建筑结构损伤机理与危害

建筑结构检测、鉴定与加固Inspection、appraisalandstrengthingofbuildingstructures周小龙讲师TelQ：80777113第2章建筑结构损伤机理与危害主要内容

2.1.1混凝土中钢筋的锈蚀；

2.1.2混凝土的碳化；

2.1.3混凝土的腐蚀；

2.1.4混凝土的冻融破坏；2.1混凝土结构损伤机理及其危害最终影响的是钢筋的锈蚀2.1.1混凝土中的钢筋腐蚀世界一些国家的腐蚀损失,平均可占国民经济总产值的2%～4%;其中,被认为与钢筋腐蚀有关者可占40%（至今我国尚无确切统计数据)。美国1984年报道，仅就桥梁而言,57.5万座钢筋混凝土桥,一半以上出现钢筋腐蚀破坏,40%承载力不足和必须修复与加固处理,当年的修复费为54亿美元;1998年报道钢筋混凝土腐蚀破坏的修复费,一年要2500亿美元,其中桥梁修复费为1550亿美元(是这些桥初建费用的4倍);还有报道说,到本世纪末,美国要花4000亿美元用于修复和重建钢筋腐蚀破坏的工程。2.1.1混凝土中钢筋的锈蚀电化学腐蚀化学腐蚀应力腐蚀混凝土中钢筋锈蚀种类（1）钢筋电化学腐蚀机理钢筋电化学锈蚀阳极阴极混凝土钢筋阳极表面阴极表面钢筋金相组织和表面不均存在电位差水分和氧气进入混凝土形成碱性溶液（1）钢筋电化学腐蚀机理

普通硅酸盐水泥密实未碳化混凝土的PH值为13，无CI-存在，形成钝化膜(Fe2O3.nH2O或Fe3O4.nH2O),阻止钢筋锈蚀。如钝化膜破坏(在PH<11.5将不能稳定存在)，在有水和氧气存在时，产生腐蚀电池反应阳极阴极（1）钢筋电化学腐蚀机理红铁锈进一步氧化形成疏松易剥落的沉积物铁锈Fe2O3.Fe3O4.H2O,铁锈体积比铁增加2－4倍，将保护层胀开造成钢筋外露。褐锈（2）钢筋电化学腐蚀的动力和速度腐蚀电池存在是腐蚀发生的必要条件，而腐蚀发展动力和速度与电极之间的电流速度有关。腐蚀电流阳极电位－阴极电位阳极与阴极的电阻

阳极控制：砼高碱度在钢筋表面形成钝化膜阻止铁离子化阴极控制：氧气不足或缺乏可阻止阴极反应电阻控制：干燥环境、砼密实，存在涂覆层，电阻大（3）影响钢筋电化学腐蚀的主要因素－外在因素外在因素

周围介质腐蚀性

周期冷热交替作用

冻融循环作用

干湿交替作用海水海盐渗透作用（3）影响钢筋电化学腐蚀的主要因素－内在因素内在因素

PH值影响(PH>10慢，PH<4快)氯离子含量(超过一定含量在不均匀砼中容易形成坑蚀)

砼密实度和保护层厚度裂缝影响(>0.2mm影响大)水泥品种及粉煤灰掺合料影响(降低砼碱性)知识点：氯氯离子锈蚀蚀机理绿锈褐锈混凝土钢筋阳极表面阴极表面氯离子易渗渗入钝化膜膜，形成易易溶绿锈，，绿锈向砼砼孔隙液中中迁徙，分分解为褐锈锈，褐锈沉沉积于阳极极区，同时时释放氯离离子和氢离离子，回到到阳极区，，使阳极区区附近孔隙隙液局部酸酸化，带出出更多铁离离子。氯离离子不构成成最终锈蚀蚀产物，也也不消耗，，但促进锈锈蚀，起到到催化作用用。绿锈褐锈钢筋的化学学锈蚀钢筋与酸、、碱、盐等等发生化学学反应，形形成锈蚀钢筋在稀碱碱溶液中形形成钝化膜膜，在高碱碱和高温下下则产生碱碱裂或碱脆脆化的溶解解腐蚀钢筋的应力力腐蚀是电电化学腐蚀蚀和高应力力复合作用用结果。当当钢筋中存存在较高拉拉应力时电电化学方面面比低应力力时活跃得得多。如果果因氯离子子侵蚀形成成蚀坑，则则会形成明明显应力集集中。对于于低韧性高高强度钢筋筋而言，应应力集中很很难通过塑塑性变形消消除，从而而形成微裂裂缝，可能能突然断裂裂而发生脆脆性破坏。。没有任何何征兆，一一般发生在在预应力混混凝土构件件中，破坏坏后果很严严重。钢筋锈蚀将将引起混凝凝土与钢筋筋粘结性能能的退化钢筋的应力力腐蚀钢筋的锈蚀蚀由于混凝土土内的强碱碱性使得钢钢筋表面形形成钝化膜膜，从而钢钢筋在混凝凝土中不会会锈蚀。如果钢筋表表面钝化膜膜被破坏，，则钢筋就就会发生电电化学腐蚀蚀——锈蚀破坏混凝土中钢钢筋锈蚀，，引起体积积膨胀2～7倍，导致混混凝土保护护层开裂破破坏混凝土中钢钢材的钝化化会由于下下列原因被被破坏：混凝土中的的Ca(OH)2被空气里的的SO2、NO2、CO2等酸性氧化化物中和而而失去碱性性；道路除冰盐盐或海水带带进来的氯氯离子的作作用。钢筋锈蚀导导致混凝土土构件破坏坏的几种形形式某立交墩柱柱钢筋锈蚀蚀情况某立交桥栏栏杆破损、、露筋2.1.2混凝土的碳碳化砼结构周围围介质存在在酸性物质质，渗入混混凝土内与与水泥石中中的碱性物物质发生反反应的过程程叫做中性化。混凝土碳碳化是中性性化最常见见的形式，，是CO2与混凝土中中碱性物质质相互作用用的一种复复杂物理化化学过程。。混凝土碳碳化将导致致混凝土碱碱度降低，，破坏钢筋筋钝化膜，，同时加剧剧砼混凝土土的收缩，，导致收缩缩裂缝产生生和加大。。混凝土碳化化机理混凝土碳化化的化学反反应(空气中CO2含量低，碳碳化过程缓缓慢)混凝土碳化化速度取决决于化学反应速速度(取决于CO2含量和可碳碳化物的含含量)CO2向砼扩散速速度(取决于CO2和酸性物质质浓度、孔孔隙结构)Ca(OH)2扩散速度(取决于混凝凝土含水率率和Ca(OH)2浓度)上述三个过过程均与砼砼含水量、、周围介质质相对湿度度、温度有有关混凝土碳化化深度公式式混凝土碳化化后体积增增加17%，混凝土中中孔隙率和和透气性降降低，表面面硬度增加加。由于混混凝土碳化化降低混凝凝土碱度，，特别是混混凝土保护护层碱度，，减弱对内内部钢筋的的保护作用用，最终导导致钢筋锈锈蚀。混凝土碳化化是导致混混凝土耐久久性降低的的主要原因因。混凝土碳碳化导致孔孔隙部分被被堵塞，此此外随着龄龄期增加，，混凝土水水化作用不不断增强，，砼孔隙率率降低，混混凝土碳化化速度降低低。碳化深度(mm)碳化速度系数砼龄期(d)混凝土碳化化影响因素素水泥品种（（普通水泥泥比矿渣水水泥和火山山灰水泥等等好）混凝土碳化化影响因素素水泥用量（（大好－改改善和易性性、提高密密实性、增增加碱性））粉煤灰（小小好－与Ca(OH)2结合，降低低碱度）水灰比（小小好－降低低孔隙率和和渗透性、、增加密实实性）集料品种影影响(普通集料如如火成岩等等和人造集集料如粉煤煤灰陶粒等等比天然集集料如浮石石及火山渣渣好)养护方法影影响(标养和蒸养养比普通养养护差）混凝土碳化化深度合格格性指标级别使用条件允许碳化深度(mm)轻集料混凝土普通混凝土Ⅰ正常湿度，室内4035Ⅱ正常湿度，室外3530Ⅲ潮湿，室外3025Ⅳ水位变化2520目前无统一一标准，普普遍观点：：混凝土碳碳化深度到到达保护层层厚度定为为安全使用用期，即在在正常大气气条件下，，50年内混凝土土碳化深度度不允许超超过混凝土土保护层厚厚度。混凝土碳化化深度计算算《普通混凝土土长期性能能和耐久性性能试验方方法》（GBJ83－85），首次提出出混凝土在在CO2体积分数为为20％、标准养养护28天时快速碳碳化的多系系数方程如如下：－水泥用量影响系数－水灰比影响系数－粉煤灰取代量影响系数－水泥品种影响系数－集料品种影响系数－养护方法影响系数－碳化速度系数，普通砼K=3.32，轻骨料砼K=4.18（1）水泥用量量影响系数数水泥用量影影响系数轻集料混凝凝土普通混凝土土－每立方米米混凝土的的水泥用量量（kg）

与水泥用量成反比，水泥用量越大，则越小，混凝土的抗裂性能越好。水泥用量的增加可以改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实性，增加混凝土的碱性储备量，使其抗碳化性能得以增强。（2）水水灰比比影响系数数水灰比影响响系数轻集料混凝凝土普通混凝土土水灰比对混混凝土碳化化影响呈明明显的线性性关系。水水灰比越大大，则水水灰比影响响系数越大大，混凝土土内部孔隙隙率越大，，密实性越越差，渗透透性越差，，碳化速度度越快。为为了配制抗抗碳化性能能较好的混混凝土，应应尽可能降降低混凝土土的水灰比比。（3）粉煤灰取取代影响系系数粉煤灰影响响系数轻集料混凝凝土普通混凝土土－粉煤灰等量取代水泥的质量分数（％），例如取代水泥的质量分数为10％，则F=10。粉煤灰具有一定的活性，掺用一定的粉煤灰，可节约水泥、降低大体积砼水化热、改善泵送砼性能。但它和水泥水化后的氢氧化钙相结合，使水泥碱度降低，从而削弱混凝土的抗碳化性能。在一般工艺条件下，其最大取代量不宜超过水泥质量的20％，否则增加太快。（4）水泥品种种影响系数数集料品种425号普通硅酸盐水泥425号矿渣或火山灰水泥325号矿渣水泥轻集料砼11.201.25普通砼11.351.50水泥品种影影响系数普通硅酸盐盐水泥配制制的砼比混混合材含量量较高的同同标号矿渣渣水泥和火火山灰是你你配制的同同有较好的的抗碳化性性能。水泥泥中活性混混合材含量量越高，越越易与水泥泥水化产物物氢氧化钙钙反应，降降低碱度，，影响碳化化性能。为为提高抗碳碳化性能，，应选用不不含混合材材的硅酸盐盐水泥或少少含混合材材的普通硅硅酸盐水泥泥。（5）集料品种种影响系数数集料品种粗骨料细骨料

天然轻集料

人造轻集料普通集料普通砂破碎轻砂珍珠岩砂轻集料砼1.000.60－1.001.402.00普通砼－－0.561.00－－集料品种影影响系数普通集料结结构致密，，吸水率小小。天然集集料结构多多孔，吸水水率较大。。人造轻集集料孔隙率率较小，且且多为圆形形封闭孔，，吸水率较较小。注：影响系系数为表中中粗细集料料的乘积（6）养护方法法影响系数数集料品种标准养护方法蒸汽养护方法轻集料砼11.50普通砼11.80养护方法影影响系数标准养护：：温度20±3℃℃，相对湿度度不小于90％蒸汽养护：：静庭4h，升温3h，恒温最高高温90℃，恒温6－8h，降温2h碳化深度小小结公式建立在在快速碳化化的基础上上，按照我我国标准，，快速碳化化试验是在在温度20±3℃℃，CO2体积分数为为20±3％条件下进进行的。快快速碳化28天的碳化深深度约相当当于在正常常大气条件件下（CO2体积分数为为0.03％）条件件下混凝土土存放龄期期为50年的自然碳碳化深度。。通过CO2体积分数对对混凝土碳碳化深度的的影响对比比，可以用用下式表示示－不同环境条件下CO2相对体积分数－不同碳化深度（mm）－碳化龄期（天或年）我国作为拥拥有混凝土土结构最多多的国家，，近年来关关于混凝土土碳化深度度预测模型型的研究也也很多，理论模型与与经验模型型两类：碳化深度与与碳化时间间的平方根根成正比。。虽然这些模模型对预测测混凝土碳碳化深度有有借鉴作用用，但由于于一般大气气环境下，，影响混凝凝土碳化深深度的因素素很多，随随机性也很很大。这些些模型都不能反映映实际工程程中各种影影响因素具具有时变性性的特点。所以：碳化深度预预测模型需需要改进！如：贝叶叶斯理论等等混凝土碳化化深度预测测方法上图可见，，贝叶斯更更新能够提提高碳化深深度的预测测精度！事实上，混混凝土碳化化在一定程程度上对混混凝土构件件的强度提提高是有益益的！但其其受压应力力-应变曲线上上升和下降降段变陡，，混凝土脆脆性变大。。碳化前后混混凝土应力力应变曲线线关系在混凝土结结构耐久性性研究中，，一个极为为关键的问问题就是混混凝土碳化化速度的准准确评定，，不同的碳化深度预预测模型指导着着不同国家家的耐久性性设计规范范。影响混凝土土碳化深度度的因素很很多，随机机性也很大大！问题提出：：1994年，英国学学者Parrott试验发现：：当用酚酞酞试剂测定定的碳化深度发发展到距离离钢筋表面面一定深度度而并未到到达钢筋表表面时，钢钢筋便开始始锈蚀，而且随着着碳化深度度的增加，，钢筋诱蚀蚀速度加快快，直到碳碳化深度发发展到超过过钢筋位置置某个长度度时，锈蚀蚀速度才稳稳定下来？问题答案：混凝土碳化化过程中部分碳化区区的存在是钢筋锈锈蚀速度随碳化化深度加深而增增大的根本原因因。混凝土碳化对钢钢筋锈蚀的影响响事实上，混凝土土碳化的最大危危害就是促使钢钢筋的锈蚀！钢筋锈蚀的速度度在PH＝9~11.5的区段内随pH值下降而增大，，pH值在9以下时锈蚀速度度保持稳定不变变．pH值在11.5以上时钢筋处于于钝化状态；受碳化混凝土试试件中，pH值由外到内是逐逐渐升高的，特特别是当环境湿湿度较低时更加加明显。碳化深度检测方方法对于整个构件或或结构应在有代代表性的地方布布置测区，每一一个测区应测三三个点，以其平平均值作为该测测区的代表值。。对旧混凝土结构构进行检测时常常常需要实测混混凝土碳化深度度。常用方法就是用用质量分数为1％的酚酞酒精试试剂喷在混凝土土新破损面上（（钻孔或凿开混混凝土形成测试试面），已经碳化的混凝凝土不会变色，，未碳化部分为为紫红色，用卡尺精确量量测混凝土表面面到变色分界处处的深度，即为为混凝土碳化深深度。碳化处理方法（1）碳化深度过大大，钢筋锈蚀明明显，危及结构构安全构件应拆拆除重建；（2）对碳化深度较较小并小于钢筋筋保护层厚度，，碳化层比较坚坚硬的，可用优优质涂料封闭；；（3）对碳化深度大大于钢筋保护层层厚度或碳化深深度虽较小但碳碳化层疏松剥落落的，应凿除碳碳化层，粉刷高高强砂浆或浇筑筑高强混凝土；；（4）对钢筋锈蚀严严重的，应在修修补前除锈，并并根据锈蚀情况况和结构需要加加补钢筋，防碳碳化后的结果，，要达到阻止或或尽可能减慢外外界有害气体进进入混凝土内侵侵蚀，使其内部部和钢筋一直处处在高碱性环境境中。2.1.3混凝土的腐蚀混凝土碳化混凝土化学腐蚀碱－骨料反应混凝土腐蚀酸腐蚀强碱腐蚀硫酸盐腐蚀混凝土化学腐蚀蚀（1）硫酸盐腐蚀在化工建筑中最最常见，污水处处理、化纤、制制盐、制皂等建建筑混凝土构件件常因硫酸盐腐腐蚀破坏。常见见的有硫酸钠、、硫酸镁、硫酸酸钾、硫酸钙等等，基本都溶于于水，其与水泥泥石中的氢氧化化钙及水化铝酸酸钙发生化学反反应，生成石膏膏和硫铝酸钙，，产生体积膨胀胀，导致混凝土土破坏。硫酸盐侵蚀混凝凝土，表面发白白，损害从棱角角处开始，裂缝缝展开并剥落，，混凝土形成一一种易碎的松散散状态（桥梁上上也比较常见））。（1）硫酸盐腐蚀硫酸钠、硫酸镁镁、硫酸氨等，，有两个反应过过程：石膏腐蚀过程硫铝酸盐腐蚀过过程单硫型铝酸盐水化硅酸钙钙矾石伴随体积的明显显膨胀，导致混混凝土开裂！防止方法：用沥沥青、橡胶、沥沥青漆等处理混混凝土表面，形形成耐蚀的保护护层。混凝土化学腐蚀蚀（1）硫酸盐腐蚀－－影响因素水泥品种（熟料中氧化钙含量高）硫酸盐腐蚀影响因素硫酸盐浓度（高）混凝土渗透性（大）水灰比（大）地下水位高低变化（频繁）水的流动（频繁）土壤的孔隙率（大）地下室、挡土墙、涵洞比基础和桩基更容易受到硫酸盐腐蚀的原因。混凝土酸侵蚀硫酸、盐酸、硝硝酸、醋酸、甲甲酸、乳酸、磷磷酸等影响因素：混凝凝土本身的特性性，包括混凝土土的渗透性、孔孔隙率、裂缝状状况等，以及混混凝土结构所处处的酸环境，包包括酸的种类、、浓度和状态等等。防止方法：：用沥青、橡胶胶、沥青漆等处处理混凝土表面面，形成耐蚀的的保护层。碱－骨料反应水泥和混凝土的的有关添加剂中中碱性氧化物质质（K2O和Na2O）与混凝土骨料料中的活性物质质（活性氧化硅硅）在常温常压压下缓慢反应形形成碱硅胶后，，吸水膨胀导致致混凝土破坏的的现象。生成物物体积膨胀（3－4倍）。碱骨料反反应速度较慢，，破坏现象多年年才能发现。碱－骨料反应的的必要条件是水水泥中碱量较高高（混凝土总碱碱量达到3kg/m3）；骨料中存在活性性硅（活性、粒粒径、数量）；；碱－骨料反应的的充分条件是存存在水分；碱－骨料反应碱－骨料反应的的特点混凝土表面产生生杂乱的网状裂裂缝，或在骨料料周围出现反应应环；在破坏区的试样样中可测定碱－－硅酸盐凝胶；；在构件裂缝中，，可以发现碱－－硅酸盐凝胶失失水硬化形成的的白色粉状物；；扫描电镜下的碱性反应凝胶常见的碱—骨料反应破坏形式海水侵蚀海水中含有大量量可溶性盐类NaCI2，MgCl2，CaSO4，MgSO4等构筑物与海水不不直接接触部位位(潮湿空气中氯盐盐侵蚀)海水浪溅区(干湿循环作用，，盐类膨胀锈蚀蚀)潮汛涨落区(最严重，海水冲冲蚀、干湿循环环、冻融循环)长期在海水中部部位混凝土腐蚀防治治措施选用合适的水泥泥品种提高混凝土的密密实性和抗渗性性增加混凝土保护护层厚度掺用火山灰质的的活性掺合料对混凝土表面进进行处理使用超耐久性混混凝土2.1.4混凝土冻融破坏坏破坏机理：混凝土中游离离水和孔隙水结结冰体积膨胀（（毛细孔中存在在游离水是导致致混凝土冻融破破坏的主要因素素）影响因素：混凝土抗冻性性与内部孔隙结结构、水饱和程程度、受冻龄期期、砼抗拉强度度有关砼抗冻性随龄期增长而提高砼抗冻性与水泥品种有关，水泥活性性越大，流动性性能越好。普通通硅酸盐水泥优优于矿渣水泥和和火山灰水泥现象：砼表面部分砂砂浆粉化剥落，，粗骨料外露，，一般发生在构构件端部、混凝凝土路面板接头头、水工构筑物物水面线处、桥桥面板端部等处处（东北、西北北等地区严重））。什么是混凝土结结构的耐久性能能？混凝土结构或构构件在正常使用用和维护条件下下，随时间的延延续仍能满足预预定功能的能力力。个人定义显然，混凝土用用于结构才具有有耐久性要求；；混凝土结构耐耐久性能通过混混凝土耐久性体体现。正像新拌混凝土土工作性一样，，混凝土耐久性性也是一个综合合性指标。优点：取材广泛、造价价低廉、施工简简单等；缺点：开裂、渗漏及基基础沉降。2.2砌体结构云南大理千寻塔塔，建于南诏时时期，距今千年年，为聚乙烯醇醇水泥压力灌浆浆法加固砖塔。。荷载裂缝有：受受压裂缝、受弯弯裂缝、局部受受压裂缝、受拉拉裂缝以及受剪剪裂缝。荷载裂裂缝的出现，表表明砌体承载力力安全度不够，，应及时进行加加固。2.2.1砌体裂缝的种类类和原因分析种类：一是由荷载引起起，反应了砌体体的承载力不足足或稳定性不够够；二是由于温度变变化或地基不均均匀沉降引起。后者引起的砌砌体开裂约占90%左右。3.1.1砌体的荷载裂缝缝受压裂缝裂缝顺轴向力方方向，砌体中有有断砖现象，当当竖向裂缝连续续长度超过4皮皮转时，砌体接接近破坏。受弯裂缝偏心受压构件，，裂缝垂直于荷载载作用方向；砖砖砌平拱抗弯强强度不足产生竖竖向或斜向裂缝缝。受拉裂缝水池池壁、筒仓仓等结构，裂缝缝与拉力方向垂垂直或呈马牙状状。受剪裂缝挡土墙或拱座处处，裂缝呈水平平或阶梯状态。。局部受压裂缝大梁或梁垫下的的斜向或竖向裂裂缝。砌体的温度裂缝缝温度变化所引起起的裂缝，在砌砌体裂缝中所占占的比例是最大的。温度裂缝的特点点：一般对称分布；；温度裂缝始自房房屋的顶层，偶偶尔才向下发展展；温度裂缝经一年年后即可稳定，，不再扩展。温度裂缝顶层斜裂缝因日照及气温变变化，材料的线线膨胀系数不同同，并存在较强强的约束，造成成屋盖与砖墙变变形不一致所产产生的裂缝。呈呈正八字或倒八八字形态。顶层水平裂缝砂浆强度较低时时，在屋顶顶层层圈梁下四角出出现水平裂缝，，是由屋盖的热热胀或冷缩作用用所致。砌体的沉降裂缝缝因地基不均匀沉沉降引起。一般般呈450的斜裂缝。沉降裂缝的特点点：1、多层房屋中中、下部的裂缝缝较上部的裂缝缝大，有时甚至至仅在底层出现现裂缝；2、沉降缝向上上指向哪里，那那里下部的沉降降量必然是较大大的。长高比较大的砖砖混结构房屋,中部地基沉沉降大于两端时时产生八字裂缝缝。地基两端沉降大大于中部时,产产生倒八字裂裂缝。房屋一端处在软软土地基上或较较差地基上，该该端产生较大沉沉降而产生裂缝缝.地基突变,一一端沉降较大时时,产生竖向向裂缝。地震引起的裂缝冻胀引起的裂缝。由钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄薄壁型钢以及钢索为主材建建造的工程结构，，如房屋、桥梁等等，称为钢结构。什么是钢结构?钢结构是土木工程程的主要结构形式式之一。钢结构与钢筋混凝凝土结构、砌体结结构等都属于按材材料划分的工程结结构的不同分支。。结构：基本构件组成的受力体系，建筑物(构筑物)的骨架2.2钢结构损伤机理及及其危害钢结构的发展简史史钢(steel)是铁碳合金，人类类采用钢结构的历历史和炼铁、炼钢技术的发展是密密不可分的。早在公元前2000年左右，在人类古古代文明的发祥地地之一的美索不达米亚平原原（位于现代伊拉拉克境内的幼发拉拉底河和底格里斯斯河之间）就出现现了早期的炼铁术术。早在战国时期，我我国的炼铁技术已已很盛行。我国是最早用钢铁铁建造承重结构的的国家1.铁桥墩(始皇)2.铁链桥3.铁塔公元65年，汉明帝时代建造了铁链悬桥——云南“兰津桥”1705年建成的四川泸定大渡河桥，桥宽2.8m，跨长100m，由9根桥面铁链和4根桥栏铁链构成，两端系于直径20cm、长4m的生铁铸成的锚桩上。公元1061年（宋代）在湖北荆州玉泉寺建成的13层铁塔建国以来钢结构50年代,为初盛时期（156项援建工程大部分分为重型钢结构））。60-70年代,为限制使用时期，当时中国钢产量仅仅1～2千万吨，主要用于于国防.机械业。当时国家家政策建筑业中“凡是可用其它材料料代替的，均不用用钢结构建造”。由于受到钢产量量的制约，钢结构仅在重型厂房、大跨度度公共建筑、铁路路桥梁以及塔桅结结构中采用。二十世纪钢筋混凝凝土结构成为中国国主导结构。80-90年代后,出现了新的发展时期（钢产量自1996年起连续多年超亿亿吨),国家鼓励建筑用钢。中国钢结构应用发发展的三个时期刚解放时钢产量几几乎是零1949十几万吨1990 5000万吨1995 7000万吨1996 1亿吨20001.285亿吨20042.72亿20064.62亿吨20074.89亿吨2003年中国钢铁行业产产量、消费量均占世界第一。历史上钢产过亿吨吨国家仅有前苏联、美国和日日本，过2亿吨由中国开创。钢产量每年以15%-20%的水平递增亿吨我国钢结构应用现现状，与发达国家家比较自1996年钢产量超过1亿吨，连续10年居世界第一。建筑用钢占各国钢钢材消费的比例都都很高。中国最高占53.3％(房屋40%,土木13.3%);中国用于钢结构房房屋建筑仅占3%左右;2010年预计达到6%。欧盟15国占41%;美国占21%;日本占43.2%(房屋29%,土木14.2%)。中外建筑钢结构应应用比较国家中国韩国日本美国钢结构建筑总量/建筑总量1％20％50％68％耐热性较好，耐火性差钢材虽为非燃烧体体，但裸露钢结构构耐火极限一般为为15～20分钟2007年8月14日正在建设中的上上海环球金融中心心发生火灾钢结构防火保护措措施71钢材的强度较混凝凝土、砌体及其他他常见的结构强度度高，在通常的建建筑结构中，按允允许应力求得的钢钢结构所需的断面面较小，因此在多多数情况下，钢结结构构件的截面尺尺寸是由稳定控制的。钢结构的失稳稳主要发生在其最最基本的轴心受压压构件、压弯构件件和受弯构件。失失稳分为整体失稳稳和局部失稳。影响结构构件整体稳定性的主要原因因（1）构件设计的整体稳定性不足足。长细比是影响响整体稳定最主要要的因素。（2）构件的各类初始缺陷。包括初弯曲，初初偏心，加工过程程产生的残余应力力和残余变形、焊焊接应力和残余变变形等。（3）构件受力条件的改变。结构使用用荷载和使用条件件发生变化，如超超载、节点的破坏坏、温度的变化、、基础不均匀沉降降、以外冲击荷载载、结构加固过程程中计算简图的改改变。（4）施工临时支撑体系不够2.3.1钢结构的稳定问题题72导致钢结构局部失稳的主要原因（1）构件的局部稳定定的不满足。例如如工形、槽形等截截面的翼缘的宽厚比和腹板的宽宽厚比大于限值，，易发生局部失稳稳。（2）局部受力部位加加劲构造措施不合合理。（3）吊装时吊点位置置选择不当。1.钢材的疲劳问题钢材在持续反复荷载下会发生疲劳破坏坏。在疲劳破坏之之前，钢材内部并不出现现明显的变形或局局部的颈缩，钢材材的疲劳破坏是脆性破坏。破坏机理是：钢钢材内部及其外表表面有杂质和损伤的存在，在反复荷荷载作用下，在这这些薄弱点附近形形成应力集中，使钢材在很小的的区域内发生较大大的应变，于是在在该处首先发生微裂，在反复荷荷载作用下，微裂裂扩展，前裂口发发展到一定程度，应力超过钢材材晶格间的结合力力，于是发生脆断断。钢材断裂时，相应应的最大应力称为为钢材的疲劳强度，疲劳强度与荷载循环次数数等因素有关，结结构工程中是以二百万次循环时产生疲劳断裂的最最大应力作为疲劳劳极限。2.3.2钢材的疲劳问题742.工程中常见的疲劳劳问题工程中常出现疲劳劳问题的钢结构构构件是吊车梁，特别是在重级工作制作用下的的吊车梁问题更为为突出。主要原因：（1）钢轨偏心（2）应力集中的问题题（3）工字梁变截面处处裂缝大多从受拉拉翼缘开展到腹板板上。（4）锈蚀问题。（5）材料问题。（6）使用问题。3.疲劳问题的防治钢结构的疲劳问题题应从预防入手。。把好材料关，注注意制作过程，精心使用。2.3.3钢材的脆性破坏问问题1.概述钢结构的一个显著著特点是变形性能能好，特别是当构构件使用低碳钢时，有明明显的屈服台阶，，有破坏征兆。但但是在一定条件下，钢材会会发生脆性断裂，，构成毫无征兆的破坏。钢结构的脆性断裂裂可分为以下几个个类别：低温脆断断、应力腐蚀、氢脆、疲疲劳破坏和断裂破破坏等。外因：低温、腐蚀、反反复荷载等外部内因：钢材本身缺陷，，设计不合理及施施工质量问题等。。2.低温脆断（冷脆））在常温下钢材本是是韧性材料，随着着温度的下降，钢钢材的强度略有提高而而塑性和冲击韧性有所下降（变脆）），当温度下降到某一数数值（冷脆临界温温度）时，钢材的的冲击韧性突然急剧下降，，试件断口发生脆脆性破坏，这种现现象叫低温冷脆现象。氮、磷含量超标会降低钢钢材的冲击韧性，，对冷脆有不利影响。3.应力腐蚀断裂和氢氢脆所谓应力腐蚀裂缝是指在长期高高应力作用钢材中中，阳极腐蚀区极小时造造成的断裂。氢脆是由阴极腐蚀造成成的。在某些特定定条件下，原子氢氢随着阴极腐蚀过过程而生成，并进进入钢材与钢材内内部的氢分子结合合产生较大的内应应力，最终导致钢钢材局部开裂产生生脆性破坏。单纯的应力腐蚀和和氢脆是比较少见见的，多数情况下下，这种破坏伴随随有低温或反复荷载。4.脆性破坏的预防关键是选择合适的的材料，精心施工工，定期检查和及及时采取有效措施施。（1）选择合适的钢材材，检查钢材中各各元素的含量，成为质检检和验收的一项重重要指标。（2）对钢材的缺陷进进行外观检查，如发裂、夹层、、缩孔、白点、斑斑痕和划痕等。若若对内部存在怀疑疑，则需进行专门门的探伤检查。2.4地基基础损伤机理理及其危害1.基本概念地基：支承建筑物物上部结构荷载的的土体或岩体。基础：建筑物向地地基传递荷载的下部结构。天然地基：地基不加处理就能够满足建筑物物对地基要求的。。人工地基：需进行行地基处理（例如换土垫层、、机械夯实、土桩桩挤密、堆载预压压等方法）才能满满足建筑物对地基基要求的。分类方法：按埋置深度分为浅浅埋基础和深埋基基础。按变形特征分为柔柔性基础和刚性基基础。按基础形式分为独独立基础、联合基基础、条形基础、、筏形基础、箱型基础、桩基础础、地下连续墙基基础等。2.4.1概述2.地基基础设计必须须满足的基本要求求（1）工程结构在各类类荷载的组合作用用下，作用于地基基上的设计荷载不超过地基承载力设计值值，土体应满足整整体稳定要求，不产生滑动破坏。（2）建筑物基础沉降降不超过地基变形允许值，，保证建筑物不因地基变形发生损坏或或影响正常使用。。3.常见地基或基础工工程事故多由以下下原因造成：（1）地基失稳工程事事故（2）土坡滑动工程事事故（3）软弱地基工程事事故（4）湿陷性黄土地基基工程事故（5）膨胀土地基工程程事故（6）季节性冻土地基基工程事故1.地基失稳特征整体剪切破坏:对于压缩性较小的的密实沙土和坚硬硬黏土，在地基中从基础的一侧到到另一侧形成连续续滑动面，基础四四周的地面明显隆起，基础倾斜，甚至至倒塌。冲切剪切破坏:对于压缩性较大的的松砂和软黏土，，基础下面软弱土变形使基础连续续下沉，产生过量量沉降，破坏时基基础“切入”土中，地基中没有滑滑动面，基础四周周也不隆起，基础础不发生很大的倾斜更不会倒塌塌。2.4.2地基失稳对工程结结构的危害局部剪切破坏:介于整体剪切破坏坏和冲切剪切破坏坏之间，类似于整体剪切，滑动面面从基础一边开始始，终止于地基中中的某点，只有当基础发生相当当大的竖向位移时时，滑动面才会发发展到地面，破坏时基础四周地地面略有隆起，但但基础不会明显倾倾斜或倒塌。土中滑动面并不延延伸到地面，基础础两侧地面微微隆隆起，没有出现明明显的裂缝。地基破坏形式与地地基土层分布、基基础埋深、加荷速速率等因素有关，，当基础埋深较浅浅，荷载为缓慢施施加的恒载时，将将趋于形成整体剪剪切破坏；当基础础埋置较深，荷载载施加速率较快或或受冲击荷载作用用时，则趋于形成成冲切剪切破坏和和局部剪切破坏。。2.地基失稳稳对工程程结构的的危害地基失稳稳造成的的工程事事故在建建筑工程程中较为为少见，，在道路路工程和和堤坝工工程中相相对多，，这与工工程设计计中安全全度控制制有关。。建筑工程程对地基变变形要求求严，地地基稳定