钢结构的变形事故.ppt

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1、第4章 钢结构的变形事故 钢结构具有强度高、塑性韧性好的特点，尤其是冷弯薄壁型钢的应用和轻型结构的迅速发展，使钢结构截面越来越小，壁厚越来越薄。在这种形势下，再加上原材料以及加工、制作、安装、使用过程中的缺陷和不合理的工艺等因素，结构的变形问题更加突出。4.1 钢结构变形类型 钢结构的变形可分为总体和局部变形两类。总体变形是指整个结构的外形和尺寸发生变化，出现弯曲、畸变和扭曲等。局部变形是指构件在局部区域出现变形，例如，构件凹凸变形、端面的角度变位、板边褶皱波浪变形等。通常情况下都是两种变形是组合出现的。4.2 钢结构变形原因钢材的初始变形加工制作的变形运输及安装过程中产生的变形使用过程中产生

2、的变形1.钢材的初始变形 钢材由于轧制及人为因素，常存在初始变形，因此在构件制作前必须认真检查材料，矫正变形，不允许超出钢材规定的变形范围。2.加工制作的变形（1）冷加工产生的变形 剪切产生弯扭变形；刨削产生弯曲变形。（2）制作、组装带来的变形 弯曲变形；扭曲变形和畸变。（3）焊接变形 包括纵横向收缩变形、弯曲变形、角变形、波浪变形和扭曲变形。3 运输及安装过程中产生的变形 运输中不小心、安装工序不合理、吊点位置不当、临时支撑不足、堆放场地不平均会产生变形。4 使用过程中产生的变形 钢结构在使用过程中由于超载、碰撞、高温等原因都会产生变形。4.3 钢结构变形事故处理方法4.3.1 变形事故处理

3、原则碳素结构钢在环境温度低于-16，低合金结构钢在低于-12，不得冷矫正；加热矫正的温度控制应根据钢材性能选定，但不得超过900，且矫正后缓慢冷却；变形不大可采用矫正方法，变形很大且很难矫正时应采用加固或调换新构件；矫正后误差应满足钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）。4.3.2 变形事故处理方法1.冷加工法矫正变形 （1）手工矫正；（2）机械矫正。冷矫正必须在构件无裂纹、缺口等损伤，矫正施力应逐渐增加并持力一段时间。2.热加工法矫正变形 采用乙炔和氧气混合燃烧火焰对变形构件加热，使其产生新的变形来抵消原有变形。(1)手工矫正 采用大锤和平台为工具，适合于尺寸较小的零件的局部

4、矫正，也可作为机械矫正和热矫正的辅助矫正方法。手工矫正是用锤击使金属延伸，达到矫正变形的目的。下面介绍几种手工矫正变形的方法。钢板置于平台上，凸面向上，中厚板大锤敲凸处可矫正过来，薄板以凸面为中心，从外围由远到近，由重到轻，击打凸面周围，使板件逐渐平整，最后轻微打击凸处。钢板置于平台上，凸面向上，锤击凸起部位，击点距离要适当，锤击应一遍遍进行，击力由小到大。将褶皱零件置于平台上，在弓形两端划好方格线，按方格由外向内、由重到轻、由密到稀锤击，锤击点要呈梅花型交叉。将扭曲板条置于平台上，用锤击支承点外侧板条边缘（翘起边），大体矫正后，在平台上矫正凹凸不平处。T形钢和槽钢弯曲变形，见凸就锤击。掌握好

5、支撑点距离、锤击点位置和轻重，重点锤击“凸肋”。(2)机械矫正 采用弓架、千斤顶和各种机械来矫正变形。下面介绍几种机械矫正变形的方法和适用范围。弓形矫正，使用于型钢弯曲变形的矫正。千斤顶矫正，杆件局部弯曲变形矫正。热矫正法要根据实际情况，首先了解变形情况，分析变形原因，测量变形的大小；其次确定矫正顺序，原则上先整体变形矫正，后局部变形矫正；优先矫正角变形，后矫正凹凸变形；其三确定加热部位和方法（如图所示）。加热应避开关键位置，避免对同一位置反复加热；最后选定合适的火焰和加热温度。矫正后对构件进行修正和检查。有些变形单靠热矫正有困难，可以借助辅助工具进行拉、压、撑、顶等。下面介绍几种常见的热矫正

6、方法。板件凹凸变形：凹凸变形范围较小，可用点状加热矫正；凹凸变形范围较大，用线状（平行线或网状）加热矫正。矫正顺序由凸面周围对称的逐渐向凸面中心进行。折皱变形：变形较小，可以平行线方式加热为主。变形较大，应以三角形方式加热为主。两种方式综合矫正效果更好。角变形：在翼缘板凸面与焊缝对应位置用线状加热，线宽0.52t，加热深度为1/21/3t。弯曲变形：厚板弯曲可在凸面最高点附近线状加热；钢管弯曲在凸起处点状加热；型钢弯曲在凸起侧用三角形加热；箱形构件弯曲在凸起侧线状加热。扭曲变形：板条扭曲变形，在凸面线状加热，加热线与板条长边夹角为45；箱形构件扭曲，在两腹板外侧线状加热，由两端向中间进行，然后

7、在两盖板外侧线状加热，进行矫正。4.4 典型事故实例分析例1：钢屋架倾斜弯曲事故：1.工程及事故概况 某轧钢车间为5跨单层工业厂房，其主轧跨全部采用钢屋架，共118榀，跨度36m。在屋架安装中，发现有2榀已安装固定的屋架上弦中点倾斜分别为57mm和36mn，下弦中点分别弯曲21mm和7mm，其倾斜度大大超过施工及验收规范允许偏差(2800250=11.2mm)，但不大于15mm的范围。2.事故原因 造成屋架倾斜和弯曲的原因是：屋架侧向刚度差，在焊接支撑时有移动现象，检测不严格，下弦本身焊接时存在弯曲但未予以纠正。3.处理方法 发现事故时，2榀屋架间设有的支撑已全部焊接固定，3m6m大型屋面板已

8、安装，若拆除重新安装有可能损坏屋架。该节间上弦设有横向支撑，稳定性较好，且有屋面板的作用屋架上弦侧向支承间长度较小，下弦侧弯为拉杆，且小于L1000。具体处理方法为：(1)上弦偏差按60mm考虑，即每6m偏20mm，受压杆折减系数原为0.6降为0.45，强度降低25，要提高安全度，应减小上弦无支撑长度。因此在无大型屋面板的天窗部位将原剪刀撑改为米字形支撑，使无支撑长度由6m减为3m，相应提高了承载力和安全度。(2)2榀屋架均向同一侧倾斜，为此在另一节间增加两组上弦米字形支撑(已有纵向支撑)以增加稳定。屋架上弦水平系杆原拉杆L756改为双角钢2L90 x 6，使其能承压。(3)将屋面板与屋架上弦

9、各点焊缝加强，以增大屋面刚度，使其起到上弦支撑的作用。其加固处理图如图所示。如果在吊装屋面板前钢屋架发生倾斜超差时，可用加焊厚薄垫板来调整各柱头板与钢屋架端部支座板之间接触面的统一高度和水平度。如果屋架倾斜超差是由于钢屋架间距与檩条连接间的距离不符引起时，可先卸除檩条的连接螺栓，仍用厚薄平垫板或斜垫板先调整钢屋架达到允许垂直度，然后改变檩条与钢屋架上弦的对应垂直位置再进行连接。例2 檩条承载力失效变形事故1.工程及事故概况 美国某开敞式汽车库，承重结构由4跨钢柱、梁组成，屋面檩条为冷成型槽钢，跨度6.1m和7.3m，槽钢高254mm，钢材最小屈服强度为345N/mm2，屋面为V形压型钢板，跨度

10、3.1m，屋面板与槽钢翼缘用自攻螺丝连接，中间垫橡胶密封圈。檩条伸进梁内，使其不能转动，但在跨中没有设置拉条或其他支撑。屋面设计的安全雪荷载为1.437kN/m2，但积雪不足0.719kN/m2时，檩条就发生严重的下垂和扭转，没几日，两根檩条倒塌。2.原因分析 产生事故的原因是，设计时仅考虑檩条竖向荷载而未考虑扭转。实际上，如果没有足够的拉条或支撑限制檩条的扭转，则荷载作用时，檩条截面上定会产生扭转应力，因为自攻螺丝仅简单地穿过屋面板，不能作为支撑有效地限制檩条转动。计算结果表明，当雪载达0.958kN/m2时，檩条截面上的弯曲应力和扭转应力的合力达到材料的屈服应力。倒塌的两根檩条位于屋面边沿

11、，该处一边是跨度为4.4m的屋面板，另一边是1.7m的悬臂板，这样，该檩条受到的荷载比一般檩条高40，因此，当雪载为0.671kN/m2时，截面应力就达到屈服应力(弯曲应力220.8N/mm2，扭转应力124.2N/mm2)，这个荷载与檩条倒塌时屋面的雪载非常接近。事故发生后，对原屋面改建，采用高254mm 的Z形檩条，间距2.2m，在檩条跨度1/4 处设置了高203mm的槽形钢拉条，槽口相对。在檩条支承处重叠一个长1m的相同截面 Z形钢，同时为防止檩条在支承处转动，设置了加劲肋，三角形钢板的加劲肋与Z形钢的腹板和下翼缘焊接。屋面采用双v形钢板。加固后2年，当积雪达457mm时，檩条又出现了明

12、显的挠度和扭曲。根据现场情况认为一部分变形是在檩条运输、安装过程中产生的，但是，支承处附近的翼缘局部屈曲是由压应力引起的。为证实这一观点，对檩条进行了荷载试验，当荷载加至设计荷载的75时，檩条挠度与计算值相符，且没有扭转变形。当荷载加至设计荷载时，檩条在支承处每侧1m范围内下翼缘出现了局部屈曲。显然，双截面并没有限制檩条的屈曲这是因为檩条与加固件翼缘间没有连接，它们各自朝相反方向屈曲。当荷载加至1.25倍设计荷载时，下翼缘屈曲更加严重。随即卸荷，檩条挠度消失，但翼缘局部屈曲并未消除这表明局部压应力已超出钢材的屈服强度。试验中，檩条并未发生扭转变形。进一步的分析表明，原设计对檩条受压翼缘的局部屈曲估计不足，内力最大处，虽然截面被加强，但加固件与檩条翼缘间缺乏连接，而起不到加固的作用；未加强处，虽然内力较小，但计算出的翼缘弯曲应力仍是设计规定允许值的2倍。对此，采取进一步的加固措施，在原先加固处，檩条的另一侧再加一个2.4m长、相同截面的Z形钢，三者用焊缝连接起来，保证其共同工作。