鋼材或鋼結構的脆性斷裂是指應力低于鋼材抗拉強度或屈服強度情況下發生突然斷裂的破壞。

　　鋼結構尤其是焊接結構,由于鋼材、加工制造、焊接等質量和構造上的原因,往往存在類似于裂紋性的缺陷。脆性斷裂大多是因這些缺陷發展以致裂紋失穩擴展而發生的，當裂紋緩慢擴展到一定程度后, 斷裂即以極高速度擴展,脆斷前無任何預兆而突然發生,破壞。

　　鋼結構脆性斷裂破壞事故往往是多種不利因素綜合影響的結果,主要是以下幾方面:

　　(1 ) 鋼材質量差、厚度大：鋼材的碳、硫、磷、氧、氮等元素含量過高,晶粒較粗,夾雜物等冶金缺陷嚴重,韌性差等;較厚的鋼材輥軋次數較少，材質差、韌性低，可能存在較多的冶金缺陷。

　　(2) 結構或構件構造不合理：孔洞、缺口或截面改變急劇或布置不當等使應力集中嚴重。

　　(3) 制造安裝質量差：焊接、安裝工藝不合理,焊縫交錯,焊接缺陷大,殘余應力嚴重;冷加工引起的應變硬化和隨后出現的應變時效使鋼材變脆。

　　(4) 結構受有較大動力荷載或反復荷載作用：但荷載在結構上作用速度很快時(如吊車行進時由于軌縫處高差而造成對吊車梁的沖擊作用和地震作用等)，材料的應力-應變特性就要發生很大的改變。隨著加荷速度增大,屈服點將提高而韌性降低。特別是和缺陷、應力集中、低溫等因素同時作用時,材料的脆性將顯著增加。轉自環球網校edu24ol.com

　　(5)在較低環境溫度下工作：當溫度從常溫開始下降肘,材料的缺口韌性將隨之降低,材料逐漸變脆。這種性質稱為低溫冷脆。不同的鋼種,向脆性轉化的溫度并不相同。同一種材料,也會由于缺口形狀的尖銳程度不同,而在不同溫度下發生脆性斷裂。所以,這里所說的"低溫"并沒有困定的界限。為了確定缺口韌性隨溫度變化的關系,目前都采用沖擊韌性試驗。圖1為碳素鋼恰貝V形缺口試件沖擊能量與溫度的關系曲線。顯而易見,隨著溫度的降低, Cv能量值迅下降,材料將由塑性破壞轉變為脆性破壞。同時可見,鋼材由塑性破壞到脆性破壞的轉變是在一個溫度區間內完成的,此溫度區T1-T2稱為轉變溫度區。在轉變溫度區內,曲線的轉折點〈最陡點〉所對應的溫度T0稱為轉變溫度。如果把低于T0的完全脆性破壞的最高溫度Tl作為鋼結構的脆斷設計溫度,即可保證鋼結構低溫工作的安全。這一脆斷設計溫度是根據大量使用經驗和實驗資料統計分析確定的。對于一般鋼結構,取對應于Cv=2.07公斤-米,的溫度。為了保證鋼結構的安全使用,應保證其使用溫度高于T1。

　　疲勞破壞

　　疲勞破壞的概念

　　鋼材在連續反復荷載作用下，其應力雖然沒有達到抗拉強度，甚至還低于屈服強度時，也可能發生突然破壞，這種現象稱為疲勞破壞。鋼材在疲勞破壞之前，沒有明顯的變形，是一種突然發生的脆性斷裂，所以疲勞破壞屬于反復荷載作用下的脆性破壞。

　　鋼材的疲勞破壞是經過長時間的發展過程才出現的，其破壞過程可分為三個階段：裂紋的形成、裂紋緩慢擴展、最后迅速斷裂而破壞。鋼材的疲勞破壞首先是由于鋼材內部結構不均勻和應力分布不均勻所引起的。應力集中可以使個別晶粒很快出現塑性變形及硬化，從而大大降低鋼材的疲勞強度。對于承受連續反復荷載的結構，設計時必須考慮鋼材的疲勞問題。

　　反復作用的荷載值不隨時間變化，則在所有應力循環內的應力幅將保持常量，稱為常幅疲勞。若反復荷載作用下，應力循環內的應力隨時間隨機變化，則稱為變幅疲勞。其循環應力譜如圖2和圖3所示。轉自環 球 網 校edu24ol.com

　　反復荷載引起的應力循環形式有同號應力循環和異號應力循環兩種類型。循環中絕對值最小的峰值應力與絕對值最大的峰值之比稱為應力循環特征值，當為拉應力時，或取正號;當為壓應力時，或取負號。如圖1所示，當時為異號應力循環，當時為同號應力循環，時表示靜力荷載。最大應力和最小應力符號相反而其絕對值相等，即時(圖1a)，稱為對稱循環。當最大應力為拉應力而最小應力為零時，稱為脈沖循環。

　　對于軋制鋼材和非焊接結構，值越小疲勞強度越低，反之則越高。但對于焊接結構，由于焊縫附近存在著很大的焊接殘余應力峰值，應力循環特征值并不代表疲勞裂縫出現處的應力狀態，實際的應力循環是從殘余應力開始，變動一個應力幅(此處為最大拉應力，為最小應力，拉應力取正值，壓應力取負值)。因此焊接結構的疲勞性能直接與應力幅有關而與應力循環特征值的關系不是非常密切。

　　試驗結果證明,影響鋼材疲勞強度的主要因素是應力集中、作用的應力幅和應力的循環次數,而與鋼材的靜力強度無關(但與鋼材的質量有關)。

　　應力集中對疲勞強度影響最大，應力集中以截面幾何形狀突然改變處最為明顯。但對沒有截面改變的鋼材,也存在著微觀裂紋引起的應力集中的因素,如焊接結構及其附近主體金屬中的氣孔、裂紋、夾渣等缺陷，以及易產生缺陷的焊縫趾和焊縫端部;非焊接結構的孔洞、刻槽;鋼材內部的偏析、非金屬夾雜;制造過程中剪切、沖孔、切割等; 同時還有熱軋和焊接時產生的熱殘余應力,尤其是后者對疲勞強度影響更大。根據試驗研究結果,可將構件和連接形式按應力集中的影響程度由低到高分為8類。第一類為基本無應力集中影響的無連接處的主體金屬,第8類則為應力集中最嚴重的角焊縫。

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