结构的疲劳破坏

结构的疲劳破坏

一、疲劳破坏现象

钢材在连续反复荷载作用下会发生疲劳破坏，这种疲劳破坏在钢结构和钢构件中同

样会发生。与钢材发生疲劳破坏的不同处在于钢结构和钢构件由于制作或构造上的原

因总会存在缺陷，而这些缺陷就成为裂缝的起源，在疲劳破坏过程中，可以认为不存在裂

纹形成这个阶段。因此，钢结构和钢构件疲劳破坏的阶段为裂纹的扩展和最后断裂两个阶

段。裂纹的扩展是十分缓慢的，而断裂是在裂纹扩展到一定尺寸时瞬间完成的。在裂纹扩

展部分，断口因经反复荷载频繁作用的磨合，表面光滑而且愈近裂纹源愈光滑，而瞬面断裂

的裂口比较粗糙并呈颗粒状，具有脆性断裂的特征。

二、影响疲劳强度的因素

在钢材的疲劳破坏中提到影响疲劳强度的主要因素是应力集中。这同样是影响钢结构和钢构件疲劳强度的主要因素。但在钢结构和钢构件中，产生应力集中的原因则极

为复杂，因此钢结构和钢构件的疲劳强度的计算比钢材的要困难得多。

钢结构和钢构件在截面突然改变处都会产生应力集中，如梁与柱的连接节点、柱脚、

梁和柱的变截面处以及截面形孔等削弱处。此外，对于非焊接结构，有钢材表面的凹凸

麻点、刻痕，轧钢时的夹渣、分层，切割边的不平整，冷加工产生的微裂纹以及螺栓孔等

等。对于焊接结构还有焊缝外形及其缺陷，缺陷包括气孔、咬肉、夹渣、焊根、起弧和灭弧

处的不平整、焊接裂纹等等。

除此之外，还有结构和构件中的残余应力以及结构和构件所处的环境等都会对其疲

劳强度有影响。在有腐蚀性介质的环境中，疲劳裂纹扩展的速率会受到不利的影响。