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钢结构因其受力可靠、强度大,截面小,重量轻等许多优点而广泛应用于单层工业厂房,大跨度桥梁,高层结构、大跨度建筑物的屋盖结构,轻型结构等领域。但是由于钢结构工程的特殊性,在设计、制作、施工过程中可能产生各种缺陷,加之超载、重复荷载、高低温、潮湿、腐蚀性介质等外界因素的作用,钢结构很可能遭受各种损坏,从而导致质量事故,这里就谈谈钢结构工程监理过程中应注意的一些问题和要点,供大家参考。
1. 钢结构工程的事故破坏形式及原因分析。
钢结构的破坏形式大致可分为如下几类,即钢结构强度和刚度的失效、钢结构的失稳、钢结构的疲劳、钢结构的脆性破坏和钢结构的腐蚀、钢结构本身的缺陷等,在设计图纸审查和施工过程中应引起重视。
1.1 钢结构的承载力失效。
1.1.1 钢结构的强度指标不合格。在钢结构设计中有两个重要的强度指标:屈服强度fy和抗拉强度fu。当构件承受较大剪力或扭转时,钢材抗剪强度fy也是一个重要强度指标。
1.1.2 钢结构的连接强度不满足要求。包括焊接强度,螺栓连接强度。
1.1.3 使用荷载和条件的改变。
1.2 钢结构的刚度失效。
主要因素有轴心受压构件的长细比要求,受弯构件的允许挠度要求,压弯构件的长细比和挠度的要求,支撑体系的选择和设置。
1.3 钢结构的稳定。
钢结构构件由于材料强度高,所需截面相对较小,所以最容易失稳,钢结构的失稳最容易发生在其基本的轴心受压构件、压弯构件和受弯构件。因此,在钢结构设计中保证其构件不丧失稳定性极为重要。
1.3.1 影响结构构件的整体稳定的主要原因。
1.3.1.1 构件设计的整体稳定不满足。
影响构件整体稳定最主要的参量为长细比λ,λ=1/r,1为构件计算长度,r为截面回转半径,应注意截面两个主轴方向的计算长度可能不同,以及构件两端实际支承情况与采用的理想支承情况的差别。
1.3.1.2 构件的各类初始缺陷。
主要包括:初弯曲、初偏心,热轧和冷加工产生的残余变形及其分布,焊接残余应力和残余变形等。
1.3.1.3 构件受力条件的改变。
钢结构使用荷载和使用条件的改变引起受压构件应力增加,使受拉构件转变为受压构件,从而导致构件整体失稳。
1.3.1.4 施工临时支撑体系不够。
1.3.2 导致钢结构构件局部失稳的主要原因。
1.3.2.1 构件局部稳定的不满足。
组合截面要构件设计中,加劲肋的布置和构造应当合理而经济,以加强局部稳定。
1.3.2.2 局部受力部位加以劲构造措施不合理。
如支座、较大集中荷载作用点,应当设支承加劲肋,构件运输单元的两端及较大构件的中间设置横隔等。
1.3.2.3 吊装时吊点位置选择不当。
钢结构在设计时,图纸应详细说明正确的起吊方法和吊点位置。
1.4 钢结构的疲劳破坏。
钢结构的疲劳破坏往往在其循环应力摊牌作用下发生。如果钢结构构件的实际循环应力特征和实际循环次数超过设计时所采取的参数,就很可能产生疲劳破坏。
此外,影响钢结构疲劳破坏的因素还有,所选用的钢材抗疲劳性能差,结构或构件中的较大应力集中,钢结构或构件加工制作缺陷等。
1.5 钢结构的脆性破坏。
钢结构的脆性破坏是其极限状态中最危险的破坏形式之一,它的发生往往很突然,没有明显的塑性变形。主要因素有:
1.5.1 所选用钢材的抗脆断性能差。选择钢材时,应根据钢材类型和工作环境具有不同温度条件冲击韧性的保证。
1.5.2 构件的加工制作缺陷。
1.5.3 构件的应力集中和应力状态。
1.5.4 构件的尺寸,这里主要指构件板材的厚度。
1.5.5 低温和动载。
1.6 钢结构的腐蚀破坏。
钢结构在使用过程中要定期检查,发现基本金属有锈蚀,要用测量工具或测量仪器查明构件断面削弱程度,通过计算,确定是否要采用更换或加固措施,钢结构易发生锈蚀的部位如下,检查中应予重视。
1.6.1 埋入地下的地面附近的部位,如柱脚等。
1.6.2 可能存积水或遭受水蒸汽侵蚀部位。
1.6.3 易积灰又温度大的构件部位。
1.6.4 经常干湿交替又未包混凝土的构件。
1.6.5 屋盖结构、柱与屋架节点,吊车梁与柱节点部位等。
1.6.6 组合截面净空小于12mm难于涂刷油漆的部位。www.tmgc8.com
1.7 钢材裂纹缺陷的原因分析:
钢材的缺陷有多种,但最为严重的是钢材中的各类裂纹。所以有必要讨论裂纹形成的主要原因,以便在设计、施工或加工制作时加以防范和避免。
1.7.1 由于某种应力作用而引起的开裂,主要是指钢锭冷却时不均匀收缩时产生的裂纹,以及钢构件加工制作工艺如冷加工、热处理、焊接等引起的裂纹。
1.7.2 由于钢中所含某一化学元素超过最大允许含量,对钢的组织结构、工艺性能或机械性能产生不良影响,从而导致其在加工或使用时开裂。如氢带来钢中的“白点”,硫使钢在热加工时发生“热脆”,磷使钢件产生“冷脆”等。
1.7.3 由于其他缺陷如气泡或缩孔等产生的内部裂纹。
1.7.4 由于熔炼与浇铸过程中非金属夹杂物进入钢液内。
1.7.5 溶解在钢中的气体与非金属夹杂物在锻轧加工时所形成的细小裂纹。
1.7.6 钢材折叠面形成的裂纹。
1.7.7 钢材长期处于高温和压力下,由于碳氢的腐蚀使表面开裂。
1.7.8 钢材突然遭到高频弹性波冲击时产生的振动裂纹。
2. 钢结构加工制作质量控制要点:
2.1 钢结构构件加工制作主要工艺大致如下:
钢材和型钢的鉴定试验→钢材的矫正(常温机械矫正或加热后矫正)→钢材表面清洗和除锈→放样和划线→构件切割→孔的加工→构件的冷热弯曲加工等。
构件加工制作过程中要注意避免下列缺陷:
2.1.1 选用钢材的性能不合格。
2.1.2 矫正时引起的冷热硬化。
2.1.3 放样尺寸和孔中心的偏差。
2.1.4 切割边未作加工或加工未达到要求。
2.1.5 孔径误差。
2.1.6 冲孔未作加工,存在有硬化区和微裂纹。
2.1.7 构件的冷加工引起的钢材硬化和微裂纹。
2.1.8 构件的热加工引起的残余应力等。
2.2 钢结构焊接工艺中应注意下列问题:
2.2.1 在焊接前必须将焊缝处母材上的油污和杂质清除干净。
2.2.2 必须使用干的焊条,如遇湿焊条应在120~250℃下烘干后使用,但不准在火上直接烘烤。
2.2.3 焊条型号必须与母材匹配。并注意焊条的药皮的类型,如对直接承受动力荷载的重要结构和在低温条件下的结构必须采用低氢型药皮,这样所得的焊缝具有较好的塑性、韧性和抗裂性。对于自动焊或半自动焊的焊丝,也要注意与母材匹配。
2.2.4 拼接板必须与母材一致,并注意拼接板的焊缝布置和被拼接母材之间的间距,如“零间隙”易带来较大的应力集中,对结构在动载和低温下工作不利。
2.2.5 母材坡口形式:坡口的形式主要取决于板厚和焊接方法,常用的有I形、V形、X形、单边U形和K形等,并注意采用封底补焊和垫板。
2.2.6 不同宽度或厚度(相差4mm以上)构件的对接焊缝,应将较宽或较厚的板件加工成≤1:4的坡度,以保证平滑过渡。
2.2.7 必须满足焊缝的某些构造要求,如最大焊脚尺寸、最小焊脚尺寸、最小焊缝长度、焊缝间的最大和最小间距、角钢上焊缝和断续焊缝构造等。
2.2.8 避免焊缝过分集中或多方向焊缝相交于一点。如梁、柱拼接时,翼缘的拼接焊缝和腹板的拼接焊缝应该错开一定的间距;加劲肋、隔板焊接时内面必须切角等。
2.2.9 焊接顺序和方向:对较厚的板材(>8mm)的焊缝采用分层施焊,每层接头要错开30mm以上,并注意各焊层的尺寸比例和施焊次序和方向,宜采用分段退焊,并在焊下一层前,必须将上层焊渣清除干净。
2.2.10 对焊缝应在两端使用引弧板,特别是对在动载和低温条件下工作的焊缝。引弧板在焊毕后用气割切除,并将板边沿受力方向修磨平整。
2.2.11 焊接时周围大气温度要求:当普通碳素钢厚度大于34mm,低合金钢厚度大于或等于30mm时,即使在环境温度不低于0℃ 时,其所需的预热温度应按试验测定。普通碳素钢中的沸腾钢以及低温下工作的半沸腾钢应避免在负温下施焊;在0~15℃环境下施焊时,应注意焊工的技术熟练程度和必要的消除残余应力应变的措施。
2.2.12 在室外焊接时,特别是在工地施焊,必须有良好的防雨、防雪和防风等设备,而在四级风以上没有防风设备时禁止施焊。
2.2.13 消除残余应力和应变:常用的方法有预热、后热、高温回力、反变形和轻敲击等。预热、后热和高温回火效果比较显著,但要考虑其费用和施行的可能性。www.tmgc8.com
2.3 钢结构螺栓连接应注意以下工艺要求:
2.3.1 螺栓孔的布置和构造:包括排列形式(并列、错列),顺受力方向和垂直受力方向的最小间距、最大间距、端距、边距,以及型钢上螺栓孔的线距要求等。
2.3.2 受力螺栓的直径一般用≥M16,对冷弯薄壁型钢结构可用≥M12。
2.3.3 螺栓受拉时将在螺纹削弱处断裂,故螺栓受拉设计应按螺纹处的有效截面Ae控制。
2.3.4 螺栓的受拉是通过设置于构件端部的端板、连接角钢或T形钢实现的,端板、连接角钢或T形钢等应有一定的厚度或设置加劲肋,以便受拉时有足够的强度和刚度。
2.3.5 高强度螺栓预应力施加方法为:先对全部螺栓初拧和复拧,然后再用电动、风动或人工特制板手拧紧螺母而产生预应力,预应力的控制常用扭矩法、转角法或采用扭剪型高强度螺栓。
2.3.6 高强度螺栓拧紧后,预应力经一段时间后会损失一部分(松弛),一般在一天以内的损失量为总损失的90%。为补偿预应力松弛的影响,施工时一般将螺栓超张拉5%~10%左右。
2.3.7 高强度螺栓施拧过程中,其施工预应力误差不应大于10%,不许欠拧,否则摩擦力满足不了设计要求,在受力过程中可能产生较大的滑移变形;也不能超拧过大,否则会拧断螺栓,或暂时未断,但过后会出现螺栓脆断现象(延迟破断)。
2.3.8 高强度螺栓的最大长度对M16、M18和M20取8d,对M22和M24取9d(其中d为螺栓的公称直径);其最小长度被连接件的最小厚度的组合来确定,即为被连接件厚度加上一个螺母高度、两个垫圈厚和拧紧后露出三道螺纹的高度,并注意结头受剪面上不应有螺纹。
2.3.9 对螺栓较多的接头,已拧好的螺栓将受到它周围螺栓在施拧时的影响。为使受力均匀,施拧时至少分两次拧,并注意选择适当的施拧次序,应从节点中刚度大的部位向不受约束的边缘进行;大面积的节点中,应从节点中央沿杆件向外进行。
2.4 钢结构的防护涂层。
所有钢结构在投入使用之前必须进行防腐处理,目前最主要的防腐措施是在其表面覆盖油漆涂料形成保护涂层,必须严格按照有关规范要求进行油漆涂料的施工,以保证防腐效果。