钢结构疲劳重点补充VIP专享VIP免费

一、概念1、循环荷载——结构或构件承受的随时间变化的荷载。PP11A1-1A§3.4钢材的疲劳（P42)(b)脉冲循环(a)完全对称循环(c)不完全对称循环(d)不完全对称循环2.钢材的疲劳在循环荷载（连续反复荷载）作用下，经过有限次循环，钢材发生破坏的现象，称之为疲劳。3.疲劳破坏的机理疲劳破坏是积累损伤的结果。缺陷→微观裂纹→宏观裂纹。4.疲劳破坏的特征属于脆性破坏，截面平均应力小于屈服点。5.影响钢材疲劳的主要因素（1）构件和连接的分类切割，轧制边）残余应力（焊接，火焰应力集中构造缺陷材料内部缺陷缺陷规范将构件和连接的种类分为8类，第1类为轧制的型钢（残余应力小）疲劳强度最高；第8类为角焊缝应力集中最严重疲劳强度最低。详见钢结构设计规范“疲劳计算的构件和连接分类（附录E）”。ffyymaxminmax焊缝附近主体金属的应力由：实际应力循环均形成在拉应力范围minyf（2）应力幅（Δσ）和应力循环特征（应力比ρ）A.对于焊接结构：fyfyfyfyfyfy应力幅对焊接结构的疲劳强度有很大影响，而与名义最大应力σmax和应力比ρ无关。B.对于非焊接结构和轧制钢材在循环次数N一定的情况下，根据试验资料可以绘出N次循环的疲劳图(σmax和σmin关系曲线)。当ρ=0和ρ=-1时的疲劳强度分别为σ0和σ-1，连接BC并延长至A、D。疲劳破坏。次时，将发生环达到则这组应力循或上方，上的点落在直线当坐标为NABCD),(minmax拉）(max（压）min11非焊接结构的疲劳图0（拉）minfyDA),(11B),(ooC由上述推导可知，对于非焊接结构和轧制钢材，疲劳强度与最大应力、应力比、循环次数和缺口效应（构造类型的应力集中情况）有关。)122(minmaxokABCD直线方程为：)132()1(maxok1min1max,ok式中：拉）(max（压）minfy11DA非焊接结构的疲劳图0),(11B),(ooC（拉）min（3）应力循环次数N（疲劳寿命）应力循环次数N<5×104，不需要进行疲劳计算。应力幅越低，作用循环次数越多，疲劳寿命越高；应力幅相同，作用的循环次数越多，疲劳寿命越高。0NX1051N12N2bfy123456由试验结果，以及上述分析可知钢材的疲劳强度主要与构件和连接分类（内部缺陷、应力集中、残余应力）、应力循环次数和应力幅有关。焊接部位的疲劳强度与钢材的静力强度(屈服点fy)基本无关。对于只有压应力的应力循环作用，由于钢材内部缺陷不易开展，则不会发生疲劳破坏，不必进行疲劳计算。二、疲劳强度计算（一）常幅疲劳根据试验数据可以绘出构件或连接的应力幅Δσ与相应的致损循环次数N的关系曲线，按试验数据回归的Δσ-N曲线为平均曲线(图a)，取对数坐标(图b)。1.容许应力幅[Δσ]由于现阶段对钢材发生疲劳破坏尚处于进一步研究阶段，按概率极限状态计算疲劳强度还不成熟，故采用容许应力幅的计算方法。Δσ-N曲线(a)0Nlglg()(323)nb1:10bnC即式中：β--直线对纵坐标的斜率；b1--直线在横轴坐标上的截距；n--循环次数。(b)0NlgN=5×104N=5X106lg............b考虑试验数据的离散性，取平均值减去2倍lgN的标准差s作为疲劳强度下限，当lgΔσ为正态分布时，保证率为97.7%。下限值的直线方程为：1lglg()2lg()nbsb此时的Δσ即为容许应力幅：1[](3.27)CN式中：系数β、c--根据钢结构设计规范“疲劳计算的构件和连接分类”查表得到。2S2S(b)0NlgN=5×104N=5X106lg............b11:10(3.25)bnC即2.疲劳强度计算[](3.28)式中：Δσ--计算部位的应力幅；对于焊接部位:Δσ=σmax-σmin；对于其他部位：Δσ=σmax-0.7σmin(计算应力幅）。σmax、σmin--计算部位每次应力循环中的最大拉应力和最小拉应力或压应力（取负值）。说明：1）计算时用荷载的标准值；2）由于来源于试验，已考虑动力效应，计算时不再考虑动力系数；（二）变幅疲劳和吊车欠载效应系数σσmaxσmin0t6210[](3.29)fn—欠载效应系数。重级工作制硬钩吊...