关于钢结构脆性破坏的认识与分析
浅谈钢材的脆性
性会显著降低 ，出现蓝脆现象。当温度从常温开始下降肘， 材料的 缺 口韧性将随之降低， 材料逐渐变脆 。这种性质称为低温冷脆。不 同的钢种， 向脆性转化的温度并不相同。同一种材料， 也会由于缺 口形状的尖锐程度不同， 而在不同温度下发生脆性断裂。 ４ 冷加工硬化 ． 冷加工引起的应变硬化和随后出现的应变 时效使钢材的屈服 点得到提高，但钢材的塑性和韧性却大大降低，使钢材变脆。 ５ 复杂应力 ． 在复杂应力 作用 下，结构 的塑性 降低 ，脆性增加 。 ６ 加载速度 的影 响 ． 荷载在结构上作用速度很快时，材料的应力一 应变特性就要发 生很大的改变 。随着加载速度增大， 屈服点将提高而但韧性降低 。
量过高， 晶粒较粗， 夹杂物等冶金缺 陷严重， 韧性差等；较厚的钢材 辊轧次数较少，材质差、韧性低，可能存在较多的冶金缺陷。 ２ 冶炼方法和轧制工艺 ． 不 同的冶炼 方法 及轧制工艺会 形成不 同的 内部组织和 晶粒 结构及大小 ，细化 晶粒可 以使基体变 形更加均匀 ，晶界增 多可 以有效的阻止裂纹 的扩 张， 因塑性变 形引起 的位错 的塞积 因晶 界面积 很大也不会很 大，可 以防止裂 纹的产生 ，从 而提高材料
参考文献： 【 夏志斌， １ 】 姚谏． 钢结构原理与设计［ ． ＭＩ 中国建筑工业 出版社． 作 者简介： 艾永强 （ ９８ ），男 ，湖南郴州 人，现就读于 中南大 学土木建 筑学院，主要从 １８－ 事土木工程方面研究。 杨晨 （９ ７ ） ，女 ，黑龙江大庆人 ，现 就读于 中南大学土木建筑 学院，主要从 １８－ 事工程管理方面研究。
措施显得格外重要。 【 关键 词】脆性 ；热脆 ；冷脆；断裂因素；防治措施
钢结构脆性断裂与疲劳破坏浅析
钢结构脆性断裂与疲劳破坏浅析一、脆性断裂钢材或钢结构的脆性断裂是指应力低于钢材抗拉强度或屈服强度情况下发生突然断裂的破坏。
钢结构尤其是焊接结构，由于钢材、加工制造、焊接等质量和构造上的原因，往往存在类似于裂纹性的缺陷。
脆性断裂大多是因这些缺陷发展以致裂纹失稳扩展而发生的，当裂纹缓慢扩展到一定程度后，断裂即以极高速度扩展,脆断前无任何预兆而突然发生破坏。
钢结构脆性断裂破坏事故往往是多种不利因素综合影响的结果，主要是以下几方面：(1)钢材质量差、厚度大：钢材的碳、硫、磷、氧、氮等元素含量过高，晶粒较粗，夹杂物等冶金缺陷严重，韧性差等；较厚的钢材辊轧次数较少，材质差、韧性低，可能存在较多的冶金缺陷。
(2)结构或构件构造不合理：孔洞、缺口或截面改变急剧或布置不当等使应力集中严重。
(3)制造安装质量差：焊接、安装工艺不合理,焊缝交错，焊接缺陷大，残余应力严重；冷加工引起的应变硬化和随后出现的应变时效使钢材变脆。
(4)结构受有较大动力荷载或反复荷载作用：但荷载在结构上作用速度很快时（如吊车行进时由于轨缝处高差而造成对吊车梁的冲击作用和地震作用等），材料的应力-应变特性就要发生很大的改变。
随着加荷速度增大，屈服点将提高而韧性降低。
特别是和缺陷、应力集中、低温等因素同时作用时，材料的脆性将显著增加。
(5)在较低环境温度下工作：当温度从常温开始下降肘,材料的缺口韧性将随之降低,材料逐渐变脆。
这种性质称为低温冷脆。
不同的钢种，向脆性转化的温度并不相同。
同一种材料,也会由于缺口形状的尖锐程度不同，而在不同温度下发生脆性断裂。
所以，这里所说的"低温"并没有困定的界限。
为了确定缺口韧性随温度变化的关系，目前都采用冲击韧性试验。
显而易见,随着温度的降低，Cv能量值迅下降，材料将由塑性破坏转变为脆性破坏。
同时可见，钢材由塑性破坏到脆性破坏的转变是在一个温度区间内完成的，此温度区T1－T2称为转变温度区。
在转变温度区内，曲线的转折点〈最陡点〉所对应的温度T0称为转变温度。
钢结构基本原理第9章 钢结构的脆性断裂与疲劳破坏 (2)
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第二节钢结构的疲劳破坏 一、疲劳破坏的概念
钢材在持续反复荷载作用下，虽然其应力低于 强度极限，甚至还低于屈服极限，仍会发生突然的 脆性断裂破坏，称为钢材的疲劳。金属结构的疲劳 按其断裂前的应力大小和应力循环次数可分为高周 疲劳和低周疲劳两种，钢结构只考虑高周疲劳计算。
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一、疲劳破坏的概念
钢材的疲劳破坏过程: 裂纹的形成→裂纹的缓慢 扩展→裂纹的迅速断裂。 疲劳破坏属于没有明显变 形的脆性破坏，危险性较 大。疲劳破坏的断口如图 9-6所示。
图9-6 断口示意 1-光滑区 2-粗糙区
18
二、影响疲劳破坏的因素 钢结构的疲劳破坏先决条件是微观裂纹的形成 和裂纹部位的应力集中，然后取决于作用的连续重 复荷载产生的应力因素——应力比或应力幅，以及 应力循环次数等。
19
(一)微观裂纹和应力集中 钢材生产和制造等过程中，在结构的某些部 位存在着局部微小缺陷， 即“类裂纹”。随着裂 纹的逐渐开展，应力集中现象越来越严重，进而 促使裂纹更继续开展。当重复荷载达到一定循环 次数时，裂纹的发展将使截面削弱更多，导致承 受不了外力作用，最终发生脆性断裂，形成疲劳 破坏。
8
(三)材料韧性 影响材料韧性的因素除了化学成分、冶炼方 法、浇铸方式、轧钢工艺、焊接工艺等之外，钢 板厚度、应力状态、工作温度和加荷速率等有明 显的影响。 （1）钢板厚度 图9-2示出材料断裂 韧性随厚度变化的情况， 钢板厚度越大，韧性越 低，破坏的断面越平整， 表明是脆性破坏。 图9-2断裂韧性随 厚度变化
5
(一) 裂纹 当裂纹扩展到临界尺寸，脆性断裂就会发生 。当一块板处于平面应变条件下（图9-1），如果 应力强度因子 K1 a K IC (9-1) 则裂纹将迅速扩展而造成断裂。
关于钢结构脆性破坏问题研究综述
２ ３ ６ ・
工程 科技
Байду номын сангаас
关于钢结构 脆性破坏 问题 研究综述
徐丽丽 １ ， ２ （ １ 、 广西 大学， 广西 南宁 ５ ３ ０ ０ ０ ３ ２ 、 广西 交通职业技 术学院， 广西 南宁 ５ ３ ０ ０ ２ ３ ）
摘 要： 针 对 钢 结 构脆 性 破 坏 问题 进 行 了论述 。 关键 词 ： 钢结构 ； 脆性 ； 破 坏
钢结构是土木 工程 的主要结构种类之一 ， 我国 自新中 国成立以 此外冷加工 、 加载速率对其均有影响 ， 在设计时应加以注意 。另 后， 随着经济建设的发展 ， 特别是实行改革开放政策 以后 ， 钢结构得 外 ， 在使 用上 ， 要 求使 用者不能在 主要 构件上任意焊接 附件或作 为 必须时要 经设计 同意 ； 尽量避免超载 ， 要 注意定期 油漆防 到了前所未有的发展 ， 应用的领域有了较大的扩展。高层和超高层 受力支承， 房屋 、 多层房屋 ， 单层轻 型房屋 、 体育场馆 、 大跨度会展 中心 、 城市桥 护 ， 及 时检修 ， 避 免对结构 的猛烈 敲打 、 撞击 和机械损伤 ； 当气 温低 梁和大跨度公路桥梁等都 已采用钢结构。 钢结构 与其他材料建造的 于结构的设计工作温度时 ， 应对结构进行保暖。 结构相 比， 具有许多优点 ， 比如其强度高 、 材性好 、 工业化程度 高、 工 ３脆 性 断 裂 事故 期短 、 密封 性好 、 抗震性 好等等 ， 但是钢结构 ， 特别是焊接 钢结构受 １ ９ １ ２年 ４月 １ ０ Ｅ ｔ ， 泰坦尼克号从英 国南安普敦 出发 ， 前往 Ｅ ｌ 的 材料性质 ， 加工工艺等方面的因素影响 ， 不 可避 免地存在 各种 缺陷 ， 地美 国纽约 ， 开始 了这艘 “ 梦幻 客轮” 的处 女航 。然 而 ４月 １ ４ 日晚 加之使用条件 的不利作用（ 如超载 、 低温、 动载等 ） 易发生各类 事故 ， １ １ 点４ ０分 ， 泰坦尼克号在北大西洋撞上 冰山（ 大约在 ４ １ 。４ ３ ’ ５ ５ ． ６ ６ 其中脆性破坏 的事故 占相当大的比例ｌ ｌ ｌ 。 “ Ｎ ４ ９ 。５ ６ ’ ４ ５ ． ０ ２ ” Ｗ 附近 ） ， 两小时 四十分钟后 ， ４月 １ ５日凌晨 ２点 钢材的脆性断裂时钢结构 在静 力或加载 次数不多 的动荷载作 ２ ０分沉没 ， 由于只有 ２ ０艘救生艇 ， １ ５ ２ ３ 人 葬身海底 ， 造成 了当时在 用下发生 的脆性破坏 。脆性 破坏在破 坏前 无明显变形 ， 平均应力亦 和平时期最严重的一次航海事故 。 小， 没有任何预兆 ， 破坏断 口平 直和呈有光泽的晶粒状。 脆Ｉ 生 破坏时 这艘偌大的游 轮究竟 为什么会沉于海底呢？ 由于技术上的原因 ， 突然发生 的 ， 事先毫无警 告 ， 危 险性 大 ， 根本来 不及 补救 ， 应尽量避 直至 １ ９ ９ １ 年。 科学考察 队才开始到水下对残骸进行考察 ， 并收集了 免。 在焊接结构逐渐取代铆接结构时期 ， 脆性事故增 多 ， 他们多数出 残骸 的金属碎片供科研 用。 这些碎 片以及沉船在海底的状况使 人们 现在桥梁 、 橱柜 、 船舶 、 吊车梁等钢结构 中。 终 于解 开了 巨轮 “ 泰坦尼克号 ” 罹难之谜 。考察 队员们 发现 了导致 １影响钢 结构脆性断裂的因素 “ 泰坦尼克号” 沉没重要细节 。 引起钢结构脆性 断裂的因素有很多 ， 根据 同济大学教材 《 钢结 造船工程师只考虑到要增加 钢的强度 ，而没有想 到要增加其韧 构基本原理 中指 出其直接 的因素是裂纹尺寸 、 作用应力 的方式 、 性。 把残骸 的金属碎片与如今的造船钢材作一对 比试验 ， 发现在“ 泰 大小 ， 以及 材 料 的 韧 性 。 坦尼克号” 沉没地点的水温 中 ， 如今 的造船钢材在受 到撞 击时可 弯 １ ． １裂纹 成 ｖ形 ， 而残骸上 的钢材则因韧性 不够 而很快断裂 。由此发现 了钢 结构 内部总会存在不 同类型 和不 同程度 的缺 陷， 这些缺陷 的存 材 的冷脆性 ， 即在 一 ４ ０ ℃～ ０ ℃的温度下 ， 钢材 的力学行 为 由韧 性变 在通常可看成是结构内部 的微小裂纹 ，当裂纹扩展 到临界尺 寸 ， 脆 成脆性 ， 从而导致灾难性 的脆性 断裂。而用现代 技术炼的钢只有在 性 断裂 就会 发生 。因此 ， 应尽可能通过控制施 工工艺 、 改善 细部设 ７ ０ ℃一 一 ６ ０ ０ Ｃ的温度下 才会 变脆 。 不过不能责怪 当时的工程师 ， 因 计、 加强质量检 查等方法减小结构 内部 的缺陷 ， 也 就是减小结 构 内 为当时谁也不知道 ， 为了增加钢的强度而往炼钢原料中增加大量硫 部 的微小裂纹。 化物会 大大增加钢 的脆性 ， 以致酿成 了“ 泰坦尼克号 ” 沉没 的悲剧 。 １ ． ２应 力 这一悲惨 的事故证明了低温下钢材 的冲击 韧性变差 ， 以及钢材 如果构 件中有较严重 的应力集 中和较 大的残余拉应 力则容易 中含硫含碳 高会 导致其脆性增加 。 引起构件 的脆性断裂。 构件中的应力集 中和残余拉应 力则 与构件 的 结 束 语 构造细节和焊缝位置 、 施工工艺等有关 。在设计时应避免焊缝过于 随着经济 的发展和技术 的进步 ，钢结构 的应用会越来越广 泛 ， 集中、 构件截面的突然变化 以及在施焊时会产生严重拘束应力 的构 但 同时 由于设计 、 施工 、 使用 以及钢材质量等方 面的原 因 ， 使得钢结 造。 构存在着脆性破坏 的隐患 ， 而脆性破坏一旦发生 ， 由于其危 险性 大 、 １ ． ３材 料 无补救措施 ， 损失会很惨重 ， 本文通过对脆性破坏 的影 响因素 、 防止 与脆性 断裂有关的因素还有材料 的韧性 。 而影响材料韧性 的因 措施 以及工程实例的简要 分析 ， 旨在引起工程界对钢结构脆性破坏 素主要 有 ： 化学成分 、 冶炼方法 、 浇铸方式 、 轧钢工艺 、 焊接 工艺 以及 的重视 ， 从 而能更好 的避免更大事故的发生 。 钢板厚 度 、 应力状态 、 工作温度 、 加荷速率等 。如厚钢板 的韧性低 于 参考 文献 薄钢板 ， 一个原 因是轧制过 程造 成 内部组织 的差别 ， 另一个原 因是 ［ １ 】 王元清． 钢结构脆性破坏事故分析［ Ｊ １ ． 工业建筑 ， １ ９ ９ ８ ， ２ ８ （ ５ ） ． 应力集 中下 ， 厚板接近 于平 面应变受力状态 ， 较薄板 的平 面应力状 ［ ２ ］ 苏益 声， 许安邦 ， 陈宗平． 钢结构脆性破坏 浅析『 Ｊ １ ． 广西 大学学报 ， 态更为不利 。另外工作温度。随着温度的下降 ， 冲击 韧性 也不 断下 ２ ０ ０ ３ 。 ２ ８ （ ３ ） ． 降， 当温度下降到一定程度后 ， 材料 出现脆性破坏 ， 冲击韧性 降得很 【 ３ ］ 沈祖 炎， 陈 扬骥 ， 陈 以一 ． 钢 结 构 基本 原 理 ［ Ｍ】 ． 北京 ： 中 国 建 筑 工 业 低， 且 基本为一常量 。 因此当工作温度很低时 ， 所采用 的材料的 冲击 出 版 社 ． ２ ０ ０ ５ ． 韧性不应低于脆性破坏范 围。 Ｉ ４ 】 马德 志， 高良， 戴为志． 国家体育场“ 鸟巢” 钢结构焊接 工程 “ 合拢 ” ２防止 钢 材 脆 性 断 裂 的措 施 技 术『 Ｊ １ ． 全 国铜结构学术年会论 文集， ２ ０ １ ０ ， １ ０ ． ａ ． 加 强施焊工 艺管理 ， 避免施 焊过程 中产生裂 纹 、 夹渣 和气泡
钢结构脆性破坏分析
钢结构脆性破坏分析结构的脆性破坏是各种结构可能破坏形式中让人最头痛的一种破坏。
脆性断裂破坏前结构没有任何征兆不出现异样的变形，没有早期裂缝。
脆性断裂破坏时，荷载可能很小，甚至没有任何荷载的作用。
脆性断裂的突发性，破坏过程的瞬间性，根本来不及补救，大大增加了结构破坏的危险性。
一、钢结构脆性断裂的特征脆性破坏，破坏时几乎不发生变形，而且是瞬间发生，破坏时应力低于极限承载力。
钢材晶格之间的剪切滑移受到限制，使变形无法发生，脆性破坏的结果是钢材晶格间被拉断。
发生的机会较多，因此非常危险。
在处于韧性状态的材料中，裂纹的扩展必须有外力做功。
如果外力停止做功，裂纹也就停止扩展。
在处于脆性状态的材料中，裂纹的扩展几乎不需要外力做功，仅在裂纹起裂的时候，从拉应力场中释放出的弹性能可驱动裂纹极为迅速的扩展。
对于钢结构，发生脆性破坏时，已经注意到主要有以下一些共同的特征：残余应力的存在在某些构件的空洞、缺口、尖锐凹角、截面突变及焊接部分引起三轴向拉力；所用钢材对含有大量非金属杂质很敏感；板厚度过大影响；应力集中影响；多数破坏发生在低温情况下；焊接和钢材中冶金质量影响；脆性断裂在所有情况下发生都是突然的。
二、影响钢结构脆性断裂的因素2.1 裂纹断裂力学的出现，较好的解答了钢结构低应力脆断问题。
钢结构或构件的内部总是存在不同类型和不同程度的缺陷。
比如对接焊缝的未焊透，角焊缝的咬边，未熔合等。
这些缺陷通常可作为裂纹看待。
断裂力学认为，解答脆性断裂问题必须从结构内部存在微小裂纹的情况出发进行分析。
断裂是在侵蚀性环境作用下，裂纹扩展到临界尺寸时发生的。
裂纹有大小之分。
尤其是尖锐的裂纹使构件受力时处于高度应力集中。
裂纹随应力的增大而扩展，起初是稳定的扩展，后来达临界状态，出现失稳扩展而断裂。
对于高强钢材制作的结构，构件中储存的应变能高，断裂的危险性也就大于用普通钢材的结构。
因此，对高强钢材的韧性应要求更高一些。
2.2 应力集中的影响钢结构由于孔洞、缺口、截面突变等不可避免，在荷载作用下，这些部位将产生局部高峰应力，而其余部位应力较低且分布不均匀的现象称为应力集中。
钢结构的脆性断裂和疲劳
一、概念 1、循环荷载——结构或构件承受的随时间变化的荷载。
PP 1 A 1
A 1-1
（1）应力循环 --构件截面应力随时间的变化。
（2）应力幅 在循环荷载作用下，应力从最大到最小重复一次
(拉） max 0
max(1 k ) o
f
D
y
1 C(o,o) 1
式中：
B( 1, 1)
A
（
min
压
）
（
min
拉
）
非焊接结构的疲劳图
k o 1 , 1
(2 13) min
max
K---与构造形式有关的系数,由试验确定.
由上述推导可知，对于非焊接结构和轧制钢材， 疲劳强度与最大应力、应力比、循环次数和缺口效应 （构造类型的应力集中情况）有关。
应力幅对焊接结构的疲劳强度有很大影响，而与 名义最大应力σmax和应力比ρ无关。
（3）应力循环次数N（疲劳寿命）
应力幅越低，则作用循环次数
fy
就越多，即疲劳寿命越高。
1
2
b
N1 N2
0 1 2 3 4 5 6 NX105
应力循环次数N<5×104，不需要进行疲劳计算。
（一）常幅疲劳的疲劳强度计算
由试验结果，以及上述分析可知钢材的疲劳强度 主要与构件和连接分类（内部缺陷、应力集中、残余 应力）、应力循环次数和应力幅有关。
（1）构件和连接的分类
材料内部缺陷 缺陷构造缺陷 应力集中
残余应力（焊接，火焰切割，轧制边）
（2）应力幅（Δσ）和应力循环特征（应力比ρ）
钢结构脆性破坏事故分析
研究背景
钢结构脆性破坏是指钢材在受力过程中突然发生脆性断裂，导致结构失效。这 种现象在低温环境下尤为突出，因为钢材的脆性断裂强度随温度的降低而显著 下降。目前，国内外学者对钢结构脆性破坏的研究主要集中在材料脆化、构件 承载力和稳定性等方面。然而，对于低温环境下钢结构脆性破坏的机理和防治 方法仍需进一步探讨。
（2）结构设计不合理：通过对结构设计进行复核，发现部分节点的连接方式 不合理，导致应力集中。在长期使用过程中，这些节点逐渐产生疲劳损伤，最 终导致脆性破坏。
（3）施工过程中的问题：事故调查发现，部分钢构件的焊接工艺不当，存在 焊接缺陷。这些缺陷在结构使用过程中逐渐扩展，最终导致脆性破坏。
3、脆性破坏的预防措施
根据本次事故的原因和机制，提出以下预防措施：
（1）加强钢材质量控制：选用符合规范要求的优质钢材，确保进场材料符合 设计要求。同时，对进场钢材进行严格检验，防止不合格材料进入施工现场。
（2）优化结构设计：对钢结构进行精细化设计，避免应力集中。考虑结构在 使用过程中的疲劳损伤，采取相应的加强措施。
钢结构脆性破坏事故分析
01 引言
目录
02 事故案例
03 脆性破坏原理
04 预防措施
05
钢结构脆性破坏事故 的调查与分析
06 参考内容
引言
随着建筑行业的快速发展，钢结构在各种工程项目中的应用愈发广泛。然而， 钢结构脆性破坏事故的频发，给建筑物的安全性带来了严重威胁。本次演示通 过分析一起典型的钢结构脆性破坏事故，探讨事故的原因、预防措施以及对未 来的启示。
本起事故涉及的体育馆为钢网架结构，跨度大、空间受力复杂。事故发生时， 部分钢构件在没有明显塑性变形的情况下突然断裂，导致整个网架结构塌陷。 由于事故发生在施工阶段，幸亏现场没有人员伤亡。
谈钢结构工程事故的原因分析和处理对策
谈钢结构工程事故的原因分析和处理对策摘要：本文从钢结构工程的深化设计、加工制作、安装施工、使用4个阶段出现的问题会导致结构的损伤与破坏，从而造成事故。
并对事故的类型、原因进行了解剖，针对做好钢结构工程的深化设计，钢结构构件加工质量的控制,严、准、细控制钢结构安装施工技术作了相应对策.关键词：钢结构事故深化设计加工制作安装施工处理对策ABSTRACT:This article from the steel structure project’s deepened design, the processing manufacture, the installment construction, will use the question which 4 stages will appear to cause the structure the damage and the destruction, will thus create the accident. And to accident’s type, the reason has carried on the dissection, i n view of completesthe steel structure project the deepened design, the steel structure millwork quality control，strict, accurate，controlled the steel structure installment construction technique to make the corresponding countermeasure thin。
KEY WORDS：Dteel structure Accident Deepened design Processing manufacture Installmentconstruction Processing countermeasure1钢结构事故的类型整体事故：结构整体或局部倒塌[1］。
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关于钢结构脆性破坏的认识与分析
摘要：随着我国房地产建筑业的发展，传统的钢筋混凝土结构不再占据垄断
地位，各种新型建筑结构体系蓬勃发展，其中以钢结构尤为引人关注。
钢结构是
将各式型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件通过焊缝、螺栓或铆钉连
接组合而成的结构形式。
一方面，因其具有强度高，塑性、韧性好、质量轻、材
质均匀、施工期短、抗震性和密闭性好、建筑表现力丰富等优点，在厂房、场馆、超高层以及大跨度结构中应用广泛。
钢结构学科发展也因此得到有力推动，成为
结构工程中最具有活力的研究方向。
另一方面，钢结构自身无法避免的缺点和局
限性也不容忽视，如耐腐蚀性差、易锈蚀、不耐火、造价高等，尤其是钢结构具
有低温冷脆倾向，在低温腐蚀环境、内部裂纹、外部缺陷等其他条件下，极可能
发生毫无征兆的脆性破坏，引发重大安全事故，造成严重后果。
关键词：钢结构；脆性破坏
1 钢结构脆性破坏的特征和类型
钢结构有塑性和脆性两种完全不同的破坏形式。
其中，脆性破坏（断裂）是
结构或构件在破坏前几乎不发生塑性变形，宏观表现为断裂时伸长量极其微小，
破坏应力低于极限承载力的一种破坏形式。
钢结构发生脆性破坏时，钢材晶格之
间的剪切滑移受到限制，使塑性变形无法发生。
钢材晶格被拉断后，其断裂面粗糙，呈金属原色，断口平直有光泽，有少量剪切断裂形成的唇口，微观下能看到
明显的人字纹或放射线纹。
一般情况下，处于脆性状态中的材料，其裂纹起纹时，只需从拉应力场中释放出的弹性能驱动就能迅速扩展，而不需要外力再做功。
可见，结构内部存在不同类型和不同形式的裂纹，在荷载和恶劣环境的外因作用下，裂纹扩展到临界尺寸，且裂纹处存在尖锐的应力集中，是为脆性破坏的根本原因。
因此，脆断应力可能低于钢材的屈服点，且断裂从应力集中处开始。
此外，发生
脆性破坏的钢材构件，一般都厚度过大或含有大量非金属杂质，存在孔洞、缺口
和截面突变等缺陷，设计、施工和冶金技术可能存在隐患，且大部分断裂事故都
发生在低温恶劣环境下的焊接结构中。
脆性破坏发生概率较大，且往往没有明显
征兆，事先难以察觉补救，因此非常危险，危害严重，要极力避免。
根据其破坏因素，钢结构的脆性破坏通常可分为以下几类：（1）过载断裂。
即由于结构所承受荷载过大，致使危险截面处因强度不足而导致的断裂，一般常
见于钢丝绳、钢绞线和高强钢丝等脆性材料构件处；（2）非过载断裂。
塑性好
的钢材构件若内部存在裂纹，在缺陷、低温等内外因素共同影响下突然呈现的脆
性断裂；（3）应力腐蚀断裂。
钢结构在腐蚀性环境中受到静力或准静力荷载作
用时，由于腐蚀作用和非过载断裂的综合作用而导致的断裂破坏，其计算应力远
低于屈服极限的应力状态；（4）疲劳断裂。
钢构件在经历长时间的交变荷载循
环作用后，内部裂纹达到临界状态而突然断裂的现象；（5）氢脆断裂。
钢材冶
炼过程中溶解了一定量的氢，若钢液冷却时间不够，内部大部分的氢未能溢出，
在使用过程中的静荷载作用下出现塑性显著下降，脆性急剧增加的现象。
2 钢结构发生脆性破坏的因素
2.1 材料的因素
2.1.1 裂纹
钢材内部存在的各类微小裂纹是造成脆性断裂的主要原因。
尖锐裂纹处往往
伴有高度应力集中，随着应力的增加，裂纹在应力场弹性势能的作用下稳定扩展
到临界状态，继而发生失稳断裂。
2.1.2 应力
除了存在内部裂纹，构件在加工、安装和使用过程中还可能产生缺口、孔洞、尖锐凹槽和截面突变等外部缺陷。
这些缺陷部位在构件处于受力状态时通常会出
现严重的应力集中。
值得注意的是，钢构件脆性断裂应力应是构件的实际应力，
要同时考虑残余应力等因素。
应力集中使钢材局部内力增高，在应力高峰处，还
会出现双向或三向同号应力状态，降低钢材的塑性能力，容易造成脆性断裂。
2.2 冶炼制作的因素
钢材在制作和冶炼过程中，由于技术或设备的局限性，难免会混入包括氢、硫、磷在内的非金属杂质，在钢液冷却过程中部分杂质没有去除干净，仍残留在材料内。
这些杂质中的有害元素会直接影响钢材的品质，从而增加脆性破坏的风险。
3 预防钢结构发生脆性破坏的措施
3.1 计算设计方面
3.1.1 防脆断设计
建立在断裂分析基础上的防脆断设计能有效防止焊接钢结构发生脆性断裂。
如果设计者精通断裂力学知识，在设计过程中，对材料的断裂韧性、最低工作温度、最大缺陷尺寸以及环境腐蚀应力严格把控，同时重视内部裂纹的危害，则可为钢结构选购材料、制定施工方案、质量验收、安全运行和检修规程提供更科学合理的依据。
3.1.2 破损安全设计
破损安全设计要求以“合乎使用”为原则，即要事先预判到钢构件在使用过程中可能出现的缺陷和裂纹，允许结构带有一定程度的损伤工作，但对这些初始裂纹和损伤必须进行严格控制，不能任其在结构检修期或使用寿命内发展到临界尺寸。
3.2 制作安装方面
3.2.1 严格选择材料
对于焊接式钢结构，特别是在低温恶劣环境中工作，或承受复杂动力荷载的钢结构构件，应优先选用镇静钢。
这是因为镇静钢夹成分纯净，气泡杂质较少，组织细密均匀，能有效避免钢材发生脆性断裂。
要注意控制钢板的最大厚度，尽量使用厚度较小的材料。
钢材越薄，说明轧压的次数越多，冶炼缺陷越少，发生脆性破坏的可能就越小。
我国用于制作梁柱桁架的低碳钢，在工作环境大于0℃
的情况下，一般选用厚度控制在50mm左右的不预热钢板。
同时，要按照相关标
准及技术要求对钢材进行严格的出厂和入场复检，进一步保证产品质量。
3.2.2 注重焊接效果
钢构件的焊接质量会直接影响结构的整体质量，是保证钢结构安全性、适用
性和耐久性的重要因素，因此焊接质量必须合格。
当下大部分的钢结构工程，其
构件多是在施工现场拼接组装的，施焊条件不确定且多变，因此应当选用技术评
定良好的焊工。
在施焊过程中，要求操作人员熟练掌握焊接技术并严格遵守施工
规程，尽量减少咬边、气孔、夹渣和表面裂纹，杜绝未焊透及母材未与焊条材料
熔合的现象。
3.2.3 保证安装质量
在钢构件安装过程中，要严格控制装配尺寸，避免强力组装及角变形、错边
量等几何形状的偏差和不连续，降低局部应力集中。
由于构件的成形质量直接影
响安装质量，故应尽量选择型状尺寸均匀合理，符合标准要求的构件，不要过于
复杂和多变。
3.3 使用维护方面
钢结构在长期使用过程中，不仅原有的裂纹会进一步扩展，还会不可避免地
产生新的缺陷，增大脆性断裂的概率，因此在使用过程中要规范操作、按时维护、及时检修。
使用者不能在主要构件上任意焊接附件或直接用作受力支承，尽量避
免超载，若要临时设置附加连件必须征得原设计人员的同意；要注意定期对钢材
作油漆防护防锈，避免结构在使用中遭受猛烈敲打、撞击和机械损伤；当气温低
于结构的设计工作温度时，要对结构采取抗冻保暖措施；在腐蚀性强的环境中，
要对结构进行一定的防腐处理。
4 结语
随着钢结构学科和现代工业的进步，钢材的质量和数量有了极大的提高，钢
结构的应用范围也越来越广泛。
钢结构的脆性破坏作为一类多发的安全事故，损
失巨大，后果严重，必须认真对待，引起重视，对其破坏因素要加深认识。
根据
本文阐述，只要采取科学合理的预防措施，钢结构脆性破坏就得到有效的控制或避免，因此钢结构仍是结构体系中重要的组成部分，具有广阔的发展前景。
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