《钢结构疲劳》PPT课件.ppt

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1、2.4 2.4 钢材的疲劳破坏钢材的疲劳破坏1 1、疲劳现象、疲劳现象 在连续反复在连续反复（循环）荷载作（循环）荷载作用下，当应力低用下，当应力低于抗拉强度甚至于抗拉强度甚至低于屈服强度便低于屈服强度便发生突然脆性断发生突然脆性断裂。这种现象称裂。这种现象称钢材疲劳破坏。钢材疲劳破坏。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。（1）连续反复荷载）连续反复荷载 （2）材料局部缺陷（工艺微裂纹、）材料局部缺陷（工艺微裂纹、焊缝夹渣焊缝夹渣2、

2、产生疲劳的原因、产生疲劳的原因3、疲劳破坏机理、疲劳破坏机理（1）形成微裂纹）形成微裂纹材料已有微裂纹或加载使杂质附近发生应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。力集中，造成新的微裂纹。疲疲劳劳破破坏坏由由裂裂缝缝发发展展所所致致。因因此此，无无拉拉应应力，则无疲劳破坏；无拉应力，不验算疲劳。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；椭园光滑区，其余部分粗糙；有拉应力裂缝张开有拉应力裂缝张开无拉应力裂缝闭合无拉应力裂缝闭合图图2-82-8 （2）反复荷载下微裂纹发展成宏观裂纹）

3、反复荷载下微裂纹发展成宏观裂纹 反复荷载下微裂纹尖端应力集中、材料硬化，裂反复荷载下微裂纹尖端应力集中、材料硬化，裂纹开展，出现宏观裂纹。纹开展，出现宏观裂纹。（3）宏观裂纹发展，断面）宏观裂纹发展，断面削弱，脆性断裂削弱，脆性断裂裂纹尖端应力集中使裂纹开展裂纹尖端应力集中使裂纹开展 “常常幅幅疲疲劳劳”是是指指在在使使用用期期内内交交变变荷荷载载下下每每次次循循环环的的应应力力变变化化幅幅值值相相同同；否否则则称称“变变幅幅疲疲劳劳”，如如上上图图所所示示。承承受受吊吊车车荷荷载载的的吊吊车车梁梁属属变变幅幅疲疲劳劳，因因为为起起吊重量有时满载，有时欠载。吊重量有时满载，有时欠载。t常幅疲劳

4、常幅疲劳t变幅疲劳变幅疲劳图图2-9 1.1.应力比与应力比与应力幅应力幅应力比：应力比：=max/min 应力幅：循环一周最大、最小应力差应力幅：循环一周最大、最小应力差 =max-min 根根据据调调查查，我我国国钢钢结结构构规规范范以以n=10n=105 5作作为为承承受受动动力力荷荷载载重重复复作作用用的的钢钢结结构构构构件件（如如吊吊车车梁梁，吊吊车车桁桁架架和和工工作作平平台台梁梁等等）及及其其连连接接所所具具有有的的最最小小疲疲劳劳极极限限。因因此此，当当设设计计要要求求的的应应力力循循环环次次数数n10n105 5时时，应应进进行行疲疲劳检算。劳检算。4.4.疲劳强度与应力循环

5、次数（疲劳寿命）的关系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为保证疲劳寿命，在设计基准期内应力循环次数n n应大于规定的疲劳极限，如国际焊接学会（应大于规定的疲劳极限，如国际焊接学会（IIWIIW）和国）和国际标准化组织（际标准化组织（ISOISO）建议）建议n=510n=5106 6次为疲劳极限。次为疲劳极限。对钢结构进行疲劳计算时有如下规定1）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等于或大于105次时，应进行疲劳计算；2）在应力循环中不出现拉应力的部位，可不计算疲劳；3）计算疲劳时，应采用荷载的标准值；4）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；5）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。