钢结构的脆性断裂事故案例(钢结构发生脆性断裂时如何处理)
导语：钢结构事故分析（C）脆性断裂事故案（某车间屋盖因冷脆而倒塌）
一、工程及事故概况
某有色金属厂平炉车间的钢结构除吊车梁为铆接外,均为焊接结构。该车间浇注跨22 m,炉子跨27.5 m,配料跨18 m(图1)。
事故发生前首先塌落的是B列第86-90轴之间的24m托架,该托架在90轴柱子的一端坠落在工作平台上,在第86轴柱的另一端仍然是在柱子的支托架上。由于B轴托架既支撑炉子跨和原料跨上的屋盖结构,又幸撑B轴上部的墙体,随着托架的破坏浇注跨、炉子跨、配料跨在第86~90轴的屋架,钢筋混凝土屋面板以及墙板全部倒塌。8号炉子上跨度为36 m的B轴托架和跨度为18 m的C轴托架严重变形,但未塌落。B轴托架在发生变形的情况下支撑着炉子跨和浇注跨第84-86轴的屋盖结构。在上述结构坠落的时候,分布在个别柱列(第86~90轴)的构件被破坏、变形,8号炉子区段的氧气管道也被破坏,屋益结构砸坏了A~B跨的浇注吊车。倒塌的结构和部分损坏的厂房的面积为2430平方米。
平炉车间结构倒塌时,室外气温为-26℃,风速为7 m/s,倒塌地点屋面积雪厚度0~8m,原料跨屋面积雪层厚度在35cm以内,平炉厂房屋面实际上没有积灰(出事前数日已清扫了屋面积灰)。8号平炉区的桥式吊车在出事时位于炉子跨,在浇注吊车上吊着空罐。二、事故原因分析
事故原因调查最初的结论是:由于实际施工中,90轴柱没有放置技术设计图中规定的支托板,导致平炉车间主厂房B轴第84-90轴托架下弦支座节点螺栓剪切破坏造成屋盖结构部分倒塌。
1、经过进一步调查分析,发现许多足以证明厔盖倒場是由于金属冷脆破坏引起的证据,主要有：
(1)托架的螺栓已锚固很长时间(超过5年),在此期间,托架上的荷载显然可能有多次超过事发时的荷载。正如前所述,在出事前数日刚清扫完车阿屋面的灰尘,发生事故时车间屋面的雪荷载相当小,且小于设计荷载。
2)进行了检验模拟屋架锚固连接的承载能力试验,采用6个直径为20 mn的螺栓,螺栓连接在53 t时破坏,相当于10个螺栓的破坏荷载为88t左右,超过出事时实际荷载的12%。
3)在螺栓剪断和随后屋架倒塌的情况下,在三个螺栓剪断之前,上弦杆(在靠近柱子的节间)应该弯曲和破坏。上弦杄用这三个螺栓锚固在柱子上,此处弯矩最大。但上弦杄破坏时,其弯矩较最大值小30%,这种破坏起源于脆性,杆件没有任何变形。它或许是由于塌落结构偶然的冲击造成的。
4)事故发生时气温很低,为-26℃,并且持续时间长。这是自平炉车间施工以来任何一个冬季所未曾出现过的低温。
(5)下弦节点的工作应力相当高,平均为780 kg/cm2;节点板边缘应力为1280kd/cm2。
(6)断裂杆件和下弦节点连接件在负温下金属的冲击韧性低,低到0.64 kg/cm2
(7)在制作星架下弦节点时没有采取结构措施,甚至连防止脆性破坏的必要措施也没有(节点角钢之间的缝隙实际只有0~10 mm,按规范要求应不小于50 mm)。
2、同时发现证实下弦提前断裂的事实(1) 脆性特征,垫断裂的板裂面上有清楚的人字形图案,裂缝分布在下表面及最大的边缘应力区。
(2)在剪断螺栓时螺栓孔边缘没有受挤压的痕迹,在托架两端钻有同样形状的孔，在同样的连接试件上拉断后孔边缘有明显的受挤压痕迹。
(3)两端支座垫板向下弯曲,在86轴一端弯起16~18 mm,在90轴一端一个方向弯起62mm,弯曲角度事实上是反映了托架坠落在工作场地支座板阻挠其移动的程度。在螺栓剪断(下弦无断裂)后,屋架下坠时在9轴处屋架端即支座垫板应该是平的。
(4)90轴柱节点金属被端部支座垫板下部边缘擦伤。擦伤表明了端部支座垫板的移动对柱子的腹板产生了紧紧挤压的作用,这只可能发生在下弦折断后,托架像三铰拱一样产生横向推力作用的情况下。横推力为170 t,在整个屋架坠落时支座垫板对柱子腹板的挤压是不可能发生的。
在下弦断裂的情况下找到了90轴柱子上托架螺栓锚固能力降低的原因。在下弦断裂后,托架将不可避免地下沉,必然产生托架支座节点的转动,导致螺栓既受拉又受剪的复杂工作状况,在这种复杂应力下钢材抗力立即下降。
1、 由此可以得出结论：
托架下弦不发生脆性破坏就不可能发生这次B轴托架的倒塌但在90轴柱没有支托板的情况下托架倒塌的威胁依然存在。在有支托板的情况下,B轴托架下弦的断裂可能不至于导致车间屋盖的破坏,托架可像三铰拱一样工作而不坠。
目录：(更新中)
钢结构建筑事故分析（A）材料事故案例“吊车梁钢材先天性裂缝”
钢结构建筑事故分析(B)材料事故案例（30 m跨钢架扭曲事故）
钢结构建筑事故分析（C）脆性断裂事故案例（某车间屋盖因冷脆而倒塌）
钢结构建筑事故分析（D）疲劳破坏事故案例
钢结构建筑事故分析（E）失稳事故案例
钢结构建筑事故分析（F）锈蚀事故案例
钢结构建筑事故分析（G）火灾事故案例
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