钢结构锈蚀破坏课件

1、4.6.1概述钢结构的一大缺点：容易生锈腐蚀。钢结构的一大缺点：容易生锈腐蚀。生锈腐蚀将会使构件截面减少，腐蚀产生的生锈腐蚀将会使构件截面减少，腐蚀产生的“锈抗锈抗”会引起应力集中，导致构件或结构发生脆性断裂破会引起应力集中，导致构件或结构发生脆性断裂破坏，所以防止钢结构锈蚀破坏与防止钢结构其他形坏，所以防止钢结构锈蚀破坏与防止钢结构其他形式的破坏同等重要。式的破坏同等重要。案例 1995年5月25日，广州海印斜拉桥钢索因锈蚀突然断裂 事故原因是因为钢索上段水泥浆体未充满，对钢丝的保事故原因是因为钢索上段水泥浆体未充满，对钢丝的保护少了一道防线，致使钢索上段钢丝严重锈蚀造成。从护少了一道防线，

2、致使钢索上段钢丝严重锈蚀造成。从坠落钢索及全部钢索检查分析结果表明，全桥钢索都处坠落钢索及全部钢索检查分析结果表明，全桥钢索都处于不稳定状态，后来对该桥钢索全部逐一更换为由高密于不稳定状态，后来对该桥钢索全部逐一更换为由高密度聚乙烯直接在镀锌纯化钢丝上挤压而成的钢索度聚乙烯直接在镀锌纯化钢丝上挤压而成的钢索 海海印斜拉桥是高次超静定结构，全桥的斜拉索共印斜拉桥是高次超静定结构，全桥的斜拉索共164164根，根，其中一根断裂，不至于引起桥梁整体结构的垮塌。其中一根断裂，不至于引起桥梁整体结构的垮塌。 钢结构钢结构的防腐质量的好坏直接影响建筑物和构筑物的寿命。的防腐质量的好坏直接影响建筑物和构筑物

3、的寿命。 1889 1889年建成的埃菲尔铁塔，历经一百多年风风雨雨，至年建成的埃菲尔铁塔，历经一百多年风风雨雨，至今仍矫健的屹立在巴黎市中心。今仍矫健的屹立在巴黎市中心。 埃菲尔铁塔钢结构总面积达埃菲尔铁塔钢结构总面积达2020万平方米，每七年进行一次全面的万平方米，每七年进行一次全面的防锈涂装维护，包括清除鸟粪等污垢，防锈涂装维护，包括清除鸟粪等污垢，严格检查原有涂装的状况，并用手锤、严格检查原有涂装的状况，并用手锤、便携砂轮敲除和打磨已经损坏或被腐便携砂轮敲除和打磨已经损坏或被腐蚀的涂料，然后给塔身上涂两层防锈蚀的涂料，然后给塔身上涂两层防锈涂料，最后再涂一层表面涂料。正是涂料，最后再涂

4、一层表面涂料。正是这定期的，规范的维修养护工作，使这定期的，规范的维修养护工作，使埃菲尔铁塔至今容光焕发。埃菲尔铁塔至今容光焕发。 埃菲尔铁塔所以，钢结构的安全不仅与设计、施工有关，而且与使用有关。所以，钢结构的安全不仅与设计、施工有关，而且与使用有关。 钢结构的腐蚀主要是由于结构表面未加工保护或保护不当而受周钢结构的腐蚀主要是由于结构表面未加工保护或保护不当而受周围氧、氯和硫化物等侵袭作用所引起的。围氧、氯和硫化物等侵袭作用所引起的。钢结构锈蚀的速度与房屋所处的周围环境有关。在空气中存在有害物质（如硫酸、盐酸等）的地区，钢结构比较容易锈蚀。空气的温度、湿度及有害气体的含量、结构物所处地区地势

5、的高低等对钢结构腐蚀都有影响，其中空气湿度和有害气体浓度的影响最大。 统计资料表明：室外钢结构的锈蚀速度较快，约为室内统计资料表明：室外钢结构的锈蚀速度较快，约为室内锈蚀速度的四倍；在重工业区和化工工业区钢结构锈蚀速度约锈蚀速度的四倍；在重工业区和化工工业区钢结构锈蚀速度约为一般地区的两倍，比空气清洁的田园、山区甚至高出十倍；为一般地区的两倍，比空气清洁的田园、山区甚至高出十倍；在同一地区、同一结构物中，易于积水、积灰的构件锈蚀速度在同一地区、同一结构物中，易于积水、积灰的构件锈蚀速度快，而不易积水积灰的构件锈蚀速度就慢。快，而不易积水积灰的构件锈蚀速度就慢。 钢材的锈蚀主要是电化学腐蚀。钢材

6、的锈蚀主要是电化学腐蚀。钢在冶炼过程中，根据钢材性能的需要加入了一定量的碳或其它元素。钢材的主体元素铁和加入的其它元素的标准电极电位不同，形成了原电池。大气中的水分、氧等介质使钢结构内无数原电池形成通路，铁成为阳极失去电子而转变为铁锈。大气中的水分或其他酸性气体是钢材锈蚀的根本原因。电化学腐蚀图片4.6.1.24.6.1.2钢材的应力腐蚀钢材的应力腐蚀 应力腐蚀开裂是指受固定拉伸应力作用的金属材料在某些特定的腐蚀应力腐蚀开裂是指受固定拉伸应力作用的金属材料在某些特定的腐蚀介质中，由于腐蚀介质与应力的协同作用而发生的脆性断裂现象介质中，由于腐蚀介质与应力的协同作用而发生的脆性断裂现象，英文简称S

7、CC（Stress Corrosion Cracking）。应力腐蚀既不同于没有应力作用下的纯腐蚀，也不同于没有腐蚀介质中发生的纯力学断裂。腐蚀介质和机械应力的共同作用并不是简单的叠加作用，而是一个互相促进的过程，这两个因素的共同作用远远超过单个因素作用之和。 产生应力腐蚀开裂需具备三个基本条件，即敏感材料、特定环境和拉即敏感材料、特定环境和拉伸应力伸应力，而且他们具有如下一些共同特征。 （1）每种合金的应力腐蚀开裂只是对某些特定的介质敏感，而在其他的介质中可能就不会发生应力腐蚀开裂现象。表4.2列出了一些发生SCC的合金环境体系组合。合金合金腐蚀介质腐蚀介质低碳钢 热销酸盐溶液、碳酸盐溶液、

8、过氧化氢碳钢和低合金钢 氢氧化钠、三氯化铁溶液、氢氰酸、沸腾的42%氯化镁溶液、海水高强度钢 蒸馏水、湿大气、氯化物溶液、硫化氢奥氏体不锈钢 氯化物溶液、高温高压含氧高纯水、海水，含F 、Br 、NaOH-H2S水溶液铜合金 氨蒸气、汞盐溶液、含SO2大气、氨溶液、三氯化铁、硝酸溶液镍合金 氢氧化钠溶液、高纯水蒸气铝合金 氯化钠水溶液，海水，水蒸气，含SO2大气，熔融氯化钠，含Br 、I 水溶液镁合金 硝酸、氢氧化钠、氢氟酸溶液、蒸馏水、海洋大气、SO2-CO2湿空气、NaCl-K2CrO4溶液钛合金 含Cl 、Br 、I 水溶液，N2O4，甲醇，三氯乙烯，有机酸表表4.2 4.2 发生发生S

9、CCSCC的合金环境体系的合金环境体系组合组合 （2）发生应力腐蚀开裂必须有拉应力存在，拉应力越大，则断裂所需时间越短。断裂所需应力一般都低于材料的屈服强度。引起应力腐蚀开裂的应力来源首先是工作应力，其次是残余应力，再次是闭塞裂纹内的腐蚀物因体积膨胀产生的楔入应力。 （3）应力腐蚀开裂是一种典型的滞后破坏，整个破坏过程中可分为孕育期、裂纹扩展期、快速断裂期三个阶段： 孕育期-裂纹萌生阶段，是裂纹源成核所需的时间，约占整个时间的90%； 裂纹扩展期-裂纹成核后直至发展到临界尺寸所经历的时间；快速断裂期-裂纹达到临界尺寸后，由于纯力学作用，裂纹失稳瞬间断裂。案例：年月日宜宾小南门金沙江大桥双肋拱桥对根较年月日宜宾小南门金沙江大桥双肋拱桥对根较短的吊索突然发生断裂，致使两岸共根横梁及相连的桥面板、人行道坠短的吊索突然发生断裂，致使两岸共根横梁及相连的桥面板、人行道坠落江中。这是一起典型的应力腐蚀开裂事故，该桥的钢索构造与实例落江中。这是一起典型的应力腐蚀开裂事故，该桥的钢索构造与实例的海印斜拉桥相似，不过它的事故后果比后者严重得多。虽然双的海印斜拉桥相似，不过它的事故后果比后者严重得多。虽然双肋拱。本身是超静定结肋拱。本身是超静定结构