结构设计原理-钢结构疲劳.pdf

1钢结构疲劳问题1、疲劳现象fatigue在连续反复（循环）荷载作用下，当应力低于抗拉强度甚至低于屈服强度便发生突然脆性断裂这种现象称钢材疲劳破坏2钢结构疲劳问题钢材的疲劳过程可分为裂纹的形成、裂纹缓慢扩展和最后迅速断裂三个阶段疲劳强度与反复荷载引起的应力种类（拉应力、压应力、剪应力和复杂应力等）、应力循环形式、应力循环次数、应力集中程度和残余应力等有关3钢结构疲劳问题连续反复荷载材料局部缺陷（工艺微裂纹、焊缝夹渣）产生疲劳的原因4钢结构疲劳问题疲劳破坏机理1）形成微裂纹材料已有微裂纹或加载使杂质附近发生应力集中，造成新的微裂纹疲劳破坏由裂缝发展所致因此，无拉应力，则无疲劳破坏；无拉应力，不验算疲劳裂缝反复扩张、闭合，使疲劳断口上有半椭园光滑区，其余部分粗糙；5钢结构疲劳问题有拉应力裂缝张开 无拉应力裂缝闭合6钢结构疲劳问题2）反复荷载下微裂纹发展成宏观裂纹反复荷载下微裂纹尖端应力集中、材料硬化，裂纹开展，出现宏观裂纹裂纹尖端应力集中使裂纹开展疲劳破坏机理7钢结构疲劳问题3）宏观裂纹发展，断面削弱，脆性断裂疲劳破坏机理8钢结构疲劳问题“常幅疲劳”是指在使用期内交变荷载下每次循环的应力变化幅值相同；否则称“变幅疲劳”，如上图所示。

承受吊车荷载的吊车梁属变幅疲劳，因为起吊重量有时满载，有时欠载tσ常幅疲劳tσ变幅疲劳应力比与应力幅应力比：ρ=smax/ smin应力幅：循环一周最大、最小应力差Ds= smax- sminDs DsDs9钢结构疲劳问题根据调查，我国钢结构规范以n=105作为承受动力荷载重复作用的钢结构构件（如吊车梁，吊车桁架和工作平台梁等）及其连接所具有的最小疲劳极限因此，当设计要求的应力循环次数n≥105时，应进行疲劳检算疲劳强度与应力循环次数（疲劳寿命）的关系为保证疲劳寿命，在设计基准期内应力循环次数n应大于规定的疲劳极限，如国际焊接学会（IIW）和国际标准化组织（ISO）建议n=5×106次为疲劳极限10钢结构疲劳问题对钢结构进行疲劳计算时有如下规定l承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力变化循环次数n>=105次时，应进行疲劳计算；l应力循环中不出现拉应力的部位，可不计算疲劳；l计算疲劳时，应采用荷载的标准值；l对于直接承受动力荷载的结构，计算疲劳时，动力荷载标准值不应乘以动力系数；l计算吊车梁或吊车桁架及其制动结构的疲劳时，吊车荷载应按作用在跨间内起重量最大的一台吊车确定。