钢结构基本原理第八章钢结构的脆性断裂和疲劳.

1、第8章钢结构的脆性断裂和疲劳8.1钢结构脆性断裂及其防止8.1.1脆性断裂破坏脆性破坏：结构的最终破坏是由于其构件的脆性断裂导致的。特点：无塑性发展或很小，断裂时伸长量极其微小，没有破坏的预兆。脆性破坏分类 过载断裂:由于过载，强度不足而导致的断裂。特点：破坏速度快，主要是钢丝束、钢绞线和钢丝绳等。 非过载断裂：塑性很好的钢构件在缺陷、低温等因素影响下突然呈脆性断裂 应力腐蚀断裂：在腐蚀性环境中承受静力或准静力荷载作用的结构，在远低于屈服 极限的应力状态下发生的断裂，强度越高则对应力腐蚀断裂越敏感。 疲劳断裂与腐蚀疲劳断裂：在交变荷载作用下，裂纹的失稳扩展导致的断裂，高 周：循环周数在105以

2、上者，低周：只有几百或几十次，环境介质导致或加速疲 劳裂纹的萌生和扩展称为腐蚀疲劳。 氢脆断裂:氢使材料韧性降低而导致的断裂 钢结构的非过载脆性破坏P3028.1.2脆性断裂的防止 构件不出现非过载脆性断裂的条件 KI= KIC （含义见书） 为了防止脆性断裂，需要从三个方面着手：1. 钢材选择（保证足够韧性KIC ）材料韧性指标：冲击韧性。碳素钢：夏比V形缺口冲击功不低于27J;低合金高强度结构钢：夏比 V形缺口冲击功不低于34J;公路钢桥和吊车梁在翼缘板厚度不超过 40mm,按所处最低温度加40C级别要 求；公路钢桥和吊车梁在翼缘板厚度超过 40mm,降低最低温度；低温地区避免用厚度大的钢

3、板，必须用厚板时，应提高对冲击韧性的要求或进行全 厚度韧性试验。2. 初始裂纹：减小初始裂纹，避免形成裂缝间隙，保证焊缝质量，限制和避免焊接 缺陷，焊缝表面不得有裂纹；3. 应力：缓和应力集中，减小应力值，避免受到约束而产生高额残余应力4. 结构形式与构造细节：超静定结构优于静定结构：由于地基不均匀沉陷会导致 严重不利的内力重分布。静定结构采用多路径传递荷载优于单路径传递荷载。单 个构件：多路径组织要优于单路径组织焊接受弯构件的受拉翼缘，当弯矩很大，需要选取较厚的翼缘时，从抗断裂的 角度看，后者要比前者有利。前者一旦开裂，即一裂到断，后者在一层板开裂后，不会波及其他板层。翼缘和腹板 采用不焊透

4、的焊缝连接，有利于阻止裂缝的发展。但只适用于翼缘和腹板之间无垂 直于间隙的拉力时才允许。否则，构造间隙的类裂纹作用十分有害。在它近旁的高 度应力集中,高额的焊接残余应力，以及因热塑变形而时效硬化导致的基体金属的 脆性提高,经常扮演诱发裂纹的角色。8.2钢结构抗疲劳设计821疲劳破坏疲劳破坏是裂缝形成，扩展及最终断裂的过程。钢结构本身内部存在微小裂纹， 所以钢结构疲劳只有后2阶段。影响结构疲劳因素主要有疲劳荷载（外因），还 有内因的断裂韧性，及描述缺陷应力状态的应力集中程度。对于等幅交变荷载其幅值？P=Pmax-Pmin对疲劳寿命影响显著。增加荷载幅值，试 件的疲劳寿命呈减少趋势，同样的荷载幅值

5、作用下，试件的疲劳寿命随初始裂纹长 度的增大而减少，荷载比（或应力比）p =Pmin/Pma对裂缝扩展速度较小。应力集 中系数大（相应地,应力集中程度越高），构件的抗疲劳性能越差。8.2.2应力幅准则建立在应力幅基础上的疲劳校核准则：？ cw ?（允许应力幅）? c =（C/n）1/不同构件式连接的B ,C值见表8-2，308页例题见311页。8.2.3变幅疲劳荷载对于随机荷载谱，用最大应力幅？c max计算偏于保守。实用的方法是从随机谱中提出若干个应力谱 ？ c并确定和它们相对应的频数ni,然 后，按照线性累积损伤准则，找出一个等效应力幅？c e弋替前？cM?M? B ? c e=Eni（? c i）/?3=1i?i=1? 1/ Bni :预期使用寿命