鋼結(jié)構(gòu)事故分析 脆性斷裂事故案

鋼結(jié)構(gòu)事故分析脆性斷裂事故案（某車(chē)間屋蓋因冷脆而倒塌）一、工程及事故概況某有色金屬?gòu)S平爐車(chē)間的鋼結(jié)構(gòu)除吊車(chē)梁為鉚接外,均為焊接結(jié)構(gòu)。該車(chē)間澆注跨22m,爐子跨27.5m,配料跨18m(圖1)。事故發(fā)生前首先塌落的是B列第86-90軸之間的24m托架,該托架在90軸柱子的一端墜落在工作平臺(tái)上,在第86軸柱的另一端仍然是在柱子的支托架上。由于B軸托架既支撐爐子跨和原料跨上的屋蓋結(jié)構(gòu),又幸撐B軸上部的墻體,隨著托架的破壞澆注跨、爐子跨、配料跨在第86~90軸的屋架,鋼筋混凝土屋面板以及墻板全部倒塌。8號(hào)爐子上跨度為36m的B軸托架和跨度為18m的C軸托架?chē)?yán)重變形,但未塌落。B軸托架在發(fā)生變形的情況下支撐著爐子跨和澆注跨第84-86軸的屋蓋結(jié)構(gòu)。在上述結(jié)構(gòu)墜落的時(shí)候,分布在個(gè)別柱列(第86~90軸)的構(gòu)件被破壞、變形,8號(hào)爐子區(qū)段的氧氣管道也被破壞,屋益結(jié)構(gòu)砸壞了A~B跨的澆注吊車(chē)。倒塌的結(jié)構(gòu)和部分損壞的廠房的面積為2430平方米。平爐車(chē)間結(jié)構(gòu)倒塌時(shí),室外氣溫為-26℃,風(fēng)速為7m/s,倒塌地點(diǎn)屋面積雪厚度0~8m,原料跨屋面積雪層厚度在35cm以?xún)?nèi),平爐廠房屋面實(shí)際上沒(méi)有積灰(出事前數(shù)日已清掃了屋面積灰)。8號(hào)平爐區(qū)的橋式吊車(chē)在出事時(shí)位于爐子跨,在澆注吊車(chē)上吊著空罐。二、事故原因分析事故原因調(diào)查最初的結(jié)論是:由于實(shí)際施工中,90軸柱沒(méi)有放置技術(shù)設(shè)計(jì)圖中規(guī)定的支托板,導(dǎo)致平爐車(chē)間主廠房B軸第84-90軸托架下弦支座節(jié)點(diǎn)螺栓剪切破壞造成屋蓋結(jié)構(gòu)部分倒塌。1、經(jīng)過(guò)進(jìn)一步調(diào)查分析,發(fā)現(xiàn)許多足以證明厔蓋倒場(chǎng)是由于金屬冷脆破壞引起的證據(jù),主要有：(1)托架的螺栓已錨固很長(zhǎng)時(shí)間(超過(guò)5年),在此期間,托架上的荷載顯然可能有多次超過(guò)事發(fā)時(shí)的荷載。正如前所述,在出事前數(shù)日剛清掃完車(chē)阿屋面的灰塵,發(fā)生事故時(shí)車(chē)間屋面的雪荷載相當(dāng)小,且小于設(shè)計(jì)荷載。2)進(jìn)行了檢驗(yàn)?zāi)M屋架錨固連接的承載能力試驗(yàn),采用6個(gè)直徑為20mn的螺栓,螺栓連接在53t時(shí)破壞,相當(dāng)于10個(gè)螺栓的破壞荷載為88t左右,超過(guò)出事時(shí)實(shí)際荷載的12%。3)在螺栓剪斷和隨后屋架倒塌的情況下,在三個(gè)螺栓剪斷之前,上弦桿(在靠近柱子的節(jié)間)應(yīng)該彎曲和破壞。上弦杄用這三個(gè)螺栓錨固在柱子上,此處彎矩最大。但上弦杄破壞時(shí),其彎矩較最大值小30%,這種破壞起源于脆性,桿件沒(méi)有任何變形。它或許是由于塌落結(jié)構(gòu)偶然的沖擊造成的。4)事故發(fā)生時(shí)氣溫很低,為-26℃,并且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。這是自平爐車(chē)間施工以來(lái)任何一個(gè)冬季所未曾出現(xiàn)過(guò)的低溫。(5)下弦節(jié)點(diǎn)的工作應(yīng)力相當(dāng)高,平均為780kg/cm2;節(jié)點(diǎn)板邊緣應(yīng)力為1280kd/cm2。(6)斷裂桿件和下弦節(jié)點(diǎn)連接件在負(fù)溫下金屬的沖擊韌性低,低到0.64kg/cm2(7)在制作星架下弦節(jié)點(diǎn)時(shí)沒(méi)有采取結(jié)構(gòu)措施,甚至連防止脆性破壞的必要措施也沒(méi)有(節(jié)點(diǎn)角鋼之間的縫隙實(shí)際只有0~10mm,按規(guī)范要求應(yīng)不小于50mm)。2、同時(shí)發(fā)現(xiàn)證實(shí)下弦提前斷裂的事實(shí)(1)脆性特征,墊斷裂的板裂面上有清楚的人字形圖案,裂縫分布在下表面及最大的邊緣應(yīng)力區(qū)。(2)在剪斷螺栓時(shí)螺栓孔邊緣沒(méi)有受擠壓的痕跡,在托架兩端鉆有同樣形狀的孔，在同樣的連接試件上拉斷后孔邊緣有明顯的受擠壓痕跡。(3)兩端支座墊板向下彎曲,在86軸一端彎起16~18mm,在90軸一端一個(gè)方向彎起62mm,彎曲角度事實(shí)上是反映了托架墜落在工作場(chǎng)地支座板阻撓其移動(dòng)的程度。在螺栓剪斷(下弦無(wú)斷裂)后,屋架下墜時(shí)在9軸處屋架端即支座墊板應(yīng)該是平的。(4)90軸柱節(jié)點(diǎn)金屬被端部支座墊板下部邊緣擦傷。擦傷表明了端部支座墊板的移動(dòng)對(duì)柱子的腹板產(chǎn)生了緊緊擠壓的作用,這只可能發(fā)生在下弦折斷后,托架像三鉸拱一樣產(chǎn)生橫向推力作用的情況下。橫推力為170t,在整個(gè)屋架墜落時(shí)支座墊板對(duì)柱子腹板的擠壓是不可能發(fā)生的。在下弦斷裂的情況下找到了90軸柱子上托架螺栓錨固能力降低的原因。在下弦斷裂后,托架將不可避免地下沉,必然產(chǎn)生托架支座節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng),導(dǎo)致螺栓既受拉又受剪的復(fù)雜工作狀況,在這種復(fù)雜應(yīng)力下鋼材抗力立即下降。1、由此可以得出結(jié)論：托架下弦不發(fā)生脆性破壞就不