鋼結(jié)構(gòu)材料及性能-鋼材的疲勞

鋼材的疲勞——變幅疲勞和吊車荷載的欠載效應(yīng)系數(shù)一、變幅疲勞的定義當(dāng)應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅隨機(jī)變化時為變幅疲勞。鋼材的疲勞——變幅疲勞和吊車荷載的欠載效應(yīng)系數(shù)可將變幅疲勞折算為等效的常幅疲勞，然后按常幅疲勞檢算式檢算。Δσi-1Δσ2Δσ1Δσiσt變幅荷載二、能夠測得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律的情況鋼材的疲勞——變幅疲勞和吊車荷載的欠載效應(yīng)系數(shù)

（a）檢算公式

e—等效常幅疲勞應(yīng)力幅。

[

]—常幅疲勞的容許應(yīng)力幅。

二、能夠測得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律的情況鋼材的疲勞——變幅疲勞和吊車荷載的欠載效應(yīng)系數(shù)（b)計算

若能預(yù)測結(jié)構(gòu)在使用壽命期間各種荷載的應(yīng)力幅以及次數(shù)分布所構(gòu)成的設(shè)計應(yīng)力譜，則根據(jù)累積損傷原理可將變幅疲勞折合為等效常幅疲勞，將隨機(jī)變化的應(yīng)力幅折算為等效應(yīng)力幅

e按下式進(jìn)行疲勞計算：Σni

以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)表示的結(jié)構(gòu)預(yù)期使用壽命；

ni

預(yù)期壽命內(nèi)應(yīng)力幅水平達(dá)到

i的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)三、不能測得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律的情況鋼材的疲勞——變幅疲勞和吊車荷載的欠載效應(yīng)系數(shù)

設(shè)計重級工作制吊車的吊車梁和重級、中級工作制吊車桁架時，應(yīng)力幅是按滿載得出的，實(shí)際上常常發(fā)生不同程度欠載情況。如果沒有對實(shí)際應(yīng)力幅的統(tǒng)計資料，即屬本情形。使用欠載效應(yīng)系數(shù)，按常幅疲勞進(jìn)行計算。

—欠載效應(yīng)的等效系數(shù)—循環(huán)次數(shù)為n=2×106次的容許應(yīng)力幅。三、不能測得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律的情況鋼材的疲勞——變幅疲勞和吊車荷載的欠載效應(yīng)系數(shù)1.00.80.5重級工作制硬鉤吊車重級工作制軟鉤吊車梁中級工作制吊車

f吊車梁類別吊車梁或吊車桁架欠載效應(yīng)系數(shù)59697890103118144176N/mm2[

]n=2×10687654321連接形式類別表2-3n=2×106的容許應(yīng)力幅值鋼材的疲勞——常幅疲勞一、疲勞破壞的特征定義：鋼材在循環(huán)荷載作用下，應(yīng)力雖然低于極限強(qiáng)度，甚至低于屈服強(qiáng)度，但仍然會發(fā)生斷裂破壞，這種破壞形式就稱為疲勞破壞。破壞過程：裂紋的形成----裂紋的擴(kuò)展----最后的迅速斷裂而破壞破壞特點(diǎn)：（1）疲勞破壞時的應(yīng)力小于鋼材的屈服強(qiáng)度，鋼材的塑性還沒有展開，屬于脆性破壞。（2）疲勞破壞的斷口與一般脆性破壞的斷口不同。一般脆性破壞后的斷口平直，呈有光澤的晶粒狀或人字紋。而疲勞破壞的主要斷口特征是放射和年輪狀花紋。（3）疲勞對缺陷十分敏感。鋼材的疲勞——常幅疲勞二、引起疲勞破壞交變荷載的兩種類型常幅交變荷載----常幅應(yīng)力----常幅疲勞變幅交變荷載----變幅應(yīng)力----變幅疲勞鋼材的疲勞——常幅疲勞應(yīng)力比（）

循環(huán)應(yīng)力中絕對值最小的峰值應(yīng)力smin與絕對值最大的峰值應(yīng)力smax之比。r=smin

/smax(拉應(yīng)力取正號而壓應(yīng)力取負(fù)號)

應(yīng)力幅（Ds）

Ds=smax-smin，此處smax為最大拉應(yīng)力，取正值，smin為最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力。（拉應(yīng)力取正號而壓應(yīng)力取負(fù)號）

應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（n，疲勞壽命）

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞時所經(jīng)歷的應(yīng)力變化次數(shù)。三、常幅疲勞當(dāng)應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅保持常量時，稱為常幅疲勞。鋼材的疲勞——常幅疲勞三、常幅疲勞1.非焊接結(jié)構(gòu)的疲勞大量試驗(yàn)研究表明，疲勞強(qiáng)度除于主體金屬和連接類型有關(guān)外，還與循環(huán)應(yīng)力比r和循環(huán)次數(shù)n有關(guān)。當(dāng)以n=2×106為疲勞壽命時，我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》給出了驗(yàn)算以拉應(yīng)力為主的疲勞計算公式鋼材的疲勞——常幅疲勞三、常幅疲勞2.焊接結(jié)構(gòu)的疲勞通過大量試驗(yàn)研究表明，控制焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命最主要的因素是構(gòu)件和連接的類型、應(yīng)力幅Δσ以及循環(huán)次數(shù)n，而與應(yīng)力比無關(guān)。焊縫部位存在殘余拉應(yīng)力，通常達(dá)到鋼材的屈服點(diǎn)fy

，該處是產(chǎn)生和發(fā)展疲勞裂紋最敏感的區(qū)域。鋼材的疲勞——常幅疲勞三、常幅疲勞2.焊接結(jié)構(gòu)的疲勞鋼材的疲勞——常幅疲勞最大：最?。赫鎸?shí)應(yīng)力比：殘余應(yīng)力的分布焊縫附近真實(shí)應(yīng)力比的大小取決于應(yīng)力幅Ds的大小三、常幅疲勞3.應(yīng)力幅Δσ與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n（疲勞壽命）的關(guān)系（1）應(yīng)力幅值越低，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)就越多，疲勞壽命也越高。（2）當(dāng)應(yīng)力幅值減小到一定程度時，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)趨向無窮大。鋼材的疲勞——常幅疲勞0NX105n1n2fy123456三、常幅疲勞3.容許應(yīng)力幅[Δσ]的定義（1）應(yīng)力幅－循環(huán)次數(shù)（紅色實(shí)線所示）關(guān)系曲線為試驗(yàn)回歸曲線，反應(yīng)了平均值之間的關(guān)系。（2）考慮到試驗(yàn)的離散性，取平均值減去兩倍lgn的標(biāo)準(zhǔn)差（2s）作為疲勞強(qiáng)度的下限值，圖中藍(lán)色虛線所示。該虛線上的應(yīng)力幅定義為對應(yīng)于某疲勞壽命的容許應(yīng)力幅。鋼材的疲勞——常幅疲勞SS0............b1

1三、常幅疲勞3.容許應(yīng)力幅[Δσ]的定義（3）如果lgn符合正態(tài)分布，則構(gòu)件或連接的疲勞強(qiáng)度的保證率為97.7％。（4）容許應(yīng)力幅的表達(dá)式[Δσ]可通過兩個相似三角形求出：（5）式中：系數(shù)β、C根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范-疲勞計算的構(gòu)件和連接分類》查表得到。（6）容許應(yīng)力幅與鋼材的強(qiáng)度無關(guān)，這表明不同種類的鋼材具有相同的抗疲勞性能。鋼材的疲勞——常幅疲勞四、常幅疲勞驗(yàn)算規(guī)范將不同構(gòu)造和受力特點(diǎn)的鋼構(gòu)件和連接，按其疲勞性能的高低歸并劃分為8個疲勞計算類別，并對每個類別規(guī)定了相應(yīng)的參數(shù)取值。鋼材的疲勞——常幅疲勞

疲勞容許應(yīng)力幅[]與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n的關(guān)系曲線11β＝4β＝3[](N/mm2)（對數(shù)尺）n（對數(shù)尺）四、常幅疲勞驗(yàn)算鋼材的疲勞——常幅疲勞參數(shù)Ｃ和b的取值構(gòu)件和連接類別12345678Ｃ1940×1012861×10123.26×10122.18×10121.47×10120.96×10120.65×10120.41×1012β44333333國內(nèi)外試驗(yàn)證明，除了個別在疲勞計算中不起控制作用類別的疲勞強(qiáng)度有