钢结构的脆性断裂和疲劳.docx

第8章 钢结构的脆性断裂和疲劳8.1 钢结构脆性断裂及其防止8.1.1 脆性断裂破坏脆性破坏:结构的最终破坏是由于其构件的脆性断裂导致的 特点：无塑性发展或很小，断裂时伸长量极其微小，没有破坏的预兆脆性破坏分类① 过载断裂：由于过载，强度不足而导致的断裂 特点：破坏速度快，主要是钢丝束、钢绞线和钢丝绳等② 非过载断裂:塑性很好的钢构件在缺陷、低温等因素影响下突然呈脆性断裂③ 应力腐蚀断裂：在腐蚀性环境中承受静力或准静力荷载作用的结构，在远 低于屈服极限的应力状态下发生的断裂，强度越高则对应力腐蚀断裂越敏感④ 疲劳断裂与腐蚀疲劳断裂：在交变荷载作用下，裂纹的失稳扩展导致的断 裂，高周：循环周数在105以上者，低周：只有几百或几十次，环境介质导致或 加速疲劳裂纹的萌生和扩展称为腐蚀疲劳⑤ 氢脆断裂： 氢使材料韧性降低而导致的断裂 钢结构的非过载脆性破坏P3028.1.2脆性断裂的防止构件不出现非过载脆性断裂的条件K =、云5 K （含义见书）I IC为了防止脆性断裂，需要从三个方面着手：1•钢材选择（保证足够韧性K ）IC材料韧性指标：冲击韧性碳素钢：夏比V形缺口冲击功不低于27J；低合金高强度结构钢：夏比V形缺口冲击功不低于34J；公路钢桥和吊车梁在翼缘板厚度不超Ofcm按所处最低温度加0°C级别要求； 公路钢桥和吊车梁在翼缘板厚度超过4Omm,降低最低温度； 低温地区避免用厚度大的钢板，必须用厚板时，应提高对冲击韧性的要求或 进行全厚度韧性试验。

2•初始裂纹：减小初始裂纹，避免形成裂缝间隙，保证焊缝质量，限制和避 免焊接缺陷，焊缝表面不得有裂纹；3•应力：缓和应力集中，减小应力值，避免受到约束而产生高额残余应力4•结构形式与构造细节：超静定结构优于静定结构：由于地基不均匀沉陷会 导致严重不利的内力重分布静定结构采用多路径传递荷载优于单路径传递荷 载单个构件：多路径组织要优于单路径组织焊接受弯构件的受拉翼缘，当弯矩很大，需要选取较厚的翼缘时，从抗断裂的角度看，后者要比前者有利前者一旦开裂，即一裂到断，后者在一层板开裂后，不会波及其他板层翼缘 和腹板采用不焊透的焊缝连接，有利于阻止裂缝的发展但只适用于翼缘和腹板 之间无垂直于间隙的拉力时才允许否则，构造间隙的类裂纹作用十分有害在 它近旁的高度应力集中，高额的焊接残余应力，以及因热塑变形而时效硬化导致 的基体金属的脆性提高,经常扮演诱发裂纹的角色8.28.2.1疲劳破坏疲劳破坏是裂缝形成，扩展及最终断裂的过程钢结构本身内部存在微小裂 纹，所以钢结构疲劳只有后2阶段影响结构疲劳因素主要有疲劳荷载（外因）， 还有内因的断裂韧性，及描述缺陷应力状态的应力集中程度对于等幅交变荷载其幅值AP = P - P对疲劳寿命影响显著。

增加荷载幅 max min值,试件的疲劳寿命呈减少趋势，同样的荷载幅值作用下，试件的疲劳寿命随初始 裂纹长度的增大而减少，荷载比（或应力比）P二P /P 对裂缝扩展速度较小min max应力集中系数大（相应地，应力集中程度越高），构件的抗疲劳性能越差8.2.2应力幅准则建立在应力幅基础上的疲劳校核准则：Ac < Iac]（允许应力幅）kb ]=（C/n）/0不同构件式连接的0 ,C值见表8-2，308页例题见311页8.2.3变幅疲劳荷载对于随机荷载谱，用最大应力幅Ac 计算偏于保守max实用的方法是从随机谱中提出若干个应力谱Ac并确定和它们相对应的频数n ,ii然后，按照线性累积损伤准则，找出一个等效应力幅Ac，代替前AceAc1/p艺 n（AC）P / 艺 ni i i1- i=1 i=1n :预期使用寿命内相应于应力幅Ac的应力循环次数ii准则假定各应力幅出现的先后顺序不影响疲劳寿命Ac ,n根据雨流计数法和水ii库计数法来确定，具体方法见书，改善措施见书。