阻礙鋼結(jié)構(gòu)的三大難題
發(fā)布時(shí)間：2013-12-18 新聞來源：一覽鋼構(gòu)英才網(wǎng)
隨著工業(yè)化的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展也開始普及，從當(dāng)初的1%到2012的6%，很多大跨度場(chǎng)館、高層建筑、構(gòu)筑物、中小型建筑都采用了鋼結(jié)構(gòu)。不可置否的是，鋼結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)越條件，如鋼材的結(jié)構(gòu)組織均勻、強(qiáng)度高、彈性模量高、塑性和韌性好，適于承受沖擊和地震荷載，鋼材的密度與強(qiáng)度之比較小，鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比要輕30％~50％，而且鋼結(jié)構(gòu)便于機(jī)械化生產(chǎn)，是工程結(jié)構(gòu)中工業(yè)化程度最高的一種。而且在08年后，提出的抗震新規(guī)范后，鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)榭拐鹦阅芤驳玫搅藰O大的關(guān)注。但是，也不能否認(rèn)，鋼結(jié)構(gòu)還存在著缺陷和隱患，這也是導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展阻礙的難題。對(duì)于鋼材本身的材質(zhì)問題以及耐候性、耐火性、耐腐蝕性，還存在著大量的研究課題。同時(shí)，大量的事故表明，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件由于強(qiáng)度高，所用截面相對(duì)小，也就容易失去穩(wěn)定。這些問題成為鋼結(jié)構(gòu)的三大隱患，我們?cè)诓捎娩摻Y(jié)構(gòu)時(shí)，要時(shí)刻警惕，并應(yīng)采取相應(yīng)的措施。
難題1：失穩(wěn)（包括整體和局部的失穩(wěn)）
鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)分兩類：整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)。整體失穩(wěn)大多數(shù)是由局部失穩(wěn)造成的，當(dāng)受壓部位或受彎部位的長(zhǎng)細(xì)比超過允許值時(shí)，會(huì)失去穩(wěn)定。它受很多客觀因素影響，如荷載變化、鋼材的初始缺陷、支承情況的不同等。支撐往往被設(shè)計(jì)者或施工者所忽視，這也是造成整體失穩(wěn)的原因之一。在吊裝中由于吊點(diǎn)位置的不同，桁架或網(wǎng)架的桿件受力可能變號(hào)，造成失穩(wěn)；腳手架傾覆、坍塌或變形大多是因?yàn)檫B桿不足、沒有支撐造成的。
很多可能發(fā)生荷載變化的重要結(jié)構(gòu)如橋梁、桁架、水工閘門、導(dǎo)彈發(fā)射架等，多采用超靜定結(jié)構(gòu)，因它有贅余桿件，可預(yù)防因一個(gè)桿件失穩(wěn)而造成整體失穩(wěn)。又如鋼組合梁中由于腹板高而薄或翼緣寬而薄也會(huì)造成局部失穩(wěn)。
難題2：腐蝕
對(duì)比于失穩(wěn)的直接，腐蝕來的就會(huì)比較慢一些。普通鋼材的抗腐蝕性能較差，尤其是處于濕度較大、有侵蝕性介質(zhì)的環(huán)境中，會(huì)較快地生銹腐蝕，削弱了構(gòu)件的承載力。例如轉(zhuǎn)爐車間的鋼屋架，平均腐蝕速度為每年0．10-0．16mm。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年鋼鐵年產(chǎn)最的30％～40％因腐蝕而失效，凈損失約10％。我國(guó)在一次鋼筋混凝土屋架、木屋架、鋼木屋架和鋼屋架等的事故統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，鋼屋架出現(xiàn)倒塌事故占38．62％，而由于腐蝕并缺乏維修的原因占比重很大。
過去對(duì)于外露鋼材僅僅是噴涂(刷)兩道防銹漆，實(shí)踐證明，由于施工中不可能用涂料把空氣完全隔絕，在使用時(shí)也缺乏定期維護(hù)措施，所以這種作法效果并不顯著。用鍍鋅、噴鋁等消極作法，其成本和效果也不太理想。
近年來冶金行業(yè)采用在冶煉中加入適量的磷、銅、鉻和鎳，形成耐腐蝕的合金鋼，能在表面上形成致密的防銹層，起到隔離覆蓋作用，不失為一種積極作法。
難題3：火災(zāi)
鋼材的耐溫性較差，其許多性能隨溫度升降而變化，當(dāng)溫度達(dá)到430-540℃之間時(shí)，鋼材的屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度和彈性模量將急劇下降，失去承載能力。用耐火材料對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的維護(hù)，是鋼結(jié)構(gòu)研究的一個(gè)重要課原地垂直塌落，形成“扁餅”效應(yīng)。這起震驚世界的事故，其直接原因是火災(zāi)。當(dāng)然，排除這類事件的發(fā)生，還涉及方方面面，在這種情況下．噴涂防火涂料或?yàn)⑺疁缁鹣到y(tǒng)均顯得無能為力。
建筑物的耐火能力取決于建筑構(gòu)件耐火性能的好壞，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)其承載能力應(yīng)能延續(xù)一定時(shí)間，使人們能安全疏散、搶救物資和撲滅火災(zāi)。目前鋼結(jié)構(gòu)用鋼盡量采用耐火高強(qiáng)度鋼，例如15MnV鋼就是在16Mn鋼的基礎(chǔ)上加人適量的釩(0．04％-0．12％)，可使鋼的高溫硬度提高。另一方面應(yīng)采用高效防腐涂料，特別是防火防腐合一的涂料。
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