第3章 钢结构的可能破坏形式

1
• n——应力循环次数；
C
n
• C、——参数，根据连接类别按《钢规》选用。
• 我国《钢结构设计规范》（GB50017-2003）根据构 件或连接计算部位的应力集中和焊接缺陷的影响，将 构件和连接分为8类。第1类是没有应力集中的主体金 属，第8类是应力集中最严重的角焊缝。
• 由此可得各种典型结构形式的应力幅△σ与疲劳破坏 荷载循环次数n的关系曲线。
3.3结构的塑性破坏、应力（内）塑性重分布
• 3.3.1结构的塑性破坏
• 结构的强度破坏属于塑性破坏，受拉构件和受弯构件在 不发生整体失稳和局部失稳的前提下要发生强度破坏。
• 受压构件通常发生失稳破坏。
• 3.3.2应力塑性重分布
• 钢结构构件由于存在残余应力，会造成截面上应力分布 的不均匀，但流幅的存在，不均匀的应力要趋于平均， 即出现塑性应力重分布。故残余应力不影响构件的强度。
• ni—预期寿命内应力幅水平达到△i的应力循环次 数。
• P63表3-1对常见的工字形和矩形管截面作了分类。
• 第一类截面宽厚比较小，不会发生局部失稳。称塑性 设计截面。
• 第二类为弹塑性设计截面，受弯构件形成塑性绞但不 转动时，板件不发生局部失稳。
• 第三类截面在构件受弯边缘纤维屈服时，不发生局部 失稳。
• 第四类截面在构件受弯时要发生局部失稳，应按利用 屈曲后强度的方法进行设计。
• 直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件（如吊车梁、 吊车衍架。工作平台梁等）及其连接，当应力变化的 循环次数 n大于或等于 5 ×104次时，应进行疲劳计算。
• 3.4.4常幅疲劳计算
• 式中
• max min ——对焊接部位为应力幅；
• 对非焊接部位采用折算应力幅:
•
max 0.7 min
• 4、有限干扰型失稳
• 结构屈曲后承载力迅速下降，如有缺陷结构在受荷过 程中就不出现屈曲现象而直接进入承载力较低的极值 型失稳。又称不稳定分岔屈曲，这类结构称缺陷敏感 型结构。
• 5、跳跃型失稳
• 结构由初始平衡位置突然跳跃到另一平衡位置，跳跃 过程中出现很大位移，使结构的平衡位置发生巨大的 变化。
• max —计算部位每次应力循环中的最大应力（拉为正）；
•
—计算部位每次应力循环中的最小应力（拉为正压
为m负in 值）；
• —常幅疲劳的容许应力幅（N/mm2）。
3.4.5变幅疲劳计算e源自 • 式中 —变幅疲劳的等效应力幅（N/mm2），
应按下式计算:
1
e
ni
i
ni
• ∑ni—以应力循环次数表示的结构预期使用寿命
• 对框架和拱在平面内为弯曲失稳，在平面外为弯扭失稳。
• 3.2结构和构件的局部失稳及截面的分类
• 局部失稳是指结构与构件在保持整体稳定的条件下，部 分构件或构件中有板件不能承载而失去稳定。
3.2.1局部失稳的概念
• 受压柱和梁的失稳是欧拉屈曲和极值型屈曲，在一个 超静定结构体系中，它们中某些构件失稳，不会导致 结构整体或局部形成机构时，结构不会因局部构件失 稳而失去承载能力。
• 3.1.1失稳的分类 • 1、欧拉屈曲
• 又称第一类失稳，失稳时，荷载变形曲线出现分叉现 象，分枝荷载即为屈曲荷载，属弹性屈曲。
• 2、极值型失稳
• 结构变形随荷载增加而增加，且愈来愈快，直到结构 不能承受增加的外荷载而压溃。又称第二类稳定。
• 3、屈曲后极值型失稳
• 失稳时有平衡分岔现象，但不立即破坏，有较显著的 屈曲后强度，可继续承载直到出现极值型失稳。
• 3.4.2影响疲劳强度的因素 • 包括应力集中、缺陷、残余应力等因素，它们相互交
织在一起，通常用试验判定。 • 3.4.3疲劳强度的确定 • 《钢规》当应力变化的循环次数 n大于或等于 5 ×104
次时，应进行疲劳计算。
• 由试验可知，焊接结构应力幅△σ与疲劳破坏荷载循
环次数一一对应，而与钢材种类没有关系。
第三章钢结构的可能破坏形式
• 钢结构的可能破坏形式有下列几种：1、结构的整体 失稳破坏；2、结构和构件的局部失稳；3、结构的塑 性破坏；4、结构的脆性破坏；5结构的疲劳破坏6； 结构的累积损伤破坏。
• 3.1结构的整体失稳破坏
• 结构的整体失稳破坏是指结构所受荷载未达结构强度 破坏荷载时，出现较大变形，整个结构偏离原来的平 衡位置而倒塌。
3.1.2结构稳定分析的原则
• 1、要考虑几何非线性的影响。
• 对钢结构通常有三种：一为位移荷转角都在小变形范围， 但考虑结构变形对外力效应的影响。也称二阶分析。
• 二是考虑大变形但转角在小变形范围。钢框架既考虑构 件又考虑结构整体失稳的稳定分析时可采用这种方法。 而三即是考虑大位移和大转角的非线性分析。网壳结构 的稳定、板件考虑屈曲后强度的稳定及构件考虑整体与 局部相关稳定时的分析应才采用这一方法。
• 构件中板件的失稳是屈曲后极值型失稳。当构件中板 件发生屈曲，并未丧失承载能力，有较大的屈曲后承 载能力，同时构件整体保持稳定。
• 3.2.2局部与整体相关稳定
• 局部失稳后有屈曲后强度的结构和构件虽能继续承载， 但会降低结构整体的稳定承载力，称为局部与整体相 关稳定。
3.2.3截面分类
• 板件的宽厚比决定其局部失稳的屈曲荷载大小，宽厚 比愈大，屈曲荷载愈小。
• 2、考虑材料非线性的影响。
• 要得到钢结构或钢构件的真实失稳极限荷载，就要按双 非线性进行分析。
• 3、考虑结构和构件的初始缺陷。
3.1.3钢构件的整体稳定
• 钢构件的整体稳定因构件截面形式不同和受力不同而不 同。
• 轴压构件有弯曲失稳、扭转失稳和弯扭失稳。 • 受弯构件则为弯扭失稳。
• 截面对称的单轴压弯构件，在弯矩作用平面内为弯曲失 稳，在弯矩作用平面外为弯扭失稳，而双轴压弯构件则 为弯扭失稳。
• 3.3.3内力塑性重分布
• 在超静定结构中其某个构件的某个截面出现塑性铰并不 意味结构失去承载能力。由于塑性内力重分布结构可以 继续承受增加的荷载。
3.4结构的疲劳破坏
• 3.4.1疲劳破坏现象 • 钢结构或钢构件在连续反复荷载的作用下，要发生疲
劳破坏。
• 钢结构或钢构件总是存在裂纹，疲劳破坏就是裂纹发 展导致最后断裂。