结构设计原理-钢结构疲劳

钢结构疲劳问题1、疲劳现象

fatigue

在连续反复（循环）

荷载作用下，当应力

低于抗拉强度甚至低

于屈服强度便发生突

然脆性断裂。这种现

象称钢材疲劳破坏。

钢结构疲劳问题

钢材的疲劳过程

可分为裂纹的形成、裂纹缓慢扩展和最后迅速断裂三个阶段。

疲劳强度与反复荷载引起的应力种类（拉应力、压应力、剪应力和复杂应力等）、应力循环形式、应力循环次数、应力集中程度和残余应力等有关。

钢结构疲劳问题

产生疲劳的原因

连续反复荷载

材料局部缺陷（工艺微裂纹、焊缝夹渣）

钢结构疲劳问题

疲劳破坏机理

1）形成微裂纹

材料已有微裂纹或加载使杂质附近发生应力集中，造成新的微裂纹。

疲劳破坏由裂缝发展所致。因此，无拉应力，则无疲劳破坏；无拉应力，不验算疲劳。

裂缝反复扩张、闭合，使疲劳断口上有半椭园光滑区，其余部分粗糙；

钢结构疲劳问题

疲劳强度与应力循环次数（疲劳寿命）的关系

为保证疲劳寿命，在设计基准期内应力循环次数n应大于规定的疲劳极限，如国际焊接学会（IIW）和国际标准化组织（ISO）建议n=5×106次为疲劳极限。

根据调查，我国钢结构规范以n=105作为承受动力荷载重复作用的钢结构构件（如吊车梁，吊车桁架和工作平台梁等）及其连接所具有的最小疲劳极限。因此，当设计要求的应力循环次数n≥105时，应进行疲劳检算。

钢结构疲劳问题

对钢结构进行疲劳计算时

有如下规定

l承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力变化循环次数n>=105次时，应进行疲劳计算；

l应力循环中不出现拉应力的部位，可不计算疲劳；l计算疲劳时，应采用荷载的标准值；

l对于直接承受动力荷载的结构，计算疲劳时，动力荷载标准值不应乘以动力系数；

l计算吊车梁或吊车桁架及其制动结构的疲劳时，吊车荷载应按作用在跨间内起重量最大的一台吊车确定。