钢结构事故类型原因的综合分析.课件

1、第10章 钢结构事故类型原因的综合分析一、概述 由于原因与结果之间的逻辑关系不同，则形成的事故链则不同，主要形式如下：1.多因致果集中型各自独立的几个原因,共同导致事故发生称为“集中型”,2.因果连锁型 博德（Frank Bird）在海因里希事故因果连锁理论的基础上，提出了现代事故因果连锁理论，其事故连锁过程影响因素为：管理失误个人因素及工作条件不安全行为不安全状态事故伤亡。3复合型 从质量事故的调查中发现，单纯的集中型或单纯的连锁型均较少，常见的往往是某些因果连锁，又有一些原因集中，最终导致事故的发生，成为“复合型”。通常对于一些重大的工程质量事故，通过事故链的分析，并采用逻辑推理法可以全面

2、查明事故的本质原因11.钢屋盖事故类型（1）桁架杆件弯曲。 （2）桁架杆件局部弯曲。 （3）屋架垂直偏差。 （4）桁架节点板弯曲。 （5）桁架节点板开裂。 （6）屋架支座节点连接损坏。 （7）屋架挠度超标准。 （8）屋盖支撑屈曲。 （9）屋盖倒塌。 钢屋架是屋盖中的主要结构，其最普遍的损坏形式是杆件弯曲和杆件局部弯曲，个别情况弯曲值达100mm，并超过杆件长度的1/50。表10-1是前苏联对20个冶金厂66个车间有不同程度破坏的770榀屋架所作的分析。而损坏最多的杆件是屋架腹杆（表10-2），其中以受压腹杆最为危险，它的弯曲频数比受拉腹杆高出3倍。在一般屋架中约有70%的受压腹杆存在弯曲，平均

3、弯曲矢高为1015mm，个别达100mm。弯曲方向主要为出屋架平面，其中以跨中附近的柔性腹杆破坏最频。上弦杆损坏情况最少，这是由于上弦杆有足够大的断面，与屋盖构件和支撑有较好的连接。二、钢屋盖事故22.钢屋盖事故原因分析 屋盖中屋架和托架是主要构件，其薄弱环节是长细比大的受压腹杆、屋架与柱连接节点、端部受拉斜撑和天窗斜撑。 制作和安装中的原因： （1）构件几何尺寸超过允许偏差，由于矫正不够、焊接变形、运输安装中受弯，使杆件有初弯曲，引起杆件内力变化。 （2）屋架或托架节点构造处理不当，形成应力集中；檩条错位或节点偏心。 （3）腹杆端部与弦杆距离不合要求，使节点板工作恶化，出现裂缝。 （4）桁架

4、杆件尤其是受压杆件漏放连接垫板，造成杆件过早丧失稳定。 （5）桁架拼接节点质量低劣，焊缝不足，安装焊接不符合质量要求 （6）任意改变钢材要求，使用强度低的钢材或减小杆件设计截面。 （7）桁架支座固定不正确，与计算简图不符，引起杆件附加应力。 （8）违反屋面板安装顺序；屋面板搁置面积不够、漏焊。 （9）忽视屋盖支撑系统作用，支撑薄弱，有的支撑弯曲。 （10）屋面施工违反设计要求，任意增加面层厚度，使屋盖重量增加。3使用中的原因： （1）屋面超载，尤其是某些工厂不定期清扫屋面积灰，使屋面上超载，发生事故。 （2）没经预先设计而在非节点处悬挂管道或重物，引起杆力变化。 （3）使用过程中高温作用和腐蚀

5、，影响屋盖承载能力。 （4）重级工作制吊车运行频繁，产生对屋架的周期性作用，造成屋盖损伤破坏。 （5）使用中切割或去掉屋盖中杆件等。 除了上述损坏事故原因外，设计中考虑不周或错误，也是屋盖产生事故。设计上的原因有屋盖结构设计方案不合理、支撑考虑不周、计算简图不符实际、荷载估计错误、计算和图纸出错等。4 三、空间钢网架结构事故（选讲） 1.概述 网架和网壳结构的适用性、美观性、可靠性、安全性和经济性已为世人所公认，因而它得到了广泛的应用和迅猛发展。特别是网架结构的应用，我国不论在规模上还是数量上都居于世界的领先地位。但是，随着网架大量应用的同时，也发生了一些大小不同的事故。据不完全统计，自然灾害

6、、意外事故者较少，而大多数事故是责任事故，设计、制作、运输、安装和管理等方面都曾发生过，使国家的财产和人的生命遭受了不少损失。但这些事故并未受到应有的重视，吸取教训，引以为戒，因而不时重复发生52.钢网架结构事故类型 钢网架结构事故按事故造成的危害和损失程度可分为： （1）恶性事故。网架结构整体或部分塌落，造成了生命和财产的重大损失。 （2）严重事故。网架结构虽未塌落，但已丧失了承载能力，不能正常使用，不得不报废或重建，造成经济上的重大损失。 （3）重大事故。事故发生后，网架整体或较多的杆件、节点经过处理或加固后仍可继续使用，但造成了较大的经济损失。 （4）小事故。网架结构在制造、安装或使用初

7、期，发现局部存在问题和隐患，但可以用较少的时间和资金予以解决，不影响以后的正常使用。 按事故存在的范围可分为： （1）整体事故。网架结构整体塌落或局部有严重缺陷，影响了结构的完整性，使结构丧失了承载能力和正常使用能力。 （2）局部事故。网架结构局部有缺陷或严重缺陷，必须及时处理，才能保证结构安全正常地使用。6按造成事故因素的多少可分为： （1）单一因素事故。由于一种因素造成的事故。 （2）多种因素事故。由于多种因素组合所造成的事故，但其中可以找出最主要的因素。 （3）复杂因素事故。造成事故的因素很多，但一时难以确切断定何者为主要因素。 事故的主要表现为： （1）杆件弯曲。 （2）杆件断裂。 （

8、3）杆件与节点焊缝连接破坏。 （4）节点板变形或断裂。（5）焊缝不饱满或有气泡、夹渣、微裂缝超过标准。 （6）高强螺栓断裂或从球节点中拔出。 （7）杆件在节点相碰，支座腹杆与支承结构相碰。 （8）支座节点移位。 （9）网架挠度过大，超过了规定的要求。 （10）网架结构倒塌。73.钢网架结构事故原因设计原因 : （1）结构型式选择不合理，支撑体系或再分杆体系设计不周，网架尺寸不合理。如当采用正交正放网架时，未沿周边网格上弦或下弦设置封闭的水平支撑，致使网架不能有效传递水平荷载。 （2）力学模型、计算简图与实际不符。如网架支座构造属于两向约束时，计算时按三向约束考虑。 （3）计算方法的选择、假设条

9、件、电算程序、近似计算法使用的图表有错误，未能发现。 （4）杆件截面匹配不合理，忽视杆件初弯曲、初偏心和次应力的影响。 （5）荷载低算和漏算，或由于网架工况复杂，荷载组合不当。对自然灾害（如地震、风振、温度变化、积水积雪、火灾、大气或有害气体及物质的腐蚀性等）估计不足或处置不当，或对一些大中型网架结构应该进行的非线性分析，稳定性分析，支座不均匀沉降、不均匀侧移，重型桥式吊车对网架的影响，中、重级悬挂吊车对网架的疲劳验算等，没有进行验算和分析。 （6）材料（包括钢材、焊条等）选择不合理。 （7）网架结构设计计算后，不经复核就增设杆件或大面积的代换杆件，从而导致超强度设计值杆件的出现。 （8）设计

10、图纸错误或不完备。如几何尺寸标注不清或矛盾，对材料、加工工艺要求、施工方法及特殊节点的特殊要求有遗漏或交代不清等。 （9）节点型式及构造错误、节点细部考虑不周全。8制作原因: （1）材料验收及管理混乱，不同钢号、规格材料混杂使用，特别是混用了可焊性差的高碳钢，钢管管径与壁厚有较大的负偏差，拼装前杆件有初弯曲而不调直。 （2）杆件下料尺寸不准，特别是压杆超长，拉杆超短。 （3）不按规范规定对钢管剖口，对接焊缝焊接时不加衬管或不按对接焊缝要求焊接。 （4）高强螺栓材料有杂质，热处理时淬火不透，有微裂缝。 （5）球体或螺栓的机加工有缺陷，球孔角度偏差过大。 （6）螺栓未拧紧，网架在使用期间在接缝处出

11、现缝隙，螺栓受水气浸入而锈蚀。 （7）支座底板及与底板连接或肋板采用氧气切割而不将其端面刨平，组装时不能紧密顶紧，支座受力时产生应力集中或改变了传力路线。 （8）焊缝质量差，焊缝高度不足，未达到设计要求。9拼装和吊装原因: （1）胎具或拼装平台不合规格即进行网架拼装，使单元体产生偏差，最后导致整个网架的累积误差很大。 （2）焊接工艺、焊接顺序错误，产生很大的焊接应力，造成杆件或整个网架变形。 （3）杆件或单元或整个网架拼装后有较大的偏差而不修正，强行就位，造成杆件弯曲或产生很大的次应力。（4）对网架施工阶段的吊点反力、杆件内力、挠度等不进行验算，也不采取必要的加固措施。 （5）施工方案选择错误

12、，分条分块施工时，不采取正确的临时加固措施，使此局部网架为几何可变体系。 （6）网架整体吊装时采用多台起重机或拔杆，各吊点起升或下降时不同步，用滑移法施工时，牵引力和牵引速度不同步，使部分杆件弯曲。 （7）支座预埋钢板、锚栓位置偏差较大，造成网架就位困难，为图省事而强迫就位或预埋板与支座底板焊死，从而改变了支承的约束条件。 （8）看图有误或粗心，导致杆件位置放错。 （9）不经计校核，随意增加杆件或网架支承点。 104.钢网架结构质量事故处理方法对网架结构设计及加工、安装文件资料进行全面查阅:（1）增设杆件，改变原网架的受力状态 对设计计算边界条件与实际不符、荷载低估、施工时网架尺寸搞错等原因，

13、致使网架的许多杆件承载力不足，采用这种方法处理方便、经济而有效。增设杆件的数量和位置，应根据网架的型式和处理杆件的位置合理决定，尽可能用增设最少的杆件达到减小承载力不足杆件内力的目的。一种是在网架高度内增设杆件；一种是在网架高度外增设杆件，从而将原网架全部或局部加层改为三层网架。增设杆件后，应注意原满足承载力要求的杆件内力的变化。采用此种方法加固处理时，应设置可靠的支撑，使网架卸载。 （2）减轻屋面重量 由于设计、施工等原因，使网架许多杆件承载力不足时，在工程许可的情况下，减轻屋面重量是处理这类事故最简便的方法。如取消吊顶，特别是原来为重型屋面（如钢筋混凝土板）改为轻型屋面（如夹芯彩钢板），效

14、果更为明显。11（3）更换刚度不足或损坏的杆件 对网架中个别杆件不满足设计强度、弯曲大又无法调直的杆件，错焊的杆件等，可采用调换杆件的方法来处理。换杆时，要配置一些专用工具，采用有效的措施将杆件卸载，如在更换杆件的两侧，安装两根可随意装卸和调整长度的固定杆，并要保证需要取下需更换的杆件时，不使网架发生变形，否则不允许施工。 （4）增大杆件截面 在承载力不足的杆件上附加上钢管、角钢、槽钢、钢筋等以增大杆件截面、提高承载能力。杆件为钢管时，通常在杆件上直接焊接角钢（如图10.5） ，当网架在使用中不允许采用明火焊接加固时，可在被加固杆件上包角钢加固套（如图10.6），用螺栓拧紧，可取得与焊接角钢加

15、固法同样的效果。 对网架中拉杆也可采用如下方法：取截面足够而其内径略大于原杆件外径的钢管，在半圆处纵向剖开坡口，包在原杆件外围，先点焊成型，而后沿纵向坡口焊接使其恢复成钢管状。有条件时将加固之钢管与钢球相抵，钢管周围坡口并施焊。然后在补强钢管两端，经过钢球与邻近钢管加焊连接肋板，此肋板的总面积应与补强钢管截面等强如图10.7）。当钢球为45号钢时，因可焊性差，焊前应将球加热至150200，焊后保温1h。也可用24根足够截面积的钢筋代替补强钢管后连接肋板，围绕加固杆件的四周与两端钢球邻近钢管焊接12预埋件与支座误差的处理: （1）加过渡钢板 将原预埋的螺栓割除，增加一块过渡钢板，螺栓焊在过渡钢板

16、上，然后过渡钢板与原预埋螺栓焊牢。该法一般用于误差较小和反力较小的压力支座。 （2）加钢板套 一般用于加层结构中原来未埋预埋件，或预埋件误差很大以及埋错位置等，可采用加钢板套方法，此方法简单易行。 （3）重新预埋 预埋件位置埋错或者根本就没有预埋，以及规格尺寸有了变化，可采用重新预埋的方法。预埋件有两种，一种是有螺栓的，一种是无螺栓的。有螺栓预埋可采用以下方法：采用过渡钢板方法，在过渡钢板上焊螺栓，过渡钢板下焊上锚筋，在支承构件上钻孔进行预埋。直接将螺栓埋入梁中，在钢板上钻孔，螺栓与钢板焊住。无螺栓预埋件可用膨胀螺栓固定。 支座腹杆与支承结构相碰的处理 ： （1）在支承结构容许的情况下，可将支

17、承结构削去一角，但绝不能损伤柱和梁中的受力钢筋，特别是梁中的钢筋，并且将凿毛面用有效材料封闭起来。 （2）提高支座支承件的高度，但是必须注意支承件的稳定，并且支承件长度也不宜于过长，一般控制在500600mm。 （3）在支座底板上加钢板盒或混凝土墩，这种方法一般用于以上两种方法不能实现时。13四、轻钢结构事故目前常见的破坏形式如下： 1门式刚架承重结构的失稳破坏 2檩条、墙梁的屈曲 3轻型屋面板被风载掀起 4屋面板锈蚀，严重时使板产生孔洞，甚至断裂 5屋面漏雨，影响正常使用 轻钢结构事故原因： 1冷弯薄壁型钢的翼缘宽厚比太大或卷边尺寸太小，以致于对翼缘没有起到加强作用，而使受压翼缘刚度不足，引

18、起翼缘局部屈曲。 2设计人员通常在设计中未考虑扭转应力，荷载作用在檩条等构件翼缘时，常常不通过截面的剪切中心，使构件产生扭转。 143屋面板未能有限地阻止檩条侧向和扭转变形，而设计中又未考虑到这一因素，或没有为檩条提供足够的跨间拉条和支座处抵抗转动的约束，以致檩条产生扭转、侧向弯曲或弯扭屈曲。 4结构所处环境条件差，涂层质量差或维护管理不及时，使钢材锈蚀。 5轻钢屋面彩钢板与檩条通常采用的自攻螺丝、拉铆钉连接，在风吸力长期作用下易造成扩孔，最终导致漏水。15压型钢板的腐蚀事故处理大致有以下三种：（1）采用厚涂型涂料；（2）顶面重叠铺板；（3）更换压型钢板。 1厚涂型涂料法 厚涂型涂料处理方法，

19、就是采用一种既能防锈、又能堵塞小孔洞的涂料，从而使已经锈蚀甚至开始出现轻微渗漏的压型钢板屋面恢复功能，并延缓其使用寿命的方法。这种方法所使用的涂料应粘着力强，防水性能好，抗裂强度高，抗老化、抗腐蚀性能好。 2更换法 更换法就是把损坏的压型钢板拆除，重新铺设新的压型钢板。这种更换可以是整个屋面，也可局部更换。局部更换时，新钢板应与旧压型钢板同一板型，为防止新旧钢板搭接处漏水，搭接长度不宜小于1.0m，搭接接缝处应用定型密封条密封，同时搭接处用小螺钉（如拉铆钉等）将新旧压型钢板连接紧密。 3重叠铺板法 在更换屋面大部分压型钢板时，拆除旧钢板，再铺设新钢板，不仅麻烦，还得工厂停产施工，这时可采用重叠

20、铺板法，即不拆除已经锈蚀损坏的压型钢板，在原有屋面板的顶面再重叠铺一层新的压型钢板，这样使建筑物的维修和工业生产两不误。16案例1事故概况： 06年7月3日上海一大型厂房在施工时轰然倒塌，倒塌面积约两万平米，造成一人死亡两人重伤。171819事故原因：1钢柱翼板尺寸过小，导致门架平面外稳定性不够。 2吊车梁都已经安装，但整个支撑系统却极不到位，系杆和隅撑都没有。正是由于支撑不完整，造成了设计状态与实际状态的巨大差异，尤其体现在平面外计算长度上。也就是说，其倒塌前的状态，是处于不稳定状态，这时候不需要有太大的横向力，就足以使其彻底倾覆。 3柱底没有打入锲铁,砼柱中未预留抗剪键槽，4 柱脚底板过薄

21、，刚性不够5柱脚锚栓直径过细，间距过小。没有达到柱脚底板面积的20以上；柱脚锚栓完全收拢在柱中，边上只是靠施工队垫上的垫片，地面较软，钢架受风后，垫片必然不平，钢架肯定会微倾，大风吹过来，必然会使微倾的钢架斜度加大，到锚栓的抗力不足以支撑，钢架必然倒掉， 6安装后，长时间没有进行二次灌浆。20案例 2 某地脚锚栓做法21五、钢柱的事故 选讲钢柱损坏事故类型： 1柱肢变形（弯曲、扭曲） 2柱肢体有切口裂缝损坏 3格构式柱子腹杆弯曲和扭曲变形 4柱头、吊车梁支承牛腿处焊缝开裂 5柱子垂直偏斜，带来维护构件和邻接连接节点损坏和吊车轨道偏位 6柱子标高降低，使屋架下沉，影响正常生产 7柱脚及某些连接节

22、点腐蚀损伤22钢柱损坏事故原因： 1柱子与吊车梁连接节点构造同设计简图不符，铰接连成刚接、刚接连成铰接，使柱子和节点上产生附加应力 2柱头和柱子有安装偏差，导致柱内应力增加显著，构件弯曲（往往在吊车梁以上部分弯曲） 3柱子常受运输货物、吊车吊臂或吊斗碰撞，导致柱肢弯曲，支撑节点连接损坏 4高温作用，尤其是冶金工厂热金属和热渣接触柱子，使柱肢弯曲，支撑节点连接损坏开裂 5没有考虑荷载循环的疲劳破坏作用，使牛腿处焊缝开裂 6地基基础下沉，带来柱子倾斜，柱标高降低 7周期性潮湿和腐蚀介质作用，导致钢柱局部腐蚀，减小了柱截面 8节点构造不合理23柱脚螺栓安装质量事故处理： 1地脚螺栓与钢柱底板预留孔不

23、对中 产生这类事故的原因是施工中预埋螺栓位置或钢柱位置超出容许偏差。处理可采用如下方法： （1）当两者偏差较小时，可经设计人员许可，沿偏差方向柱底将孔扩大为椭圆孔，然后换用加大的厚板垫圈进行焊接固定。 （2）如果两者相对位移较大，可在地脚螺栓周围用钢凿将混凝土凿到适宜深度，用气割将螺栓割断，然后搭接上一段用相同材质的材料按规定长度和直径加工成的螺栓，并采取补强措施，来调整达到规定的位置。或直接将螺栓割除，把根部螺栓焊于预埋钢板上，附上一块与预埋钢板等厚的钢板，与预埋钢板采取铆钉塞焊和周边角焊缝焊接，然后根据设计要求焊上新螺栓。 2地脚螺栓螺纹损坏 产生的原因是对埋设后的地脚螺栓未采取保护措施，

24、受外界损伤或安装工艺不当。可采用如下方法处理： （1）当螺纹被损坏的长度不超过其有效长度时，可用钢锯将损坏部分锯掉，用什锦钢锉修整螺纹，直至能顺利带入螺母为止。 （2）如螺纹损坏长度超过规定的有效长度，可用气割割掉大于原螺纹段的长度，用与原螺栓相同的材质、规格的材料，一端加工成螺纹，并在对接的端头截面剖口与下端进行对接焊接，必要时再用相应直径规格、长度的钢管套入连接处进行焊接加固补强，这会使螺栓直径大于底座板孔径，可用扩大底座板孔径解决。24六、钢吊车梁系统事故国内外对工厂使用中吊车梁系统进行了大量调查，调查资料表明吊车梁系统大部分破坏发生在下列部位： 1实腹式吊车梁 实腹式吊车梁上翼缘与腹板

25、焊缝和上翼缘与加劲肋间焊缝是最常见的损坏部位，然后连带腹板或翼缘板开裂，这些裂缝有明显的疲劳特征。 2桁架式吊车梁 桁架式吊车梁过去常采用铆接和焊接，损坏比实腹式吊车梁严重，上弦有严重应力集中和扭矩作用，导致疲劳裂缝开展。 3制动梁（制动桁架） 制动结构实际工作状态极复杂，与计算简图不符，故损坏严重，损坏部位如下： （1）制动梁板与吊车梁连接焊缝开裂 （2）制动梁上板开裂（3）制动桁架节点板开裂、断裂，节点板开裂 （4）垂直支撑斜杆裂缝、断裂 （5）制动桁架杆件扭曲或裂缝 （6）辅助桁架腹杆开裂、断裂25 4吊车梁系统与柱连接处 （1）制动系统与柱连接焊缝开裂或螺栓松动 （2）吊车梁与柱水平连

26、接板焊缝开裂或螺栓松动 （3）吊车梁与柱垂直连接焊缝开裂或螺栓松动 （4）垂直连接板（隔板）开裂 （5）吊车梁与吊车梁、吊车梁与柱连接螺栓松动 其中第（1）种损坏是最常见的破坏 5吊车轨道及车挡 （1）轨道顶面和侧面磨损 （2）轨道接头处损坏 （3）轨道腹板处裂缝，通常在接头和孔附近 （4）采用弯钩螺栓连接轨道的吊车梁最易损坏，弯钩螺栓自行伸直拉出，使轨道位移 （5）采用双螺栓压板连接轨道和吊车梁，基本可靠，少数车间会连接松动、轨道横向位移 （6）车挡固定连接松动 吊车梁系统破损严重情况，国外有份调查资料（冶金企业吊车梁，使用610年），损坏统计如下： 吊车梁有裂缝占30%； 制动结构有裂缝占25%