钢结构疲劳分析课件ppt
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承重结构的钢材宜采用平炉或氧气转炉Q235(3号钢)(沸腾钢或 镇静钢)、16Mn钢、16Mnq钢、15MnV钢或15MnVq钢,其质量 应分别符合现行标准《普通碳素结构钢技术条件》(GB7002006)、《低含金结构钢技术条件》 (GB/T1591-94)和《桥梁用 碳素钢及普通低合金钢钢板技术条件》的规定。
分Q195、Q215、Q235、Q255、Q275无种 表示方法Q235-B.F (b、Z、TZ)
3.低合金钢(GB/T1591-??) 4.桥梁用钢结构
Q345、Q390等
•
钢材选用的基本原则和考虑因素 1.结构的类型和重要性 2.荷载特征（动、静） 3.连接方法 4.工作环境温度 5.钢材厚度
当焊接部位时 max min 当非焊接部位时 max 0.7 min 2.变幅疲劳：线性疲劳累积损伤原理
ni ( i ) 折算成 e＝ n1、 n 2 、 n3 n i 常用 e＝1 1 , 其中 1为满载应力幅
•
第七节 常用钢材的规格
• 钢板 －宽度×厚度 • 热轧型钢
• 冷加工型材
第四节 钢材的疲劳和疲劳计算
一、钢材的疲劳与钢构件和连接的疲劳曲线
疲劳(fatigue)的定义：钢材在循环应力多次反复作用下裂纹 生成扩展以致断裂破坏的现象． 疲劳破坏特点：破坏时应力小于抗拉强度甚至低于屈服应力， 呈现突然的脆性破坏
第六节钢的牌号、种类、代号、技术标准
• 钢材的种类、牌号和代号 1.种类 按用途分：结构钢、工具钢、特殊用钢
按化学成分分：碳素钢和合金钢 冶炼方法：平炉、氧气转炉、碱性转炉和电炉钢 浇铸办法：沸腾钢、半镇静钢和镇静钢和特殊镇静钢 钢结构常用的是碳素结构钢和低合金结构钢
2.碳素结构钢(GB700-2006)
坏n值一样， max、 min、基本不影响，因此由 进行疲劳设计 因此同破坏次数n的关系为
lg ＝
lga lg n 2 s
1/
a 10ks n C a / 10ks
C n
1/
• 不同类型的钢构件或连接对应的参数C和 也应取不同的数值 分为8类
210
6
: 循环次数为 2 106时的容许应力幅
• 作业
2-2
香港汇丰银行
建筑设计：诺曼.福斯特 Norman Foster and Partners 结构设计：奥雅纳 Ove Arup and Partners 建造地及时间：香港 Hong Kong, China, 1979 to 1986
1、 2、 3、
1/
1是欠载效应系数
e
, n取n 2 10
n
6
对于吊车梁的设计 f 2106
f 的取值： 重级工作制硬钩吊车取 1.0
重级工作制软钩吊车取 0.8
中级工作制软钩吊车取 0.5
: 为一台吊车荷载标准值 计算所得
max
ef
为钢材的极限疲劳强度 或耐久疲劳强度 常取n≥5×106时的疲劳 强度为耐久疲劳强度
ef
•
哪个对n影响大？ 、 钢材在轧制、制造、（调直、气割、加工、装配）焊接部位常有 很大的残余应力，其峰值常接近或达到钢材的屈服强度fy，实际 ）到 应力是荷载应力同残余应力的叠加，变化范围为（fy－ fy则应力比为 ( f ) / f y y 则不论名义应力 max、 min、名义应力比，只要 相同，疲劳破
•
详附表2-1
•
注：疲劳破坏应力幅或疲劳容许应力幅，同n、构件连接、构造 细节和应力集中程度 ，而钢材强度等级对疲劳破坏应力幅或疲 劳寿命的影响并不显著
二、钢构件和连接的疲劳计算
对象：承受动力荷载作用的钢结构构件（如吊车梁、吊车桁 架、工作平台梁等）及其连接，应力变化的循环次数n≥5x104且 出现拉应力时作疲劳计算。 1.常幅疲劳：
香港汇丰银行 夜景
香港汇丰银行 悬挂结构（巨型框架结构）
1985年建成的香港汇丰银行大 楼．地面以下四层，基础埋深为-20m， 地面以上43层，高175m；采用矩形平 面，底层平面尺寸为55m×72m。建筑 规划要求大楼底层为全开敞式大空间， 与前面的皇后广场自然地连成一片．由 于开敞底层限制了上部框架落地，最后 确定采用钢结构悬挂体系。由八根“格 构柱”和五层纵、横向桁架粱组成悬挂 体系的主构件(下图)，承担着整个大楼 的全部水平荷载和竖向荷载．每根格构 柱是由两个方向间距分别为4．8m和 5．1m的四根圆形钢管；以及沿高度每 隔3．9m的四根纵、横向变裁面箱形梁 所组成。沿房屋的横向，构架柱的净距 为11．1m；沿房屋的纵向，一对格构柱 之间的净跨度为33．6m，两端悬臂长 度为10．8m。各道桁架梁之间的4—7 层楼板，通过吊杆悬挂在上一层的桁架 梁上。
• 破坏的因素：钢材的质量、构件的几何尺寸、缺陷等．循环应 力的特征和循环次数：应力谱应力比 min 和应力幅 max min
max
max 随循环 • 疲劳强度与应力循环次数的关系当 一定时， 次数的增大而降低。当应力循环无穷多次构件不致发生疲劳破 坏对应的 为疲劳强度极限
Βιβλιοθήκη Baidu
香港汇丰银行
有趣的楼梯入口
大堂
香港汇丰银行
立面细部
大堂自动扶梯平台
分Q195、Q215、Q235、Q255、Q275无种 表示方法Q235-B.F (b、Z、TZ)
3.低合金钢(GB/T1591-??) 4.桥梁用钢结构
Q345、Q390等
•
钢材选用的基本原则和考虑因素 1.结构的类型和重要性 2.荷载特征（动、静） 3.连接方法 4.工作环境温度 5.钢材厚度
当焊接部位时 max min 当非焊接部位时 max 0.7 min 2.变幅疲劳：线性疲劳累积损伤原理
ni ( i ) 折算成 e＝ n1、 n 2 、 n3 n i 常用 e＝1 1 , 其中 1为满载应力幅
•
第七节 常用钢材的规格
• 钢板 －宽度×厚度 • 热轧型钢
• 冷加工型材
第四节 钢材的疲劳和疲劳计算
一、钢材的疲劳与钢构件和连接的疲劳曲线
疲劳(fatigue)的定义：钢材在循环应力多次反复作用下裂纹 生成扩展以致断裂破坏的现象． 疲劳破坏特点：破坏时应力小于抗拉强度甚至低于屈服应力， 呈现突然的脆性破坏
第六节钢的牌号、种类、代号、技术标准
• 钢材的种类、牌号和代号 1.种类 按用途分：结构钢、工具钢、特殊用钢
按化学成分分：碳素钢和合金钢 冶炼方法：平炉、氧气转炉、碱性转炉和电炉钢 浇铸办法：沸腾钢、半镇静钢和镇静钢和特殊镇静钢 钢结构常用的是碳素结构钢和低合金结构钢
2.碳素结构钢(GB700-2006)
坏n值一样， max、 min、基本不影响，因此由 进行疲劳设计 因此同破坏次数n的关系为
lg ＝
lga lg n 2 s
1/
a 10ks n C a / 10ks
C n
1/
• 不同类型的钢构件或连接对应的参数C和 也应取不同的数值 分为8类
210
6
: 循环次数为 2 106时的容许应力幅
• 作业
2-2
香港汇丰银行
建筑设计：诺曼.福斯特 Norman Foster and Partners 结构设计：奥雅纳 Ove Arup and Partners 建造地及时间：香港 Hong Kong, China, 1979 to 1986
1、 2、 3、
1/
1是欠载效应系数
e
, n取n 2 10
n
6
对于吊车梁的设计 f 2106
f 的取值： 重级工作制硬钩吊车取 1.0
重级工作制软钩吊车取 0.8
中级工作制软钩吊车取 0.5
: 为一台吊车荷载标准值 计算所得
max
ef
为钢材的极限疲劳强度 或耐久疲劳强度 常取n≥5×106时的疲劳 强度为耐久疲劳强度
ef
•
哪个对n影响大？ 、 钢材在轧制、制造、（调直、气割、加工、装配）焊接部位常有 很大的残余应力，其峰值常接近或达到钢材的屈服强度fy，实际 ）到 应力是荷载应力同残余应力的叠加，变化范围为（fy－ fy则应力比为 ( f ) / f y y 则不论名义应力 max、 min、名义应力比，只要 相同，疲劳破
•
详附表2-1
•
注：疲劳破坏应力幅或疲劳容许应力幅，同n、构件连接、构造 细节和应力集中程度 ，而钢材强度等级对疲劳破坏应力幅或疲 劳寿命的影响并不显著
二、钢构件和连接的疲劳计算
对象：承受动力荷载作用的钢结构构件（如吊车梁、吊车桁 架、工作平台梁等）及其连接，应力变化的循环次数n≥5x104且 出现拉应力时作疲劳计算。 1.常幅疲劳：
香港汇丰银行 夜景
香港汇丰银行 悬挂结构（巨型框架结构）
1985年建成的香港汇丰银行大 楼．地面以下四层，基础埋深为-20m， 地面以上43层，高175m；采用矩形平 面，底层平面尺寸为55m×72m。建筑 规划要求大楼底层为全开敞式大空间， 与前面的皇后广场自然地连成一片．由 于开敞底层限制了上部框架落地，最后 确定采用钢结构悬挂体系。由八根“格 构柱”和五层纵、横向桁架粱组成悬挂 体系的主构件(下图)，承担着整个大楼 的全部水平荷载和竖向荷载．每根格构 柱是由两个方向间距分别为4．8m和 5．1m的四根圆形钢管；以及沿高度每 隔3．9m的四根纵、横向变裁面箱形梁 所组成。沿房屋的横向，构架柱的净距 为11．1m；沿房屋的纵向，一对格构柱 之间的净跨度为33．6m，两端悬臂长 度为10．8m。各道桁架梁之间的4—7 层楼板，通过吊杆悬挂在上一层的桁架 梁上。
• 破坏的因素：钢材的质量、构件的几何尺寸、缺陷等．循环应 力的特征和循环次数：应力谱应力比 min 和应力幅 max min
max
max 随循环 • 疲劳强度与应力循环次数的关系当 一定时， 次数的增大而降低。当应力循环无穷多次构件不致发生疲劳破 坏对应的 为疲劳强度极限
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香港汇丰银行
有趣的楼梯入口
大堂
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立面细部
大堂自动扶梯平台