一鋼橋斷裂 概論

1、鋼橋斷裂鋼結(jié)構(gòu)斷裂概論斷裂力學(xué)鋼橋中斷裂經(jīng)常出現(xiàn)的位置及分析鋼結(jié)構(gòu)斷裂的預(yù)防及其措施 1第一章 概論 鋼結(jié)構(gòu)脆性破壞在鉚接結(jié)構(gòu)時(shí)代就已經(jīng)有所發(fā)生，不過為數(shù)不多，因而沒有引起人們的重視。那時(shí)多數(shù)事故出現(xiàn)在儲(chǔ)液罐和高壓水管。例如，1925年12月，美國(guó)一座直徑為35.7m、高12.8m的油罐，當(dāng)氣溫由15驟降至-20時(shí)破壞。當(dāng)時(shí)油罐裝滿原油，破壞引起了火災(zāi)。油罐壁厚25mm,由軟鋼制成。2在焊接逐漸取代鉚接的時(shí)期，脆性破壞事故增多。比利時(shí)哈塞爾特橋跨長(zhǎng)74.5m，在交付使用一年后突然裂成三段墜入阿爾培運(yùn)河。破壞由下弦斷裂開始，6分鐘后橋即垮下。當(dāng)時(shí)氣溫較低，而橋梁只承受較低的荷載。該橋用軟鋼制造，

2、上、下弦均為兩根工字鋼組合焊成的箱形截面，最大厚度56mm，節(jié)點(diǎn)板為鑄件，裂口有的經(jīng)過焊縫，有的只經(jīng)過鋼板。據(jù)1847年至1975年全世界143座鋼橋的破壞統(tǒng)計(jì)分析，約占15%斷裂破壞不同于一般的過載破壞(即材料由于過量的塑性變形而破壞）。3脆性斷裂的特點(diǎn)自從焊接結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用以來，發(fā)現(xiàn)以承受動(dòng)載為主的焊接結(jié)構(gòu)，在遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)壽命時(shí)就會(huì)出現(xiàn)脆性破壞的現(xiàn)象。 鋼結(jié)構(gòu)的脆性破壞是其極限狀態(tài)中最危險(xiǎn)的破壞形式之一。它的發(fā)生往往很突然，沒有明顯的塑性變形，而破壞時(shí)構(gòu)件的名義應(yīng)力很低，一般低于鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，有時(shí)只有鋼材屈服強(qiáng)度的0.2倍。4典型脆性斷裂實(shí)例韓國(guó)圣水大橋 120m連續(xù)鋼桁架，1

3、994年10月21日突然斷裂，通行車輛全部落入江中，32人死亡。原因是吊桿銷桿連接處，不等厚對(duì)接焊接未熔透。新疆孔雀河大橋是我國(guó)西北地區(qū)最大的一處拱形鋼橋，1998年建成通車。今年4月突然垮塌。原因，由于孔雀河大橋主跨第二根吊桿斷裂，造成主跨第三、四、五道矮T梁掉入河中，致使大橋長(zhǎng)約10米、寬約12米的路面發(fā)生垮塌。5圖1 新疆孔雀河大橋6福建武夷山公館大橋 中承式鋼架拱橋，全長(zhǎng)301米，寬18米。橋上部結(jié)構(gòu)為3孔中承式懸鏈線等截面（拱腳處截面加高加厚）鋼筋砼箱型無鉸拱拱橋。1999年11月20日建成通車的武夷山公館大橋，2011年7月4日，北端轟然倒塌，一輛正在橋上行駛的旅游大巴車墜入橋下，

4、造成1名駕駛員當(dāng)場(chǎng)死亡，其余22人受傷。7初步判斷事故原因是長(zhǎng)期超載造成吊桿“疲勞”斷裂，事故車輛成為“壓在駱駝身上的最后一根稻草”。事故車輛成為“壓在駱駝身上的最后一根稻草”。福建武夷山公館大橋倒塌現(xiàn)場(chǎng)8武夷山公館大橋成功爆破9導(dǎo)致脆性斷裂的原因所用鋼材的抗脆性能差構(gòu)件的加工制作缺陷構(gòu)件的應(yīng)力集中和應(yīng)力狀態(tài)構(gòu)件的尺寸低溫和動(dòng)載（圖）10圖1 低溫對(duì)鋼材及其構(gòu)件主要力學(xué)指標(biāo)的影響11焊接結(jié)構(gòu)出現(xiàn)脆性破壞事故比鉚接結(jié)構(gòu)頻繁，有以下一些原因。焊縫經(jīng)常會(huì)或多或少存在一些缺陷，如裂紋、欠焊、夾渣和氣孔等，這些缺陷能成為斷裂的起源。焊接后結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力未必是破壞的主因，但和其他因素結(jié)合在

5、一起，可能會(huì)導(dǎo)致斷裂。12焊接結(jié)構(gòu)的連接往往有較大剛性，當(dāng)出現(xiàn)三條相互垂直的焊縫時(shí)，材料的塑性變形就很難發(fā)展。下圖給出三向受拉的焊接區(qū)應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系曲線和原材料應(yīng)力一應(yīng)變曲線的對(duì)比。焊接使結(jié)構(gòu)形成連續(xù)的整體，一旦裂縫開展，就有可能一斷到底，不像在鉚接結(jié)構(gòu)中裂縫常在接縫處終止。為了防止焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂，需要采用質(zhì)量較高的鋼材，這一點(diǎn)在推廣焊接結(jié)構(gòu)的初期，還未得到足夠的認(rèn)識(shí)。13焊接結(jié)構(gòu)的脆性破壞也有和鉚接結(jié)構(gòu)共同之處，那就是經(jīng)常發(fā)生在氣溫較低的情況。破壞時(shí)結(jié)構(gòu)并未超載，表明脆性破壞是鋼結(jié)構(gòu)的一種特殊問題，傳統(tǒng)的強(qiáng)度計(jì)算解決不了這一問題。14鋼結(jié)構(gòu)脆性破壞事故的不斷發(fā)生，除了采用焊接外，還有以下

6、原因:結(jié)構(gòu)比過去復(fù)雜，有的使用條件惡劣(如海洋結(jié)構(gòu))，有的荷載很大，鋼材強(qiáng)度和鋼板厚度都趨于提高和增大，設(shè)計(jì)時(shí)采用更精細(xì)的計(jì)算方法并利用材料非彈性性能以盡量降低造價(jià)，致使結(jié)構(gòu)的實(shí)際安全儲(chǔ)備比過去有所降低。這些因素綜合在一起，發(fā)生脆斷的概率就會(huì)提高。15應(yīng)力腐蝕開裂定義：在腐蝕介質(zhì)中，應(yīng)力在很低的情況下，經(jīng)過一定時(shí)期也會(huì)出現(xiàn)脆性斷裂，也叫滯后斷裂或延遲斷裂。原因：構(gòu)件中原來存在的小裂紋在腐蝕介質(zhì)中隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸擴(kuò)展，待達(dá)到臨界尺寸時(shí)，構(gòu)件就會(huì)突然斷裂。16應(yīng)力腐蝕斷裂主要發(fā)生在高強(qiáng)度材料，高強(qiáng)螺栓在使用過程中就有可能出現(xiàn)延遲斷裂的現(xiàn)象。據(jù)1974年的調(diào)查結(jié)果，我國(guó)鐵路橋梁的高強(qiáng)螺栓十幾年期間有五千分之一發(fā)生了延遲斷裂。17（美）John.W 費(fèi)希爾 在鋼橋的疲勞與斷裂在書中搜集了從1978到1981年美國(guó)20個(gè)州和加拿大142座鋼橋出現(xiàn)裂紋的資料。 書中指出，有60座橋出現(xiàn)裂紋是由于小間隙處的面外變形引起的。當(dāng)該變形引起的開裂出現(xiàn)在橋梁上時(shí)，在修復(fù)之前會(huì)有大量裂紋形成。面外變形引起的裂紋出現(xiàn)在各種橋梁結(jié)構(gòu)中，有懸索橋，雙主