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根据钢结构材料事故的案例分析看钢结构材料的采购问题

文章来源:肇兴金属材料发布时间:2016-07-08 11:42

钢结构材料事故是指由于钢结构材料如H型钢,中厚板,镀锌板彩涂板等本身的原因引发的事故。材料事故可概括为两大类:裂缝事故和倒塌事故。裂缝事故主要出现在钢结构基本构件中,倒塌事故则指因材质原因引起的结构局部倒塌和整体倒塌。  

钢结构材料事故的产生原因如下:
1.钢材质量不合格;
2.铆钉质量不合格;
3.螺栓质量不合格;
4.焊接材料质量不合格;
5.设计时选材不合理;
 6.制作时工艺参数不合理,再者,钢材与焊接材料不匹配;
7.安装时管理混乱,导致材料混用或随意替代


某厂汽轮机车间吊车梁钢材先天性裂缝

 

一.工程及事故概况

 

    某厂汽轮机车间为36m和30m并联等高两跨厂房,柱距12m,总长180m,屋架下弦标高19.2m,36m跨有200/1000KN和200/750KN桥吊各一台,30m跨有200/750KN和100/500KN桥吊各一台,都采用实腹式吊车梁,截面见图3.2所示。

 

    1960年建成,1961年质量大检查,发现吊车梁到处裂纹,图3.3是有代表性吊车梁裂纹示意图;上下翼缘有一二十条横向裂纹,腹板较少一点,裂纹都在表面,一般深1—2mm,大于3mm深很少,裂纹宽度一般为0.07mm以下,长度大多是200—300mm,最长达600mm,裂纹斜度不一致,在翼缘板与腹板焊缝两侧附近未发现有裂纹,但母材上部普遍存在;端部和腹板加劲肋板没有裂纹;裂纹存在会在动荷载下发展成裂缝,甚至导致结构破坏,因此后果令人担忧。





二.事故原因分析

 

    首先要确定裂纹产生原因。裂纹常见原因有焊接热应力、热脆和冷脆、应力集中、超应力、超疲劳强度以及运输中撞击等。

    分析该车间吊车梁与上述诸因素无关,钢材杂质远小于规定指标、气温正常、车间尚没有使用、运输中没有发生事故,唯一可能的原因只是焊接热应力,但裂纹所在部位都远离焊缝热影响区,故也不是焊接热应力引起。
 

    调查了钢材来源,走访了冶炼厂和结构加工厂,找到了裂纹产生原因:当时为片面追求速度,铸钢刚浇好的高温钢锭,仅冷到400—500℃就拆模,又不检查不清理,送去升温轧钢,没等钢板冷到300℃以下,就送到结构加工厂下料,等钢板冷到50℃左右就拼装焊接,当时就发现不少微裂纹,但没引起重视,正是由于钢锭温度差过大,导致钢材表面存在大量微裂,虽经加热轧压,微裂仍不能闭合,由于钢锭是多边形,轧后板材上下两面的微裂纹往往整张都有,焊成的吊车梁上就到处是裂纹;而加劲板(22和12mm厚)和腹板(14mm厚)是外购钢材,故都没有裂纹。

   
   吊车梁已全部安装好,并涂上红丹,部分已油漆,给裂纹检查带来困难。为全面检查裂纹情况以便处理,把吊车梁全部吊下来,用碱水浸泡洗涤,除去红丹和油漆,用放大镜逐格寻找裂纹,再用超声波对完好部位进行抽查,经过三个月检查,60根吊车梁只有3根没有裂纹,4根裂纹严重,不仅上下翼缘各有10多条裂纹,腹板靠支座第一格中还有不少龟裂纹,裂纹深度用风枪披雕、深度计复测,由于雕不准和测量误差,纹深数据不准,但大多数为1—2mm,少量纹深达3mm,说明裂纹全在表面上。 
 

三.处理方法

 

    调查清楚后确定处理方法。裂纹对于吊车梁是危害很大的,但如把有裂纹吊车梁全部报废更换,损失巨大(计500t钢材)。基于裂纹不是钢材内在质量问题,又不是焊接热应力引起,原吊车梁应尽量利用;经计算复核,如上下翼缘厚度在局部处减薄1mm,不会影响强度,梁挠度也不会增大,30mm厚钢板减去3%可以通过,但纹深2—3mm处,如雕磨去后,对强 度和刚度就有明显影响,所以要补焊。最后处理方法如下:

 

(1)对无裂纹吊车梁不予以加固处理。

(2)对大多数有微裂纹吊车梁,裂纹深度小于1mm的,用小圆头风凿雕去,不另行补强;裂纹深度2—3mm的,先用风凿雕去,再用小直径低氢焊条(韧性好)焊缝补厚,手工焊热影响区较小;为了确保安全,在有裂纹吊车梁的下翼缘加焊一条长9m、宽200mm、厚20mm加强板(见图3.4),两端不焊,两侧采用间断焊缝,该加强板平时起减少挠度作用,万一隐蔽裂纹有发展,加强板会屈服延伸,吊车梁挠度大增,发出警报,可重新处理。

(3)对3根上下翼缘和腹板有较多花样龟裂的梁,同上采取处理外,在上翼缘和腹板间增设斜撑板(加劲肋板间通长设),斜撑板减小了腹板计算高度和上翼缘的外挑长度,还使中和轴上升,降低了上翼缘压应力(见图3.4),斜撑板厚16mm,也加强了梁抗扭性能;另外在斜撑板的下边,按吊车梁钢轨固定螺栓位置开大圆孔,以便日后调整安装螺栓之用;斜板也采用间断焊缝。 

 

    处理后吊车梁经25年使用,没有出现新裂纹,加固方案成功。 

哈尔滨某钢桥因材质问题而开裂

 

一.工程及事故概况  

   哈尔滨的滨洲城松花江大钢桥是铆接结构,77m跨的有8孔,33.5m跨的有11孔。1901年由俄国建造,1914年发现裂缝,裂纹大部分在钢板的边缘或铆钉周围,成辐射状。

二.原因分析

   经试验证明,该钢材是从比利时买进的马丁炉钢,脱氧不够。由于FeO及S增加脆性,特别是金相颗粒不均匀,所以不适于低温加工,母材冷弯试验在90℃时已开裂,到180℃时还有断裂发生,且钢材边缘发现夹层。该批钢材的冷脆临界温度为0℃,而使用时最低温度是-40℃,这是造成裂缝的重要原因。调查结果表明:

 

(a)该桥的实际负荷并不大;

 

(b)大部分裂纹不在受力处;

 

(c)钢材的金相分析后材质不均匀;

 

(d)各部分构件受力情况较好,所以钢桥可以继续使用。

 

    该桥在后来使用中,在各桥端节点的铆钉处又有新的裂纹出现,于是进行了缝端钻孔以阻止裂纹发展,直到1970年该桥才被分部分批换下。通过复检,换下的构件上有200多条裂缝,其中最长的110mm,宽0.1~0.2mm,大约50mm长的裂纹有150余处。

 

某钢贮油罐因含硫量过多而崩塌

 

一.工程及事故概况  

   
   甘肃某山区建有一座大型石油贮罐,直径D=20m,高H=18m,采用厚度为δ=12mm的钢板焊接而成。1973年建成,1975年突然崩塌,原油外流染遍了山区草木,结果引起大火,绵延约2公里,引起人们的极大恐慌。


二.原因分析

    事故发生后通过对设计、材料、施工等环节的调查复核。结果发现设计无问题,钢材的力学性能满足要求,但化学成份不满足,主要是含硫量过高。其含硫量为0. 9%,超过允许值0.40~0.65%近一倍。在钢材温度达800—l000℃时硫使钢材变脆,在焊接高温影响下会引起热裂纹。此外,硫含量过高会降低钢材的冲击韧性、疲劳强度和抗锈蚀性能。该贮罐钢材含硫量过高,可焊性差,焊接引起的裂缝在外力作用下逐渐扩展,最终引起崩塌,造成重大事故。

 

 

中国东北某发电厂钢屋架脆裂

 

    1972年东北地区某发电厂施工过程中,36m钢屋架加工完毕返至施工现场后,发现85℅的运送单元在下弦转角节点处产生不同程度的裂缝,其中有两条裂缝延伸到远离热影响区的部位,长110mm,宽0.1~0.2mm。因发现早未造成大的损失,经试验和测量,造成脆裂的原因有:材质不合格,低温冲击韧性差以及汇交于节点板上各杆之间的空隙过小,低温焊接产生了较大的残余应力。



综上,建议钢结构企业在钢结构材料的采购源头就保证采购渠道的正规和前端,尽量选择各钢厂的一级代理商,例如宝冶、巴特勒、美联、来实、钢之杰等国内钢结构企业的领军企业,都对供应商的资质进行严格的审查,尤其彩涂板这块,不仅仅具有钢铁属性,更属于钢铁加工的末端产品,其材质,镀层,涂层等等都影响其后期的加工品质,所以务必专业严格,上海肇兴作为宝钢彩涂板一级代理商,强烈建议钢结构企业根据工程的实际情况,选择合适的彩涂板,首推宝钢彩涂板。