钢结构脆性断裂破坏的影响因素及防止措施 从光胜
摘 要:
文章介绍了钢结构脆性断裂的破坏特征，影响其脆性破坏的因素，最后提出了防治钢结构脆性断裂的措施 关键词: 脆性断裂；钢结构；脆性断裂：影响因素：防止措施
Causes Analysis Oil Brittle Fracture of steel
structure
Congguagnsheng
Department of Chemical and Materials Engineering, Hefei University, Hefei
230022, China Abstract::This scientific dissertation give an introduce of the property of brittle fracture of steel structure ,the factors of the broken, and then put forward some measures to prevent the broken.
Key words: brittle disrupt , steel structure .influence factors ,measures to avoid brittle broken.
正文：
结构的脆性破坏是各种结构可能破坏形式中最令人头痛的一种破坏。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，甚至没有任何外荷载的作用。脆性断裂的突发
性，实现毫无警告，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。。对于一般的构建来讲，选择材料时主要考虑以下几个方面：
1、裂纹 当焊接结构的板厚较大时（大于25mm），如果含碳量高，连接内部有约束作用，焊肉外形不适当，或冷却过快，都有可能在焊后出现裂纹，从而产生断裂破坏。
2、应力
考察断裂问题时，应力 是构件的实际应力，它不仅和荷载的大小有关，也和构造形状及施焊条件有关。几何形状和尺寸的突然变化造成应力集中，使局部应力增高，对脆性破坏最为危险。施焊过程造成构件内的残余拉应力，也是不利的。因此，避免焊缝过于集中和避免截面突然变化，都有助于防止脆性断裂。
3、材料选用
为了防止脆性断裂，结构的材料应该具有一定的韧性。材料断裂时吸收的能量和温度有密切关系。吸收的能量可以划分为三个区域，即变形是塑性的、弹塑性的和弹性的。要求材料的韧性不低于弹性，以避免出现完全脆性的断裂，也没有必要高于弹塑性，对钢材要求太高，必然会提高造价。钢材的厚度对它的韧性也有影响。厚钢板的韧性低于薄钢板。
4、构造细部
发生脆性断裂的原因是存在和焊缝相交的构造缝隙，或相当于构造缝隙的未透焊缝。构造焊缝相当于狭长的裂纹，造成高度的应力集中，焊缝则造成高额残余拉应力并使近旁金属因热塑变形而时效硬化，提高脆性。低温地区结构的构造细部应该保证焊缝能够焊透。因此，设计时必须注意焊缝的施工条件，以保证施焊方便，能够焊透。
一、脆性断裂的特征
脆性破坏，破坏时几乎不发生变形，而且瞬间发生，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，脆性破坏结果是钢材晶格问被拉断。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 一：应力
处于脆性状态的材料中，裂纹的扩展几乎不需要外力做功，仅在裂纹起裂时，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～ 些共同的特征：残余应力的存在要在某些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：多数破坏生在低温情况下；板厚度过大影响，应力集中的影响；焊接和钢材中冶金质量影响；脆性断裂在所有情况下都是突然发生的。
二、影响钢结构脆性断裂的因素
1．裂纹
断裂力学认为，对脆性断裂必须从结构内部存在的微小裂纹的情况出发进行分析。用断裂力学理论可以计算裂纹在荷载和侵蚀性介质下的扩展情况；当裂纹扩展到临界尺寸时，脆性断裂就会发生。线弹性断裂力学指出，当一块板处于平面应变状态下如果应力强度因子K1：a√7ca d≥K。 则裂纹将迅速扩展而造成断裂。其中：d为板所受的拉力，a为裂纹尺寸，a为系数，与裂纹形状、板的宽度以及应力集中等有关，K 为断裂韧性，代表材料抵抗断裂的能力，可由实验得到。
2．应力集中的影响
应力集中越严重，就越易发生脆性破坏，原因是应力集中是产生三向拉应力的根源，这三向拉应力来束缚着钢材的塑性变形，而增加钢材的脆性，极易造成高峰应力处应力集中使钢材脆性增强。构件中的应力集中和残余应力与构件的细节和焊缝位置、施工工艺等有关。在设计时应避免焊缝过于集中、构件截面的土壤变化以及在施焊时会产生严重拘束应力的构造等。
3．化学成份的影响
在普通碳素钢中，硫和氧是钢材的有害元素，他们的含量过多，易使钢材产生热脆(即在焊接时，在焊缝附近产生热裂纹)，磷、氮含量过多易使钢材产生冷脆(即钢材在常温下，随温度的降低而脆性增强)。
4．钢材的冶金质量影响
镇静钢和低合金钢化学成份较均匀，脱氧较充分，钢的组织较致密，非金属夹杂较少，因而对脆性破坏的抵抗能力比冶金质量差的沸腾钢高，更适于制造在较低温度下的使用结构。
5．工作温度
材料的冲击韧性与温度有密切关系。随着温度的下降，冲击韧性也不断下降。当温度下降到某一个温度时，材料出现脆性破坏，冲击韧性降得很低，且基本为一常量。因此，当工作温度很低时，所用材料的韧性不应处于脆性破坏范围，而应接近于塑性破坏时的数值。6．钢板厚度的影响在温度和使用应力都相同的情况下，材料厚度对脆性断裂的影响是很显著的。这不仅因为厚度较大，可能使材料处于平面应变状态，还因为较厚的材料辊轧次数较小，质量较差，韧性性能较低，可能存在的冶金缺陷又较多，从而增加材料对脆性的敏感性。
三、防止脆性断裂的措施
为防止脆性断裂一般应注意合理设计和选用钢材以及合理制造和安装。脆性断裂造成最严重的后果是造成结构倒塌，为丫防止出现这种情况，在设计应注意荷载能多路径传递。例如采用超静定结构，一旦个别结构断裂，结构仍维持几何稳定时，荷载能通过其他路径传递，结构不致倒塌，可以赢的时间及时补救。设计上，首先要合理地选择材料，特别是承受动力荷载或低温下工作的钢结构构件，就不应选用沸腾钢；其次，各构件上应避免尖锐突变和开口，避免多条焊缝交汇，因为此处往往是三向应力产生的位置；再次，设计时应考虑施工工艺，为施工留有适当的工作面。因为有的焊接缺陷是由于工作面窄，造成施工困难而留下的。在施工上，要求操作人员熟练掌握焊接技术并严格遵守施工工艺，尽量减少气孔、夹渣，并应杜绝未焊透和母材未熔合的现象。焊接后应轻敲构件以释放部分残余应力，必要时焊接前进行预热，焊接后进行热处理。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受力支承，必须时要经设计同意；尽量避免超载，要注意定期油漆防护，及时检修，避免对结构的猛烈敲打、撞击和机械损伤；当气温低于结构的设计工作温度时，应对结构进行保暖。关于脆性断裂的发生，目前研究已形成共识的是，事故大部分发生在焊接结构中，且破坏时气温较低。因此，对这类结构的施工必须引起足够的重视。此外，冷加工、加载速度等对钢材脆性断裂性能都有影响，在设计时应加以注意。
四、结束语
随着经济的发展和技术的进步，钢材的质量、数量都有很大的提高。钢结构由于其独特的优越性，在工程中的应用越来越广泛。同时，由于设计、施工使用等方面的原因，使钢结构工程存在着脆性破坏的隐患。一旦发生，损失巨大。本文通过工程事例，对脆性破坏做一简要探讨，旨在引起工程实际中对钢结构脆性断裂的重视。
参考文献：
【1]苏益声，许安邦，陈宗平．钢结构脆性破坏浅析．广西大学学
报(自然科学版)，2003(3)．
[2】刘渠，刘忠明，刘影学．钢结构脆性断裂对工程危害及防治．
低温建筑技术，1999(1)．
【3】关振译，张忠太，焦金生.无机材料物理性能
钢结构脆性断裂破坏的影响因素及防止措施 从光胜
摘 要:
文章介绍了钢结构脆性断裂的破坏特征，影响其脆性破坏的因素，最后提出了防治钢结构脆性断裂的措施 关键词: 脆性断裂；钢结构；脆性断裂：影响因素：防止措施
Causes Analysis Oil Brittle Fracture of steel
structure
Congguagnsheng
Department of Chemical and Materials Engineering, Hefei University, Hefei
230022, China Abstract::This scientific dissertation give an introduce of the property of brittle fracture of steel structure ,the factors of the broken, and then put forward some measures to prevent the broken.
Key words: brittle disrupt , steel structure .influence factors ,measures to avoid brittle broken.
正文：
结构的脆性破坏是各种结构可能破坏形式中最令人头痛的一种破坏。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，甚至没有任何外荷载的作用。脆性断裂的突发
性，实现毫无警告，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。。对于一般的构建来讲，选择材料时主要考虑以下几个方面：
1、裂纹 当焊接结构的板厚较大时（大于25mm），如果含碳量高，连接内部有约束作用，焊肉外形不适当，或冷却过快，都有可能在焊后出现裂纹，从而产生断裂破坏。
2、应力
考察断裂问题时，应力 是构件的实际应力，它不仅和荷载的大小有关，也和构造形状及施焊条件有关。几何形状和尺寸的突然变化造成应力集中，使局部应力增高，对脆性破坏最为危险。施焊过程造成构件内的残余拉应力，也是不利的。因此，避免焊缝过于集中和避免截面突然变化，都有助于防止脆性断裂。
3、材料选用
为了防止脆性断裂，结构的材料应该具有一定的韧性。材料断裂时吸收的能量和温度有密切关系。吸收的能量可以划分为三个区域，即变形是塑性的、弹塑性的和弹性的。要求材料的韧性不低于弹性，以避免出现完全脆性的断裂，也没有必要高于弹塑性，对钢材要求太高，必然会提高造价。钢材的厚度对它的韧性也有影响。厚钢板的韧性低于薄钢板。
4、构造细部
发生脆性断裂的原因是存在和焊缝相交的构造缝隙，或相当于构造缝隙的未透焊缝。构造焊缝相当于狭长的裂纹，造成高度的应力集中，焊缝则造成高额残余拉应力并使近旁金属因热塑变形而时效硬化，提高脆性。低温地区结构的构造细部应该保证焊缝能够焊透。因此，设计时必须注意焊缝的施工条件，以保证施焊方便，能够焊透。
一、脆性断裂的特征
脆性破坏，破坏时几乎不发生变形，而且瞬间发生，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，脆性破坏结果是钢材晶格问被拉断。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 一：应力
处于脆性状态的材料中，裂纹的扩展几乎不需要外力做功，仅在裂纹起裂时，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～ 些共同的特征：残余应力的存在要在某些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：多数破坏生在低温情况下；板厚度过大影响，应力集中的影响；焊接和钢材中冶金质量影响；脆性断裂在所有情况下都是突然发生的。
二、影响钢结构脆性断裂的因素
1．裂纹
断裂力学认为，对脆性断裂必须从结构内部存在的微小裂纹的情况出发进行分析。用断裂力学理论可以计算裂纹在荷载和侵蚀性介质下的扩展情况；当裂纹扩展到临界尺寸时，脆性断裂就会发生。线弹性断裂力学指出，当一块板处于平面应变状态下如果应力强度因子K1：a√7ca d≥K。 则裂纹将迅速扩展而造成断裂。其中：d为板所受的拉力，a为裂纹尺寸，a为系数，与裂纹形状、板的宽度以及应力集中等有关，K 为断裂韧性，代表材料抵抗断裂的能力，可由实验得到。
2．应力集中的影响
应力集中越严重，就越易发生脆性破坏，原因是应力集中是产生三向拉应力的根源，这三向拉应力来束缚着钢材的塑性变形，而增加钢材的脆性，极易造成高峰应力处应力集中使钢材脆性增强。构件中的应力集中和残余应力与构件的细节和焊缝位置、施工工艺等有关。在设计时应避免焊缝过于集中、构件截面的土壤变化以及在施焊时会产生严重拘束应力的构造等。
3．化学成份的影响
在普通碳素钢中，硫和氧是钢材的有害元素，他们的含量过多，易使钢材产生热脆(即在焊接时，在焊缝附近产生热裂纹)，磷、氮含量过多易使钢材产生冷脆(即钢材在常温下，随温度的降低而脆性增强)。
4．钢材的冶金质量影响
镇静钢和低合金钢化学成份较均匀，脱氧较充分，钢的组织较致密，非金属夹杂较少，因而对脆性破坏的抵抗能力比冶金质量差的沸腾钢高，更适于制造在较低温度下的使用结构。
5．工作温度
材料的冲击韧性与温度有密切关系。随着温度的下降，冲击韧性也不断下降。当温度下降到某一个温度时，材料出现脆性破坏，冲击韧性降得很低，且基本为一常量。因此，当工作温度很低时，所用材料的韧性不应处于脆性破坏范围，而应接近于塑性破坏时的数值。6．钢板厚度的影响在温度和使用应力都相同的情况下，材料厚度对脆性断裂的影响是很显著的。这不仅因为厚度较大，可能使材料处于平面应变状态，还因为较厚的材料辊轧次数较小，质量较差，韧性性能较低，可能存在的冶金缺陷又较多，从而增加材料对脆性的敏感性。
三、防止脆性断裂的措施
为防止脆性断裂一般应注意合理设计和选用钢材以及合理制造和安装。脆性断裂造成最严重的后果是造成结构倒塌，为丫防止出现这种情况，在设计应注意荷载能多路径传递。例如采用超静定结构，一旦个别结构断裂，结构仍维持几何稳定时，荷载能通过其他路径传递，结构不致倒塌，可以赢的时间及时补救。设计上，首先要合理地选择材料，特别是承受动力荷载或低温下工作的钢结构构件，就不应选用沸腾钢；其次，各构件上应避免尖锐突变和开口，避免多条焊缝交汇，因为此处往往是三向应力产生的位置；再次，设计时应考虑施工工艺，为施工留有适当的工作面。因为有的焊接缺陷是由于工作面窄，造成施工困难而留下的。在施工上，要求操作人员熟练掌握焊接技术并严格遵守施工工艺，尽量减少气孔、夹渣，并应杜绝未焊透和母材未熔合的现象。焊接后应轻敲构件以释放部分残余应力，必要时焊接前进行预热，焊接后进行热处理。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受力支承，必须时要经设计同意；尽量避免超载，要注意定期油漆防护，及时检修，避免对结构的猛烈敲打、撞击和机械损伤；当气温低于结构的设计工作温度时，应对结构进行保暖。关于脆性断裂的发生，目前研究已形成共识的是，事故大部分发生在焊接结构中，且破坏时气温较低。因此，对这类结构的施工必须引起足够的重视。此外，冷加工、加载速度等对钢材脆性断裂性能都有影响，在设计时应加以注意。
四、结束语
随着经济的发展和技术的进步，钢材的质量、数量都有很大的提高。钢结构由于其独特的优越性，在工程中的应用越来越广泛。同时，由于设计、施工使用等方面的原因，使钢结构工程存在着脆性破坏的隐患。一旦发生，损失巨大。本文通过工程事例，对脆性破坏做一简要探讨，旨在引起工程实际中对钢结构脆性断裂的重视。
参考文献：
【1]苏益声，许安邦，陈宗平．钢结构脆性破坏浅析．广西大学学
报(自然科学版)，2003(3)．
[2】刘渠，刘忠明，刘影学．钢结构脆性断裂对工程危害及防治．
低温建筑技术，1999(1)．
【3】关振译，张忠太，焦金生.无机材料物理性能