钢结构中常见的故障类型

钢结构工程师设计建筑物和其他结构以抵抗各种力。不同类型的力包括结构内容物的质量，包括结构本身；来自结构占用的瞬态力（即在结构内部移动的人员、在结构内部运行的设备等）；和环境力量，如风、地震、雪和雨。某些结构可能需要承受冲击力，例如来自爆炸或导弹的冲击力。

在过去的 100 多年里，钢已经发展成为一种广泛用于结构的材料。可用性、经济性、高强度重量比、延展性和弹性只是使钢成为如此受欢迎的建筑材料的几个因素。然而，钢确实有几个缺点，在设计结构时必须考虑到这些缺点。

钢结构的一些局限性包括易腐蚀、暴露于大多数火灾中通常遇到的温度时强度会降低、在循环加载时易疲劳以及在高压缩和弯曲应力下易屈曲。除了这些限制之外，设计工程师还必须确保他们的钢结构足够坚固，以防止出现以下类型的故障：

•剪切失效
•弯曲失效
•压缩失效
•拉伸失效

剪切失效

剪力破坏通常发生在构件之间的连接中（即构件与柱的连接、构件与梁的连接等……）。设计连接并不是一件容易的事。连接通常具有高剪切力，工程师在设计连接时必须考虑这一点。如果结构工程师低估了连接要承受的设计力，就会发生故障。钢结构中的常见连接可以使用螺栓或焊缝或两者的组合进行。

弯曲失效

弯曲破坏发生在受弯构件（例如构件和梁）中，在某些情况下，还会发生在承受弯曲应力的柱等受压构件中。当弯曲载荷导致元件屈曲时，弯曲构件通常会失效。由于钢很坚固，因此钢构件设计得既纤细又高效，这可能会使它们有屈曲的风险。较重、结实的成员不易弯曲。

弯曲载荷在构件中产生张力和压缩力。当高压缩力导致构件的不受约束的部分弯曲并横向位移时，就会发生横向扭转屈曲。为成员提供横向约束有助于确保其不会弯曲。然而，如果由弯曲载荷条件产生的应力超过构件的材料强度，构件仍可能失效。

压缩失败

当施加到元件上的压缩轴向力导致元件弯曲或变得过应力时，压缩失效通常发生在受压构件中，例如柱和撑杆。

与梁类似，承受高压缩应力的柱和支撑构件可能会发生屈曲。设计柱时要考虑的一个因素是其长细比（横截面几何形状与构件长度的比率）；长细比高的构件比细长比低的构件更容易发生屈曲。当压缩应力超过构件的材料强度时，具有低长细比的构件仍可能失效。

拉伸失效

拉伸失效通常发生在支撑构件或吊架中。当钢构件被拉伸到超过构件材料强度的水平时，就会发生这种类型的失效。这分阶段发生，首先是屈服、颈缩，然后材料在横截面面积最小的点失效。

钢是一种非常坚固的材料，在建筑物的结构构造中非常可靠。然而，只有当钢材经过适当设计以承受所施加的力时，才能保证其有效性。不良的设计会导致钢结构的上述失效。

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