建筑工程宁夏钢结构工程事故可分为:钢结构失稳、钢结构脆性断裂、钢结构承载力和刚度失效、钢结构疲劳损伤和钢结构腐蚀损伤。他们中的一些是突然的脆性破坏,一些是可以提前发现的延性破坏。
失稳破坏
钢结构的失稳主要发生在轴压、压弯和受弯构件。它可分为两类:局部失稳和总体失稳、局部失稳和总体失稳、总体失稳、局部失稳和总体失稳。钢结构发生不稳定破坏,破坏速度极快,无法采取补救措施。后果较严重。
钢结构的脆性断裂
钢结构脆性破坏发生时,应力通常远小于钢材的屈服强度,破坏前无明显变形,吸收能量小,破坏突然发生,无事故迹象,断口光滑。
钢结构的承载力和刚性故障。
钢结构承载力故障是指在正常使用状态下结构部件或连接因材料强度超过而破坏。主要原因通常有以下几种:
(1)超负荷或负荷方式发生变化,超过结构部件的设计应力强度。
(2)连接构件发生破坏等
钢结构疲劳破坏
钢结构疲劳破坏是指钢材和部件在反复交变负荷下拉伸力远小于拉伸极限强度和屈服点时发生的破坏。疲劳破坏经历了开裂、扩展和断裂的漫长过程。
疲劳破坏切口一般有疲劳区和瞬间切断区,疲劳区记录了裂缝的扩展和闭合过程的瞬间切断区反应力具有脆性切断的特征。
钢结构的腐蚀破坏
锈蚀会导致构件截面减小,承载力降低,腐蚀引起的锈坑会增加钢结构脆性破坏的几率。
在各种钢结构发生破坏的种类中,钢结构失稳破坏是zui常见的一种。比如今年上半年,泉州某处宾馆发生整体坍塌,坍塌原因是建筑物由原四层非法增加的夹层改为七层,达到极限承载能力,处于临界坍塌状态,加上建筑施工中违规对底层支撑钢柱进行焊接加固,导致建筑物整体坍塌。
事故原因简而言之超载导致钢结构柱的稳定承载力出现了问题,造成房屋的整体垮塌。通常钢结构建筑不同混凝土结构建筑,当钢结构柱子发生失稳破坏时,通常的表现出来“破坏迅速”、“反应强烈”的特别,小编写这篇文章的主要目的是给建筑师以及初涉结构设计圈子或者初涉钢结构设计的新人普及一下钢结构稳定的概念,警惕钢结构房屋zui容易发生的一种破坏形式——“失稳破坏”。普及一些zui基本的钢结构失稳概念,特别是竖向构件的失稳。让大家在追求极致细长、苗条的构件的同时,心中能有一个安全底线。
不稳定是指由于轻微的干扰,结构失去原有的平衡状态,转移到另一个新的平衡状态。这是上学时,老师教我的。不稳定性不同于强度破坏,例如,很容易区分强度破坏和稳定破坏。大家拿个吸管立在桌上,用手压一下吸管,是不是吸管很容易就被压弯了,此时吸管发生的就是稳定破坏,如果你不压,而是两个手拉吸管,一般人应该是拉不坏的,如果你可以,那么此时吸管发生的就是强度破坏。
说到稳定承载力,就不得不提经典的欧拉公式:
对于矩形或者工字型截面,存在着强轴和弱轴之分,例如下图的构件受到轴压力,那么构件会往哪个方向失稳呢?显然会往弱轴方向失稳。因此,对于承载力控制稳定的竖向构件,shou选圆管和方钢管截面。前者可以在所有方向相等,后者可以在XY两个方向相等。
这个概念很重要。l是轴向压杆的实际几何长度。在计算方向上,通过长度是从横向约束点的距离。所以下图中,左杠的几何长度是右杠的两倍,所以左侧只有右杠的1/4。由于屈曲承载力对应于杆件长度的平方,增加侧向约束是提高构件屈曲承载力的有效手段。
但是在计算屈曲承载力的时候用的是μL,就是相当长度,简单理解μ就是考虑外界对受力构件的约束。外界约束越强,那么μ就越小,构件的屈曲承载力就越大。
给出典型的受压杆件μ的取值如下表,此参数表达的意思是外界约束的不同,杆件的失稳模态就会不一样,因此造成承载力的差别。
所以有人说泉州酒店梁柱节点损坏,导致钢梁对钢柱侧向约束减小,钢柱稳定计算长度增加,钢柱失效。大家应该就明白是什么原理了吧。
那么大家该有疑问了,如果在设计梁柱结构体系,梁对柱的约束并不是典型的铰接或者刚接,那么计算长度系数μ该怎么取呢。其实也很简单,大家可以用SAP2000对结构进行建模,然后对你感兴趣的穿层柱或者细长柱进行buckling分析,得到屈曲因子,那么就可以得到该杆件的Pcr,再利用下图中的公式,反算出μ即可。
欧拉公式讲解的差不多了,接下来我们谈谈双非线性的问题,即材料非线性和几何非线性。所谓材料非线性一般长度,是指材料的本构关系不是一条直线,钢材的典型本构关系如下图所示。由于我们日常设计中的构件通常都处于弹性阶段,所以就不说材料非线性了。
当结构的变位使体系的受力发生了显著的变化,以至不能采用线性体系的分析方法时就称为几何非线性。说到这个就不得不提初始缺陷的问题。
当杆件没有初始缺陷时,其荷载位移曲线是下图这样的,到达临界荷载前,结构是没有变形的,达到临界屈曲荷载时,有概率往任何一个方向失稳。
任何杆件加工时一定都是有一定的初始缺陷的,如果杆件有个初始的弯曲度,那结构的荷载位移曲线就变成这样了,这个才是更加符合实际。即该杆件由于几何初始缺陷的影响造成杆件的变形随着荷载的增加越来越大,杆件zui终的承载力实际是达不到临界屈曲荷载值的。
既然结构初始缺陷肯定存在,那我们可以利用他吗,答案是可以的,大家可以在我之前写的文章“ABAQUS在设计院能做什么呢?(上)”中找到下面算例,此框架初始缺陷我们在构件加工时可以人为引导,当杆件发生屈曲失稳时,右偏心发生了屈曲后承载力下降,如果外荷载卸载不掉,构件会发生大变形破坏。而左偏心虽然构件也发生了屈曲失稳,但其可以继续承担外荷载,同时发生大变形。这样就给人员一定的警示和逃生时间。
因此做为宁夏钢结构工程师在进行上面的结构的设计时,可以将它做成向左有一定初始偏心的机构,这样子它的后屈曲性能是稳定的,结构比较安全。对于初学者来说,可以用ABAQUS模拟上述结构的荷载-位移曲线,看看能否计算出结构的下降段,有助于加深对稳定性的理解。