變脆與開裂；出現(xiàn)焊接殘余應(yīng)力；出現(xiàn)裂紋、氣孔、夾渣、焊瘤、燒穿、弧坑、咬邊、未熔合與未焊透等多個焊接缺陷，見圖1。

圖1 焊接工藝中可能存在的缺陷

1.2.3 在普通螺栓與高強螺栓連接過程中給鋼結(jié)構(gòu)帶來的缺陷

這些常見的缺陷主要有：在螺栓連接中開孔所造成的鋼結(jié)構(gòu)截面削弱；一些普通的螺栓受到動荷載的作用而發(fā)生松動現(xiàn)象；高強螺栓在連接預(yù)應(yīng)力的時候發(fā)生松弛所導(dǎo)致的滑移變形現(xiàn)象。

1.3 鋼結(jié)構(gòu)運輸、安裝與使用維護中可能存在的缺陷

鋼結(jié)構(gòu)在運輸過程中可能會引發(fā)比較大的變形以及帶來一定的損傷；鋼結(jié)構(gòu)在吊裝過程中可能會引發(fā)構(gòu)件變形以及局部失穩(wěn)；在安裝過程中由于未設(shè)置一些臨時支撐而引發(fā)鋼結(jié)構(gòu)變形以及失去穩(wěn)定性；在施工連接過程中，鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量并沒有符合相關(guān)設(shè)計要求；在使用期間因為地基不穩(wěn)、出現(xiàn)不均勻沉降等多種現(xiàn)象可能會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)損壞；由于未給予鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期維護而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重腐蝕進(jìn)而影響鋼結(jié)構(gòu)的可靠性[2]。

2 鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量事故常見的破壞形式

2.1 鋼結(jié)構(gòu)的承載力、剛度失效

在正常使用條件下，由于組成鋼結(jié)構(gòu)的材料的強度太大，超過使用強度，此時就會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)承載力失效。導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)失效的原因有鋼材強度的指標(biāo)不達(dá)標(biāo)；連接強度沒有符合相關(guān)的要求；改變了使用荷載與條件。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到外界影響，但卻繼續(xù)承載，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度不能滿足設(shè)計要求而失效[3]。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)

鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定是鋼結(jié)構(gòu)的兩大穩(wěn)定類型。其中，整體穩(wěn)定跟鋼材的牌號、截面、受力作用的位置、結(jié)構(gòu)的長細(xì)比等多種因素密切相關(guān)。這些因素如果處理不當(dāng)以及沒有支撐，則會引發(fā)局部構(gòu)件的整體失穩(wěn)。鋼結(jié)構(gòu)寬厚比如果比例不當(dāng)，則會引發(fā)鋼結(jié)構(gòu)局部穩(wěn)定。在確保鋼結(jié)構(gòu)之局部穩(wěn)定，可以在結(jié)構(gòu)受力較大的局部部位加設(shè)支承加勁肋，這樣可以較好地防止鋼結(jié)構(gòu)局部失穩(wěn)。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞

當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)受到往復(fù)的循環(huán)應(yīng)力就會使鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞破壞。導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)疲勞之主要因素為：所選擇的鋼材之抗疲勞性能比較差；結(jié)構(gòu)或構(gòu)件會受到比較大的應(yīng)力；在加工制作環(huán)節(jié)中所引發(fā)的初始微裂縫、殘余應(yīng)力與殘余變形。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)的脆性斷裂破壞

研究顯示，脆性破壞是鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生極限破壞的最危險模式，這種破壞具有突發(fā)性，鋼結(jié)構(gòu)之塑性變形是不明顯的。人們在實踐中了總結(jié)了影響鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞之因素非常多，比如，所選擇的鋼材之抗脆性能比較差、構(gòu)件在加工制作中存在某種或某幾種缺陷、構(gòu)件之應(yīng)力過度集中、鋼結(jié)構(gòu)受到低溫的影響或受到?jīng)_擊荷載的作用。

2.5 鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕破壞

對于普通的鋼結(jié)構(gòu)，其抗腐蝕能力不夠好，所以容易發(fā)生腐蝕。為此，在一些鋼結(jié)構(gòu)工程中，必須高度重視這種腐蝕問題。據(jù)有關(guān)資料表明，全球每年大概35%之鋼鐵由于腐蝕而導(dǎo)致失效。因此，防腐蝕對于節(jié)省鋼材、防范鋼結(jié)構(gòu)工程安全事故具有非常大的意義。一般來說，在使用鋼結(jié)構(gòu)過程中，需要給予定期檢查與維護，如果發(fā)現(xiàn)了基本金屬發(fā)生腐蝕，則應(yīng)該及時運用測量工具或其他測厚儀來檢查腐蝕的削弱程度，然后經(jīng)過相關(guān)計算來確定更換或給予加固。

3 結(jié)語

筆者在多年的鋼結(jié)構(gòu)工程實踐中，對防范鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量事故深有體會，筆者認(rèn)為關(guān)鍵是要做到以下幾點：一是正確選用鋼材。如果選材不當(dāng)則會給工程質(zhì)量帶來事故隱患。二是認(rèn)真把好鋼材加工制作關(guān)，否則會使鋼材在冷與熱加工等環(huán)節(jié)中受到殘余應(yīng)力與殘余變形，從而降低鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力以及引發(fā)疲勞破壞。三是構(gòu)件在運輸中應(yīng)該認(rèn)真做好防護工作，以防止構(gòu)件塑性變形，從而避免鋼結(jié)構(gòu)之安裝偏差的發(fā)生。四是鋼結(jié)構(gòu)在施工中要做好施工臨時支撐工作，待鋼結(jié)構(gòu)在形成空間受力體系之前，應(yīng)該及時架設(shè)一些臨時支撐，防止鋼結(jié)構(gòu)面外之整體傾覆。

總之，我們要加強對鋼結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，充分了解鋼結(jié)構(gòu)的各種破壞形式，從而才能更好地在鋼結(jié)構(gòu)工程中發(fā)現(xiàn)問題以及順利解決問題，從而有效降低鋼結(jié)構(gòu)工程安全質(zhì)量事故的發(fā)生率。

[1]陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].北京：科學(xué)出版社，2005.

[2]陳驥.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論與設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[3]錢偉，宋顯銳.鋼結(jié)構(gòu)工程倒塌事故原因分析與鑒定[J].施工技術(shù)，2009（10）.

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1671-3362（2013）07-0038-01