钢结构材料及性能-钢材的疲劳

钢材的疲劳——变幅疲劳和吊车荷载的欠载效应系数一、变幅疲劳的定义当应力循环内的应力幅随机变化时为变幅疲劳。钢材的疲劳——变幅疲劳和吊车荷载的欠载效应系数可将变幅疲劳折算为等效的常幅疲劳，然后按常幅疲劳检算式检算。Δσi-1Δσ2Δσ1Δσiσt变幅荷载二、能够测得使用期内应力变幅规律的情况钢材的疲劳——变幅疲劳和吊车荷载的欠载效应系数

（a）检算公式

e—等效常幅疲劳应力幅。

[

]—常幅疲劳的容许应力幅。

二、能够测得使用期内应力变幅规律的情况钢材的疲劳——变幅疲劳和吊车荷载的欠载效应系数（b)计算

若能预测结构在使用寿命期间各种荷载的应力幅以及次数分布所构成的设计应力谱，则根据累积损伤原理可将变幅疲劳折合为等效常幅疲劳，将随机变化的应力幅折算为等效应力幅

e按下式进行疲劳计算：Σni

以应力循环次数表示的结构预期使用寿命；

ni

预期寿命内应力幅水平达到

i的应力循环次数三、不能测得使用期内应力变幅规律的情况钢材的疲劳——变幅疲劳和吊车荷载的欠载效应系数

设计重级工作制吊车的吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架时，应力幅是按满载得出的，实际上常常发生不同程度欠载情况。如果没有对实际应力幅的统计资料，即属本情形。使用欠载效应系数，按常幅疲劳进行计算。

—欠载效应的等效系数—循环次数为n=2×106次的容许应力幅。三、不能测得使用期内应力变幅规律的情况钢材的疲劳——变幅疲劳和吊车荷载的欠载效应系数1.00.80.5重级工作制硬钩吊车重级工作制软钩吊车梁中级工作制吊车

f吊车梁类别吊车梁或吊车桁架欠载效应系数59697890103118144176N/mm2[

]n=2×10687654321连接形式类别表2-3n=2×106的容许应力幅值钢材的疲劳——常幅疲劳一、疲劳破坏的特征定义：钢材在循环荷载作用下，应力虽然低于极限强度，甚至低于屈服强度，但仍然会发生断裂破坏，这种破坏形式就称为疲劳破坏。破坏过程：裂纹的形成----裂纹的扩展----最后的迅速断裂而破坏破坏特点：（1）疲劳破坏时的应力小于钢材的屈服强度，钢材的塑性还没有展开，属于脆性破坏。（2）疲劳破坏的断口与一般脆性破坏的断口不同。一般脆性破坏后的断口平直，呈有光泽的晶粒状或人字纹。而疲劳破坏的主要断口特征是放射和年轮状花纹。（3）疲劳对缺陷十分敏感。钢材的疲劳——常幅疲劳二、引起疲劳破坏交变荷载的两种类型常幅交变荷载----常幅应力----常幅疲劳变幅交变荷载----变幅应力----变幅疲劳钢材的疲劳——常幅疲劳应力比（）

循环应力中绝对值最小的峰值应力smin与绝对值最大的峰值应力smax之比。r=smin

/smax(拉应力取正号而压应力取负号)

应力幅（Ds）

Ds=smax-smin，此处smax为最大拉应力，取正值，smin为最小拉应力或压应力。（拉应力取正号而压应力取负号）

应力循环次数（n，疲劳寿命）

结构或构件破坏时所经历的应力变化次数。三、常幅疲劳当应力循环内的应力幅保持常量时，称为常幅疲劳。钢材的疲劳——常幅疲劳三、常幅疲劳1.非焊接结构的疲劳大量试验研究表明，疲劳强度除于主体金属和连接类型有关外，还与循环应力比r和循环次数n有关。当以n=2×106为疲劳寿命时，我国《钢结构设计规范》给出了验算以拉应力为主的疲劳计算公式钢材的疲劳——常幅疲劳三、常幅疲劳2.焊接结构的疲劳通过大量试验研究表明，控制焊接结构疲劳寿命最主要的因素是构件和连接的类型、应力幅Δσ以及循环次数n，而与应力比无关。焊缝部位存在残余拉应力，通常达到钢材的屈服点fy

，该处是产生和发展疲劳裂纹最敏感的区域。钢材的疲劳——常幅疲劳三、常幅疲劳2.焊接结构的疲劳钢材的疲劳——常幅疲劳最大：最小：真实应力比：残余应力的分布焊缝附近真实应力比的大小取决于应力幅Ds的大小三、常幅疲劳3.应力幅Δσ与应力循环次数n（疲劳寿命）的关系（1）应力幅值越低，应力循环次数就越多，疲劳寿命也越高。（2）当应力幅值减小到一定程度时，应力循环次数趋向无穷大。钢材的疲劳——常幅疲劳0NX105n1n2fy123456三、常幅疲劳3.容许应力幅[Δσ]的定义（1）应力幅－循环次数（红色实线所示）关系曲线为试验回归曲线，反应了平均值之间的关系。（2）考虑到试验的离散性，取平均值减去两倍lgn的标准差（2s）作为疲劳强度的下限值，图中蓝色虚线所示。该虚线上的应力幅定义为对应于某疲劳寿命的容许应力幅。钢材的疲劳——常幅疲劳SS0............b1

1三、常幅疲劳3.容许应力幅[Δσ]的定义（3）如果lgn符合正态分布，则构件或连接的疲劳强度的保证率为97.7％。（4）容许应力幅的表达式[Δσ]可通过两个相似三角形求出：（5）式中：系数β、C根据《钢结构设计规范-疲劳计算的构件和连接分类》查表得到。（6）容许应力幅与钢材的强度无关，这表明不同种类的钢材具有相同的抗疲劳性能。钢材的疲劳——常幅疲劳四、常幅疲劳验算规范将不同构造和受力特点的钢构件和连接，按其疲劳性能的高低归并划分为8个疲劳计算类别，并对每个类别规定了相应的参数取值。钢材的疲劳——常幅疲劳

疲劳容许应力幅[]与应力循环次数n的关系曲线11β＝4β＝3[](N/mm2)（对数尺）n（对数尺）四、常幅疲劳验算钢材的疲劳——常幅疲劳参数Ｃ和b的取值构件和连接类别12345678Ｃ1940×1012861×10123.26×10122.18×10121.47×10120.96×10120.65×10120.41×1012β44333333国内外试验证明，除了个别在疲劳计算中不起控制作用类别的疲劳强度有