钢结构疲劳重点补充ppt课件

一 概念1 循环荷载 结构或构件承受的随时间变化的荷载 3 4钢材的疲劳 P42 b 脉冲循环 a 完全对称循环 c 不完全对称循环 d 不完全对称循环 2 钢材的疲劳 在循环荷载 连续反复荷载 作用下 经过有限次循环 钢材发生破坏的现象 称之为疲劳 3 疲劳破坏的机理 疲劳破坏是积累损伤的结果 缺陷 微观裂纹 宏观裂纹 4 疲劳破坏的特征 属于脆性破坏 截面平均应力小于屈服点 5 影响钢材疲劳的主要因素 1 构件和连接的分类 规范将构件和连接的种类分为8类 第1类为轧制的型钢 残余应力小 疲劳强度最高 第8类为角焊缝应力集中最严重疲劳强度最低 详见钢结构设计规范 疲劳计算的构件和连接分类 附录E 焊缝附近主体金属的应力由 实际应力循环均形成在拉应力范围 2 应力幅 和应力循环特征 应力比 A 对于焊接结构 应力幅对焊接结构的疲劳强度有很大影响 而与名义最大应力 max和应力比 无关 B 对于非焊接结构和轧制钢材 在循环次数N一定的情况下 根据试验资料可以绘出N次循环的疲劳图 max和 min关系曲线 当 0和 1时的疲劳强度分别为 0和 1 连接BC并延长至A D 由上述推导可知 对于非焊接结构和轧制钢材 疲劳强度与最大应力 应力比 循环次数和缺口效应 构造类型的应力集中情况 有关 ABCD直线方程为 3 应力循环次数N 疲劳寿命 应力循环次数N 5 104 不需要进行疲劳计算 应力幅越低 作用循环次数越多 疲劳寿命越高 应力幅相同 作用的循环次数越多 疲劳寿命越高 0 NX105 N1 N2 fy 1 2 3 4 5 6 由试验结果 以及上述分析可知钢材的疲劳强度主要与构件和连接分类 内部缺陷 应力集中 残余应力 应力循环次数和应力幅有关 焊接部位的疲劳强度与钢材的静力强度 屈服点fy 基本无关 对于只有压应力的应力循环作用 由于钢材内部缺陷不易开展 则不会发生疲劳破坏 不必进行疲劳计算 二 疲劳强度计算 一 常幅疲劳 根据试验数据可以绘出构件或连接的应力幅 与相应的致损循环次数N的关系曲线 按试验数据回归的 N曲线为平均曲线 图a 取对数坐标 图b 1 容许应力幅 由于现阶段对钢材发生疲劳破坏尚处于进一步研究阶段 按概率极限状态计算疲劳强度还不成熟 故采用容许应力幅的计算方法 N曲线 a 0 N 式中 直线对纵坐标的斜率 b1 直线在横轴坐标上的截距 n 循环次数 考虑试验数据的离散性 取平均值减去2倍lgN的标准差s作为疲劳强度下限 当lg 为正态分布时 保证率为97 7 下限值的直线方程为 此时的 即为容许应力幅 式中 系数 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 2 疲劳强度计算 式中 计算部位的应力幅 对于焊接部位 max min 对于其他部位 max 0 7 min 计算应力幅 max min 计算部位每次应力循环中的最大拉应力和最小拉应力或压应力 取负值 说明 1 计算时用荷载的标准值 2 由于来源于试验 已考虑动力效应 计算时不再考虑动力系数 二 变幅疲劳和吊车欠载效应系数 对于吊车梁 按下式计算其疲劳强度 1 不出现拉应力的部位可不计算疲劳 但对出现拉应力的部位 例如 max 140N mm2 min 10N mm2和 max 10N mm2 min 140N mm2两种应力循环的应力幅都是150N mm2 疲劳强度相同 显然不合理 2 螺栓受拉时螺纹处的应力集中很大 疲劳强度很低