第八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
1.定义
从宏观上讲，最近破坏的主要特征表现为断裂时伸长量极其微小，(例如生铁在单向拉伸断裂时为0.5%～0.6% )。如果结构的最终破坏是由于其构件的脆性断裂导致的，那么我们称结构发生了脆性破坏。对于脆性破坏的结构。几乎观察不到构件的塑性发展过程，往往没有破坏的预兆，因而破坏的后果经常是灾难性的。工程设计的任何领域，无一例外地度都要求避免结构的脆性破坏(如在钢筋混凝土结构中避免设计超筋梁)，其道理就在于此。
2.脆性断裂破坏分类
①过载断裂：由于过载，强度不足而导致的断裂。这种断裂破坏发生的速度通常极高(可高达2100m/s),后果极其严重。在钢结构中，过载断裂只出现在高强钢丝束、钢绞线和钢丝绳等脆性材料做成的构件。
②非过载断裂：塑性很好的钢结构件在缺陷、低温等因素影响下突然呈现脆性断裂。③应力腐蚀断裂：在腐蚀性环境中承受静力和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破坏成为应力腐蚀断裂。它是腐蚀和非过载断裂的综合结果。一般认为,强度越高则对应力腐蚀断裂越敏感。对于常见碳钢和低合金钢而言,屈服强度大于700Mpa时,才表现出对应力腐蚀断裂比较敏感。据一项1974年的调查报告称,我国铁路桥梁的高强度螺栓在十几年间约有五千分之一发生了应力腐蚀断裂。此后采用20MnTiB 钢和35VB代替40B钢,情况大有改善。
④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破坏称为疲劳断裂。疲劳断裂有高周和低周之分。循环周数在10的5次方以上者称为高周疲劳,属于钢结构中常见的情况。低周疲劳断裂前的周数只有几百或几十次,每次都有较大的非弹性应变。典型的低周破坏产生于强烈地震作用下。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。
⑤氢脆断裂：氢可以在冶炼和焊接过程中侵入金属造成材料韧性降低而可能导致的断裂。焊条在使用前需要烘干，就是为了防止氢脆断裂。
3.脆性断裂破坏的原因
⑴焊缝缺陷的存在，使裂纹萌生的概率增大。
⑵焊接结构中的数值可观的残余应力，作为初应力场，与荷载应力场的叠加导致驱动开裂的不利应力组合。
⑶焊缝连接通常使结构的刚度增大，结构的变形，包括塑性变形的发展受到更大的限制。尤其是三条焊缝在空间相互垂直时。
⑷焊缝连接使结构形成连续整体，没有止裂的构造措施,则可能一裂到底。⑸对选材在防止脆性破坏中的重要性认识不足。
除此之外，对于大型复杂结构、工作条件恶劣(如海洋工程)的结构的认识不足等都是造成脆性破坏发生的因素。
结构的脆性破坏经常在气温较低的情况下发生。处在低温的结构要选择高韧性的材料来避免脆性破坏发生。但是，如果处理不当，既便选用了高韧性材质，结构也可能发生脆性破坏。新的钢结构设计规范GB50017为此增加了一节“提高寒区结构抗脆断能力的要求”,对有关构造与施工问题做出了规定。
8.1.2 脆性断裂的防止
1. 非过载脆性断裂的条件
按照断裂力学理论,在弹性范围内，构件布置出现非过载脆性断裂的条件是
式中KI--纹尖端的应力强度因子；（8-1）
a --裂纹尺度；
σ--裂纹尖端的应力：
KIC--表征断裂性能的材料常数，称断裂韧性，KIC的测试方法见国家标准《金属材料平面应变断裂韧性KIC试验方法》(GB/T4146-1984)。
2.防止脆性断裂的措施
①正确选用钢材、使之具有足够的韧性KIC。
②尽量减小初始裂纹的尺寸,避免在构造处理中形成类似于裂纹的间隙。
③注意在构造处理上缓和应力集中，以减小应力值。
除此之外，结构形式也对防止脆性断裂有一定影响。
（1）钢材选择
目前工程中常用冲击韧性作为材料韧性指标，因其试样截面一律用10mm*10mm,并不能完全反映厚板的真实韧性，但其试验简单易行,在工程建有较多的应用试验。另外,提高冲击韧性的有效措施对提高断裂韧性也同样行之有效。国家标准《碳素结构钢》(GB700-88)和《低合金钢高强度结构钢》(GB/T1591-94)分别保证纵向取样的夏比V形缺口冲击功不低于27J和34J。钢材的A,B,C,D分级就是依冲击韧性的要求设置的。一般的,公路钢桥和吊车梁在翼缘板厚度不超过40mm时,可以按所处最低温度加40℃级别要求,厚度超过40mm则适当降低冲击试样温度。钢材标准都未对厚板的韧性提供更高的保证。有鉴于此,设计重要的低温地区露天结构是,尽量避免用厚度大的钢板。GB50017规范规定,”在工作温度等于或低于-30℃的地区焊接构件易采用较薄的组成板件”,低温地区必须用厚板时,应提高对
冲击韧性的要求或进行全厚度韧性试验,如带缺口的静力拉伸试验和落锤试验,以考察其实际韧性。
（2）初始裂纹
对于焊接结构来说,减小初始裂纹尺寸
主要是保证焊缝质量,限制和避免缺陷。焊
缝表面不得有裂纹。焊缝的咬边(图8-1),
实际上相当于表面裂纹。《钢结构工程施工
质量验收规范》 (GB 50205)规定质量等级
为一级的焊缝不允许有咬边,二级和三级焊
缝则咬边深度不超过0.05t(及0.5mm)和
0.1t(及1mm)。角焊缝的焊瘤(图8-1b)也起
类似于裂纹的作用。GB50205规定，不论焊
缝质量等级为哪一级，都不允许焊瘤存在。
除了表面缺陷外，内部也可能有气孔和未焊
透的缺陷，亦可萌生裂纹。内部缺陷由超声波探伤法检测，按国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法》评定。质量等级一级和二级的焊缝，检验等级应为B级，评定
等级则应分别为Ⅱ和Ⅲ级。质地优良的焊缝只有通过严格的质量管理和验收制度才能实现。
某糖厂存放废液的焊接罐体结构,在验收合格后不久突然脆性断裂,经事后详细检查,发现焊缝质量存在严重问题。
由于工地施焊条件不如工厂，安装焊缝出现缺陷的机会比工厂焊缝多，GB50017规范规定,在工作温度等于或低于-20℃的地区,安装易采用螺栓连接。
（3）应力
式(8-1)的应力是构件中的真实应力。它不仅和荷载的大小有关,也和有无应力集中以及约束造成的残余应力的影响有关。减缓应力集中问题将在下节结合疲劳问题讨论。因收缩受到约束而产生高额残余应力的情况在抗脆断设计中必须避免。（4）结构形式与构造细节
在设计工作的结构选型和结构布置阶段,就应该注意防止断裂问题。由于赘余构件的断裂一般不会导致整体结构的失效,因此超静定结构对与减少断裂的不良后果一般是有利的。当然,要同时考虑由于地基不均匀沉降、超静定结构可能会导致严重不利的内力重分布等问题。静定结构采用多路径传递荷载亦有异曲同工的作用。用一根独立的简支受弯构件作为跨越结构是单路径结构;而以横向构件相连的数根并联构件作为跨越结构就是多路径的结构。对于多路径结构,并联构件中的任一个发生断裂，一般都不会立即引起整体结构的坍塌。实际上，单路径和多路径是相对的。就整个结构而言，有单路径和多路径结构之分；就
单个构件而言。同样有单路径构件和多路径构件之分。
甚至就构件的各部分元件而言，亦有单路径元件和多
路径元件之分。显然，就防止断裂而言，多路径组织
要优于单路径组织。一个由单个角钢构成的拉杆是单
路径构件，而由两个以上角钢和钢板构成的组合截面
拉杆则是多路径构件。如图8-2所示，焊接受弯构件
受拉翼缘可以作成单层的(图8-2)，也可以作成多层的
(图8-2a)。前者的受拉翼缘是单路径元件，而后者属于
多路径元件。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。这不仅是因
为单层厚板翼缘脆断的可能性比多层薄板翼缘大得多，还在于前者一旦开裂，即一裂到断，后者在一层板开裂后，不会波及其他板层。顺便指出，在图(8-2b)中翼缘和腹板采用不焊透的焊缝连接，有利于阻止裂缝的发展。
但是，设置这种构造间隙并不是无条件的，因为构造间隙并不总是起有利于构件抵抗断裂的作用。只有在上述这种梁翼缘和服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。图8-3中是一些典型例子。其中图8-3(a)是在一渔船甲板上因阻止木地板滑动而焊有窄钢板条的情形，窄钢板条相互之间的对接处没有焊接，而只是将窄钢板条焊于甲板，对接间隙因而相当于一条预裂纹，在低温-16℃时，甲板子于隙处开裂，并向两旁扩展。图8-3 (b)是一用拼接角钢连接的输电塔的受拉主杆，在低温-50℃时，断裂发生于间隙处(低温收缩引起的导线张力增大是断裂的外因)。图8-3(c)是一具有支撑环的储液罐，支撑环的拼接焊以及罐与支撑环的连接焊缝均未焊透，在低温-20℃，裂纹从拼接焊缝处扩展到罐体。低温地
区的结构必须避免这种留有间隙的构造设计。在板的拼接中，不宜留狭长的拼接间隙，而要采用两面剖口的对接焊缝并予以焊透，或者采用图8-4所示的构造方案。其中图8-4 (a)是将拼接间隙拉开，固8-4 (b)是将焊缝终止于离拼接间隙
30mm处。总之，一般情况下，低温地区既不应在构造上留有类似裂纹的间隙，也不应在板件对接和T型连接中采用不焊透的焊缝。
多路径结构使局部破坏不至于殃及整体结构的坍塌。在航海和航空结构中应用较广的
止裂元件亦是为了将裂缝的扩展限制于局部，以免一裂到底，祸及整体。用高韧性材料做成的板内止裂元件和板外止裂元件，其构造如图8-5所示。图中止裂元件与主材的对接焊缝要求采用双面剖口型。
另外，在梁、柱等构件的端部经常要处理图8-6所示的角形连接，端竖板如果存在分层缺陷，构造不当会引起层间撕裂。因此，宜采用图8-6(a)，(b)的角形连接构造，而避免采用图8-6 (c)，(d)的构造方式。
（5）其他措施
在钢结构制造安装过程中，应尽量避免使材料出现应变硬化，要及时通过扩钻和刨边消除因冲孔和裁剪(剪切和手工气割)而造成的局部硬化区，在低温地区尤需如此。注意正确选择和制订焊接工艺以减少不利残余应力，包括必要时通过热处理方法消除重要构件中的残余应力；提倡规范文明施工，不在构件上随意起弧和砸击以避免构件表面的意外损伤。正确使用亦在防止脆断措施之列。在使用过程中，严禁在结构上随意加焊零部件以免导致机械损伤；除了严禁设备超载外，亦不得在结构上随意悬挂重物；严格控制设备的运行速度以减少结构的冲击荷载。除了结构正常使用的工作环境温度要符合设计要求外，在停车捡修时(尤其在严寒季节)亦应注意结构的保温。
8.2 钢结构抗疲劳设计
8.2.1 疲劳破损
1. 钢结构疲劳破损
在第2章中曾经论述过，疲劳破损的过程本质上是微裂纹的萌生、缓慢扩展和最终迅速断裂的过程。金属结构本体内不可避免的微小材质缺陷(包括分层之类的轧制缺陷)本身就是微裂纹。焊接结构的焊缝缺陷(咬边、气孔、欠焊、夹渣等)都是裂纹或极易萌生微裂纹处。从这个意义上讲，钢结构疲劳破损的过程仅包括缓慢扩展及最终断裂。
2. 影响构件疲劳破损的因素
（1）疲劳荷载
疲劳荷载既可以是诸如吊车荷载、地震荷载之类的明显作用，又可以像在压力容器中那样，表现为温度的周期变化。等幅交变荷载是员常见的疲劳荷裁，其幅值∆P=Pmax−Pmin。对疲劳寿命影响明显。在保持试件其它参数不变的情况下，增加荷载幅值，试件的疲劳寿命呈减少趋势。
（2）断裂韧性
在同样的荷载幅值作用下，试件的疲劳寿命随初始裂纹长度的增大而减少。试验研究表明，荷载比（或应力比）ρ（=Pmax/Pmin）对裂纹扩展速率的影响较小。（3）应力集中程度
由于冶炼，轧制以及冷热加工在构件的表面或内部留下的几何缺陷。经常导致应力集中出现。构件或零件间的相互连接形成的应力集中，有时更为严重。大量疲劳破坏的事故及试
验研究表明，裂源总是与应力集中形影不离。应力集中系数ε越大(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
如第2章所述，以应力幅△σ作为影响疲劳性能的主要因素而建立的疲劳校核准则为：
∆σ≤[∆σ] (8-2)
容许应力幅[∆σ]计算如下
[∆σ]= ⎜
1
⎛C⎞
⎟ (8-3) n⎝⎠
β
规范依据疲劳性能由高到低的排列,把常见的钢结构构件和连接分为8个类别(见表
8-1)，分别给出了各个类别用于计算容许应力幅的,β和c的值(见表8-2)。由式(8-3)确定的容许应力幅是建立在分类试验的基础上的，应力集中、残余应力等因素均己计入，在计算∆σ，时无需再考虑这些因素。但是，在有些情形须慎重考虑例如遇到横向对接焊缝上开有孔洞时，应当在计算∆σ中考虑应力集中。
疲劳结算的构件和连接分类表8-1
项次 1
附图
说明
类别 1 1 2
无连接的主体金属 1. 轧制钢板 2. 钢板
（a）（b）
两边为轧制边或刨边
两侧为自动、半自动（切割质量标准应符合《钢结构工程施工质量验收规范》）2
横向对接焊缝附近的主体金属
1. 符合《钢结构工程施工施工质量验收规
范》的一级焊缝
3 2 2
3
2. 经加工、磨平的一级焊缝
不同厚度（或宽度）横向对接焊缝附近的主体金属、焊缝加工成平滑过渡并符合一级焊缝标准
4
5
翼缘连接焊缝附近的主体金属 1. 翼缘板与腹板的连接焊缝 a. c.
自动焊，二级焊缝
手工焊，三级焊缝，外观缺陷符合二级自动焊，三级焊缝，外观缺陷符合二级手工焊，三级焊缝，外观缺陷符合二级 b. 自动焊，三级焊缝，外观缺陷符合二级纵向对接焊缝附近的主体金属，焊缝符合二级焊缝标准
2
2. 双层翼缘板之间的连接焊缝 a. b.
2 3 4 3 4
6 横向加劲肋端部附近地主体金属
1. 肋端不断弧（采用回焊）
2. 肋端断弧 4 5
5 7 梯形节点板用对接焊缝焊于梁翼缘，腹板以及桁架构件处的主体金属，过渡处在焊后铲平、磨光、圆滑过渡，不得有
焊接起弧、灭弧缺陷
8 矩形节点板焊接于构件翼缘或腹板处
的主体金属，l>150mm 7
9 翼缘板中断处的主体金属（板端有正面
焊缝）
10
11 两侧面角焊缝连接端部的主体金属向正面角焊缝过渡处的主体金属7
12
13 三面围焊后两侧面角焊缝连接的节点
板主体金属（节点板计算宽度按应力扩
散角θ于30°考虑） 7 三面围焊的角焊缝端部主体金属
14 K形坡口对接与角接组合焊缝处的主体
金属，两板轴线偏离小于0.15t，焊缝为
二级，焊趾角θ≤45° 5
15 十字接头角焊缝处的主体金属，两板轴
线偏离小于0.15t
7
16 角焊缝按有效界面确定的剪应力幅计算17 铆钉连接处的主体金属
18 连系螺栓和虚孔处的主体金属19 高强度螺栓摩擦型连接处的主体金属注：1.有对接焊缝均需焊透。所有焊缝的外形尺寸均应符合现行国家标准《钢结构焊缝外形尺寸》
GB10854的规定
2. GB 50017第8.2.7条和8.2.8条的要求。
3.项次16中的剪应力幅△τ=τmax-τmin，其中τmin的正负值为：与τmax同方向时，取正值；
与τmax反向时，取负值。
4.第16.17项中的应力以净截面面积计算,第19项应以毛截面面积计算
参数C , β 表8-2 构件和连接类别 C（x1012）β
需要指出，按式(8-3)计算的容许应力幅并不随钢材抗拉强度变化而变化。因此当疲劳计算控制设计时，高强钢材往往不能充分发挥作用。另外，应力幅准则是由存在高额残余拉应力的焊接构件或连接得出的，一般而言，对于ρ≤0的焊接结
构，高额残余应力对疲劳性能的影内大些，而在ρ>0时影响不大。有鉴于此，对于非焊接结构，国际标准《钢结构材料
与设计》(ISO／DIS 10721)规定，对于ρ≤0的非焊接零件，在运用应力幅准则时引用有效应力幅∆σe以代替应力幅：
其中，拉应力取正值，压应力取负值。我国规范中，则对非焊接零件, 不区分ρ的正负统一采用下列有效应力幅：∆σe=σmax−0.6σmin (8-4)
∆σe=σmax−0.7σmin (8-5)
显然，上式在ρ>0时偏于安全。
【例8-1】某连接节点,如图8-8所示,钢材为Q235,预期寿命为n=22×10次,轴心受拉构件的最大拉力和最小拉力的设计值为FFmax=500kN和Fmin=350kN,试对该节点进行疲劳校核.
【解】疲劳校核包括主体金属和焊缝两部分. 6
(1) 主体金属的疲劳校核要针对构件和节点板分别进行:
a.节点疲劳校核
由表8-1,类别为7(表8-1的第13项);查表8-2得C=0.65×10,β=3;
由(8-3)式得 12
⎛0.65×10 [∆σ]=⎜⎜2×106⎝12⎞2 ⎟=68.75 N/mm⎟⎠
疲劳校核工业截面们于距节点板边缘160mm处(偏于安全地假定角钢中的拉力在该处已完全
0 传到节点板上),计及应力在节点板内的扩散(扩散角30),则
(500−350)×1032=44.81 N/mm<[∆σ] (满足) ∆σ=0(150+2×160tan30)×10
b.构件疲劳校核
由表8-1,类别为8(表8-1的第11项);查表8-2得C=0.41×10,β=3;
由(8-3)式得 12
⎛0.41×10[∆σ]=⎜⎜2×106⎝
两角钢的截面积为2×1564mm,故 212⎞2⎟=58.96 N/mm ⎟⎠(500−350)×103
2=47.96 N/mm<[∆σ] (满足) ∆σ=2×1564
(2) 由表8-1,焊缝的疲劳校核类别亦为8(表8-1的第三者11项),要针对角钢的肢尖焊缝分别进行:
肢背焊缝疲劳校核
∆τ=0.7×(500−350)×3
2×0.7×8×(250−10)=39.06N/ mm2＜[∆σ]（满足）
肢尖焊缝疲劳校核
∆τ =0.3×(500−350)×3
2×0.7×6×(160−10)=35.71N/mm2＜[∆σ] （满足）
8.2.3 变幅疲劳荷载
不少结构承受的荷载呈现为随机荷载谱。用荷载谱中最大的应力幅∆σmax作为公式(8-2)的∆σ进行计算，必然偏于保守。实用的方法是从随机谱中提出若干个应力谱∆σi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(亦称Miner 规则或palmgren--Miner规则)，找出一个等效应力幅∆σe，用以代替式(8-2)的∆σ∆σe=[∑n(∆σ)/∑n]β
iii
i=1i=1MM (8-6)
线性累积损伤准则假定各应力幅出现的先后顺序不影响疲劳寿命。虽然实际并不完全如此，但实践表明，把它用于焊接结构能够保证安全。对于吊车梁还可以用αf∆σmax代替∆σe，αf称为欠载系数，在GB50017规范中有规定。
如何由真实随机应力谱来确定∆σi和ni，工程上有不少简便的计数法。常用的有雨流计数法和水库计数法，它们是国际标准组织钢结构设计标准中推荐的方法。水库计数法作频谱分析的过程如图8-9所示。
尽管在高额残余拉应力的区域施加的应力循环完全在压力范围内时，仍可以使疲劳裂纹扩展，但是，裂纹扩展使残余拉应力得到足够释放后，就不会再发展。因此，国家规范规定：在应力循环中不出现拉应力的部位可不计算疲劳。
8.2.4 改善结构疲劳性能的措施
显然，改善结构疲劳性能应当从影响疲劳寿命的主要因素入手。钢材选用遵照GB 50017的规定，见第2章2.5.2节。除了正确选材外，最重要的是在设计中采用合理的构造细节，减小应力集中程度，从而使结构的尺寸由静力(强度，稳定)计算而不是由疲劳计算来控制。除此之外，在施工过程中，要严格控制质量，并采用一些有效的工艺措施，减少初始裂纹的数量和尺寸。当然，无论是为降低应力幅而增大截面尺寸，还是采用高韧性材料或加强施工质量控制，都会提高造价，须权衡轻重，力求最佳。
1.抗疲劳的构造设计
无论是从抗脆断或抗疲劳的角度出发，都要求设计者选择应力集中程度低的方案。应力集中通常出现于结构表面的凹凸处和截面的突变(包括孔洞造成的截面突变)处。因此在板的拼接中，能采用对接焊缝时就避免采用拼接板加角焊缝的方式。焊于构件的节点板宜有连续光滑的圆弧过波段，如图 8-l0(a)所示，圆弧半径不小于60mm。如果用梯形节点板加此圆弧过渡段，在表8-1中列为5类，而没有圆弧过度段的矩形节点板则为7类。前者的疲劳强度比后者高30％。如果节点板与构件的连接改为高强度螺栓，则既可免除过渡段加工的麻烦，又可改善疲劳性能。摩擦型高强度螺栓的连接在表8-1中列为2类，∆σ比7类高一倍多。但是要注意必须针对引起应力集中的实际原因来采取对策。如图 (8-10b)所示的圆弧过渡并不能有效地减小应力集中程度，因为在纵剖面1-1的截面突变处没有设置光滑过渡段，如果按纵剖面图上虚线所示，将厚度改成渐变，效果会显著得多。
应力不均匀亦可由不当的细部构造所
致。图8-11所示的梁柱焊接连接，如果在
构造上设置了虚线所示的横加劲肋，那么
可认为梁翼缘应力是均匀的，来进行疲劳
校核。反之，构造上未设置横加劲肋时，
由于柱翼线的变形，平截面假定不再成立，
不能把梁翼缘应力看作是均匀的。这种应
力不均匀的情形设计规范一般都不考虑，
应当用可靠的方法(如有限单元法)确定应
力分布，以应力峰值确定应力幅来进行疲
劳校核。显然，为避免繁重的计算，以设
置横加劲肋为好。在梁端板通过螺栓与柱
翼缘连接的情形，如果螺栓间距较大而端
板抗弯刚度不足时，类似问题亦可出现(如
图8-12所示) 。没有构造措施纠正这种状
况时，梁端截面的疲劳校核应当计及应力
集中系数ε=σmax/σp 。
要尽量避免多条焊缝相互交汇而导致高额残余拉应力的情形。尤其是三条在空间相互垂直的焊缝交于一点时，将造成三轴拉应力的不利状况。为此，如图 (8-13a)所示，在设计承受疲劳荷载的受弯构件时，常不将横向加劲肋与构件的受拉翼缘连接而保持一段距离。
一
般取50~100mm(见GB50017第8.5.6条) ，如果
是重级工作制吊车梁，则要求通过对加劲肋端部
进行疲劳校核来确定这段距离。对于连接横向支
撑处的横向加劲肋，可以把横向加劲肋和受拉翼
缘顶紧不焊，且将加劲肋切角，保持旗板与加劲
肋50~100mm不焊(见图8-13b所示)。
应力集中不可避免时，尽可能地将其设置于低应力区亦是抗疲劳构造设计的措施之一。采用多层翼缘的变截面焊接梁时，外层翼缘切断处的应力集中总是存在的。在图8-14中，A是理论切断点，按静力计算要求的切断点是B(长度L1按现行GB50017规范8.4.10条规定)。从疲劳校核的角度看，如果在B点处切断的应力幅不能满足，可以延伸长度L1到c点处切断(见图8-14a所示)，使得在c点处的应力幅满足疲劳校核的条件，此举显然要比增大梁截面可取。图8-14(b)中，是将焊缝延伸到按静力计算要求的B点后，改用摩擦型高强螺栓来传递层间剪力的方案。摩擦型高强螺栓抗剪连接具有较好的疲劳性能，可大大提高梁的抗疲劳能力。螺栓数量以传递翼板全部内力为原则来决定。在施工中，宜先安装高强螺栓，然后施焊纵向角焊缝。这种尽可能由强度计算而不是由疲劳校核来控制构件尺寸的思路应该渗透在结构设计中。
2.改善结构疲劳性能的工艺措施
除了冷热加工环节外，承受疲劳荷载的构件在运输、安装甚至于临时堆放的每一个施工环节都可能由于操作不当而造成构件疲劳性能的损伤。
例如，构件在长途运输中如果没有正确的支垫和固定，则由于振动可以诱发裂纹；安装现场在构件的受拉区临时焊接小零件，亦会增加构件的裂纹萌发源等。因此，在整个施工过程中对承受疲劳荷载的构件做好严格的质量管理是很有意义的。另外，在承受疲劳荷载的构件加工完毕后，可以采取一些工艺措施来改善疲劳性能。这些措施包括缓和应力集中程度、消除切口以及在表层形成压缩残余应力。
焊缝表面的光滑处理经常能有效地缓和应力
集中，表面光滑处理最普通的方法是打磨。打磨
掉对接焊缝的余高，在焊缝内部没有显著缺陷时，
可将疲劳强度由表8-2的3级提高到2级。打磨角
焊缝焊趾，可以改善它的疲劳性能。但是必须如
图8-15所示的正确打磨，把板磨去厚约0.5mm一
层。这是因为焊缝的趾部经常存在咬边形成的切
口，并且还有焊渣侵入。正确打磨应将这些焊接
缺陷除去，这样做虽然使钢板截面稍有削弱，影
响并不大。对于纵向受力角焊缝，可打磨它的端
部，使截面变化比较缓和。打磨后的表面不应存
在明显的刻痕。消除切口、焊渣等焊接缺陷，还可运用气体保护钨弧使角焊缝趾部重新熔化的方法。由于钨极弧焊不会在趾部产生焊渣侵入，只要使重新熔化的深度足够，原有切口、裂缝以及侵入的焊渣都可以消除，从而使疲劳性能得到改善。这种方法在不同应力幅情况下疲劳寿命都能同样提高。
残余压应力是抑止减缓裂纹扩展的有利因素。通过工艺措施，有意识地在焊缝和近旁金属的表层形成压缩残余应力，是改善疲劳性能的一个有效手段。常用方法是锤击敲打和喷射金属丸粒。其机理是：被处理的金属表层在冲击性的敲打作用下趋于侧向扩张，但被周围的材料所约束，从而产生残余压应力。同时，敲击造成的冷加工硬化也使疲劳强度提高，冲击性的敲打还使尖锐的切口得到缓减。梁的疲劳试验已经表明，这种工艺措施宜在构件安装就位后承受恒载工况下进行。否则，恒载产生的拉应力抵消残余压应力，削弱敲打效果。
钢结构的疲劳性能与寿命评估 钢结构的应用范围十分广泛，包括建筑、桥梁、船舶等领域。无论是在建筑物 的承重框架还是桥梁的梁、墩上，钢材都扮演着重要的角色。然而，长期的使用环境和外部荷载的作用会导致钢结构产生疲劳现象，进而缩短其寿命。因此，钢结构的疲劳性能与寿命评估成为了极其重要的课题。 首先，我们需要了解什么是钢结构的疲劳现象。疲劳是指在一定的循环载荷下，金属材料逐渐发生破坏的现象。这种疲劳破坏是由于周期性应力的作用而引起的，当这种应力超过了材料的疲劳极限时，就会发生疲劳断裂。随着时间的推移，疲劳裂纹会逐渐扩展，从而导致结构的失效。 其次，钢结构的疲劳性能与材料的特性密切相关。一般来说，低合金钢具有较 好的疲劳性能，能够承受较长时间的循环载荷。而高合金钢则由于其较高的硬度和脆性，容易产生裂纹并导致疲劳破坏。此外，不同的钢材在不同的应力水平下也会表现出不同的疲劳行为。因此，在评估钢结构的疲劳性能时，必须首先考虑材料的特性。 除了材料特性，结构的设计也对疲劳性能有着重要的影响。合理的结构设计可 以减少应力集中，改善载荷的分布，从而延长结构的寿命。例如，在桥梁的设计中，采用较长的跨度和适当的梁型可以减少桥梁的自重，降低荷载对结构的影响。此外，钢结构的连接方式和连接形式也会影响其疲劳性能。合适的连接设计可以有效地传递应力，减少疲劳破坏的风险。 不仅如此，环境条件也是评估钢结构疲劳性能的重要因素之一。例如，在海洋 环境中，钢结构会受到氯离子的侵蚀和大气湿度的影响，从而加速疲劳裂纹的扩展。因此，对于处于海洋环境中的钢结构，需要采用防腐措施和定期维护，以延长其使用寿命。
在评估钢结构寿命时，疲劳寿命评估是一个重要的方法。根据循环载荷的作用和材料的特性，可以通过疲劳试验和数值模拟来推断结构的疲劳寿命。疲劳试验通常采用应力循环加载的方法，通过观察试验样品的破坏形态和失效循环次数，来评估结构的疲劳性能和寿命。而数值模拟则可以通过建立结构的有限元模型，模拟循环载荷下的结构应力分布，从而预测结构的疲劳寿命。 在实际工程中，除了疲劳寿命评估，还需要进行定期的结构健康监测和维护。结构健康监测可以通过安装传感器、采集结构应变和振动等数据，来判断结构的疲劳状况和寿命剩余。通过监测数据的分析，可以及时发现结构的异常情况，并采取相应的维护和修复措施，以确保结构的安全可靠运行。 综上所述，钢结构的疲劳性能与寿命评估是一项重要的工作。通过了解钢材的特性、合理的结构设计、适应环境的防护措施以及定期的结构健康监测，可以有效延长钢结构的使用寿命，保障其安全运行。这不仅有助于节约资源和降低成本，还能够确保建筑物、桥梁等工程结构的安全可靠。因此，我们需要加强对钢结构疲劳性能与寿命评估的研究，不断提高结构的工程质量和可靠性。
欧标钢结构设计手册疲劳 一、疲劳荷载 1. 恒载：包括结构自重、附加荷载等，是钢结构设计中需要考虑的主要荷载之一。 2. 活载：包括楼面荷载、屋面荷载、雪荷载等，是钢结构设计中需要考虑的动态荷载之一。 3. 风载：包括风压、风速等，是钢结构设计中需要考虑的外部荷载之一。 4. 地震荷载：包括地震烈度、地震加速度等，是钢结构设计中需要考虑的地震荷载之一。 二、疲劳设计方法 1. 基于可靠度的设计方法：通过确定结构的可靠度指标，利用概率论和数理统计方法进行设计。 2. 基于断裂力学的设计方法：通过研究材料和结构的断裂行为，利用断裂力学原理进行设计。 3. 基于损伤力学的方法：通过研究材料和结构的损伤演化规律，利用损伤力学原理进行设计。 三、疲劳计算公式 1. 基于S-N曲线的疲劳计算公式：根据试件或结构的应力-寿命曲线（S-N 曲线），通过应力幅值和平均应力等参数计算疲劳寿命。 2. 基于Miner线性累积损伤理论的疲劳计算公式：根据试件或结构的应力-寿命曲线和循环次数，利用Miner线性累积损伤理论计算疲劳寿命。 3. 基于弹塑性理论的疲劳计算公式：通过弹塑性理论分析材料的应力应变关系，利用弹塑性理论计算疲劳寿命。 四、疲劳安全系数 1. 安全系数定义：在疲劳设计中，安全系数是指结构或构件在承受疲劳荷载时，能够保证结构或构件不发生破坏或失效的系数。 2. 安全系数确定：在欧标钢结构设计手册中，安全系数的确定通常采用以下两种方法：（1）根据结构或构件的重要性程度和所承受的荷载等级等因素进行确定；（2）根据结构或构件的实际试验数据和相关规范进行确定。
五、疲劳极限状态 1. 定义：疲劳极限状态是指结构或构件在承受疲劳荷载时，其最大应力值达到了材料所能承受的最大强度极限或屈服极限的状态。 2. 判断标准：在欧标钢结构设计手册中，通常采用以下两种方法来判断结构或构件是否达到了疲劳极限状态：（1）根据结构或构件的实际试验数据和相关规范进行判断；（2）根据结构或构件的应力-寿命曲线进行判断。 六、疲劳验算流程 1. 确定结构或构件的重要性和所承受的荷载等级等因素。 2. 根据结构或构件的实际试验数据和相关规范确定安全系数。 3. 根据结构或构件的应力-寿命曲线进行疲劳验算。 4. 根据验算结果采取相应的控制措施。 5. 对结构或构件进行定期的监测和检测。 七、疲劳控制措施 1. 优化结构设计：通过优化结构设计，降低结构或构件的应力幅值和平均应力等参数，从而延长结构或构件的疲劳寿命。 2. 提高材料性能：通过提高材料的抗疲劳性能和抗腐蚀性能等参数，从而延长结构或构件的疲劳寿命。 3. 加强维护管理：通过加强维护管理，定期对结构或构件进行检查、维修和更换等措施，从而延长结构或构件的疲劳寿命。 4. 采用先进技术：通过采用先进的检测技术和控制技术等措施，及时发现和处理结构或构件的疲劳损伤问题，从而延长结构或构件的疲劳寿命。 八、疲劳监测与检测 1. 监测目的：通过对结构或构件进行定期的监测和检测，及时发现和处理结构或构件的疲劳损伤问题，从而保障结构或构件的安全性和可靠性。 2. 监测方法：在欧标钢结构设计手册中，通常采用以下两种方法进行监测和检测：（1）无损检测方法：通过采用超声波、射线等无损检测技术对结构或构件进行定期的检测；（2）有损检测方法：通过采用钻孔取芯、切割取样等有损检测技术对结构或构件进行定期的检测。 九、疲劳监测与检测
第八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 1.定义 从宏观上讲，最近破坏的主要特征表现为断裂时伸长量极其微小，(例如生铁在单向拉伸断裂时为0.5%～0.6% )。如果结构的最终破坏是由于其构件的脆性断裂导致的，那么我们称结构发生了脆性破坏。对于脆性破坏的结构。几乎观察不到构件的塑性发展过程，往往没有破坏的预兆，因而破坏的后果经常是灾难性的。工程设计的任何领域，无一例外地度都要求避免结构的脆性破坏(如在钢筋混凝土结构中避免设计超筋梁)，其道理就在于此。 2.脆性断裂破坏分类 ①过载断裂：由于过载，强度不足而导致的断裂。这种断裂破坏发生的速度通常极高(可高达2100m/s),后果极其严重。在钢结构中，过载断裂只出现在高强钢丝束、钢绞线和钢丝绳等脆性材料做成的构件。 ②非过载断裂：塑性很好的钢结构件在缺陷、低温等因素影响下突然呈现脆性断裂。③应力腐蚀断裂：在腐蚀性环境中承受静力和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破坏成为应力腐蚀断裂。它是腐蚀和非过载断裂的综合结果。一般认为,强度越高则对应力腐蚀断裂越敏感。对于常见碳钢和低合金钢而言,屈服强度大于700Mpa时,才表现出对应力腐蚀断裂比较敏感。据一项1974年的调查报告称,我国铁路桥梁的高强度螺栓在十几年间约有五千分之一发生了应力腐蚀断裂。此后采用20MnTiB 钢和35VB代替40B钢,情况大有改善。 ④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破坏称为疲劳断裂。疲劳断裂有高周和低周之分。循环周数在10的5次方以上者称为高周疲劳,属于钢结构中常见的情况。低周疲劳断裂前的周数只有几百或几十次,每次都有较大的非弹性应变。典型的低周破坏产生于强烈地震作用下。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。 ⑤氢脆断裂：氢可以在冶炼和焊接过程中侵入金属造成材料韧性降低而可能导致的断裂。焊条在使用前需要烘干，就是为了防止氢脆断裂。 3.脆性断裂破坏的原因 ⑴焊缝缺陷的存在，使裂纹萌生的概率增大。 ⑵焊接结构中的数值可观的残余应力，作为初应力场，与荷载应力场的叠加导致驱动开裂的不利应力组合。 ⑶焊缝连接通常使结构的刚度增大，结构的变形，包括塑性变形的发展受到更大的限制。尤其是三条焊缝在空间相互垂直时。
钢结构设计中的疲劳强度考虑与分析 随着现代建筑工程的发展，钢结构设计在大型建筑项目中扮演着重要的角色。然而，在钢结构设计中，疲劳强度的考虑与分析却常常被忽略。本文将探讨钢结构设计中的疲劳强度问题，并提供一些解决方案。 钢结构由于其高强度、轻巧和可塑性等优点而广泛应用于建筑工程中。然而，由于其材料特性，钢结构容易受到疲劳损伤的影响。疲劳强度是指在重复加载下材料或结构所能承受的最大应力。如果在设计过程中未充分考虑疲劳强度，钢结构可能会因长期的重复加载而导致疲劳断裂，给工程项目带来巨大的安全隐患。 钢结构的疲劳强度问题主要包括两个方面：疲劳强度分析和疲劳寿命预测。疲劳强度分析是通过对结构进行计算和模拟，确定其在重复荷载下的疲劳强度。疲劳寿命预测则是根据疲劳强度分析的结果，估计结构在使用寿命内能够安全承受的荷载次数或年限。 在进行疲劳强度分析时，需要考虑材料的疲劳性能和结构的受力情况。钢材的疲劳性能可以通过实验来确定，例如进行疲劳试验，得到应力幅-寿命曲线和疲劳极限等参数。而结构的受力情况则需要通过有限元分析或使用计算公式等方法进行计算和模拟。在进行疲劳强度分析时，还需要考虑荷载频率、应力集中情况和环境温度等因素的影响。 疲劳寿命预测是根据疲劳强度分析的结果来估计结构的使用寿命。根据结构材料的疲劳性能和应力情况，可以使用各种方法来进行疲劳寿命预测，如线性累积损伤法、计数法和安全系数法等。其中，线性累积损伤法是最常见的方法，通过考虑结构在每个荷载循环下的应力幅与疲劳极限之间的关系，计算结构的寿命。 为了提高钢结构设计中的疲劳强度，可以采取一些预防措施。首先，需要充分考虑结构的工作环境和受力情况，避免应力集中和过载等情况。其次，可以采用疲劳寿命优化设计，通过改变结构的几何形状和材料厚度等参数，提高结构的疲劳寿
钢结构桥梁的疲劳性能与寿命评价 一、引言 随着交通事业的不断发展，桥梁作为重要的基础设施建设，承担着道路交通的重要任务。而桥梁的质量和安全性直接关系到交通运输的畅通和人民群众的生命财产安全。而在钢结构桥梁的使用过程中，疲劳问题是其使用寿命的主要限制因素之一。因此，研究钢结构桥梁的疲劳性能与寿命评价，对于提高钢结构桥梁的使用寿命和保障交通的安全具有重要意义。 二、疲劳性能的影响因素 疲劳问题是桥梁使用过程中的一个重要限制因素，因此了解疲劳破坏的机理和影响因素对于预防和控制疲劳斑纹的出现具有重要意义。目前，研究表明影响钢结构桥梁疲劳性能的因素较为复杂，主要包括以下几个方面。 1、荷载频率和振幅 荷载频率和振幅是导致钢结构桥梁疲劳破坏的主要因素之一。疲劳裂纹扩展速度随着荷载振幅的增加呈指数增长，荷载频率也会对钢结构桥梁疲劳性能产生一定的影响。 2、环境因素
环境因素是疲劳性能的重要影响因素之一。环境因素主要指外 部介质对钢结构桥梁的腐蚀和损伤，如氧化、水汽、钝化膜等， 使钢材的强度和韧性下降，加速桥梁的疲劳破坏。 3、结构形式和材料 结构形式和使用材料的差异也会直接影响钢结构桥梁的疲劳性能。结构的变形和应力分布不同，容易引起疲劳问题。同时，钢 材的品质和强度也会直接影响桥梁的使用寿命。在选择材料和施 工方式时需注意材料的质量和结构的合理性。 4、设计标准 合理的设计标准也是保障钢结构桥梁疲劳性能的一个重要因素。正常的设计标准会考虑到荷载频率、材料性能和结构形式等各方 面的问题，从而减少钢结构桥梁的疲劳应力。 三、评价方法 在疲劳性能的评价中，需要从以下几个方面进行评估： 1、疲劳裂纹扩展 疲劳裂纹扩展是钢结构桥梁疲劳性能评价的主要内容之一。可 以通过将裂纹扩展速率与材料的韧性和强度相对应来进行评估， 以此为依据进行判断。 2、疲劳计算
钢结构的特点与疲劳
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第一章绪论 钢结构是用钢板、型钢，通过焊缝、螺栓等方式连接而成的结构。 主要内容有材料、连接、基本构件和结构设计。 钢结构与钢筋混凝土结构、木结构和砌体结构都是工程结构的不同分支，它们之间有许多共性。例如，在结构体系、内力分析和设计程序等方面基本相同。但由于材料性质不同，因而钢结构在构件的截面形式、构件的计算方法、连接方法及构造处理方面与其它结构有很大的差别。钢结构内在的特性是由其原材料及构件的加工过程决定的，学习钢结构要注意它的特点。 §1.1我国钢结构的发展概况 我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。 钢结构是由生铁结构逐步发展起来的，中国是最早用铁制造承重结构的国家。远在秦始皇时代（公元前二百多年），就有了用铁建造的桥墩。以后在深山峡谷上建造铁链悬桥如四川大渡河桥，我国古代还建造了许多纪念性建筑，如山东济宁市的铁塔寺铁塔，镇江的甘露寺铁塔等，这些表明我国古代建筑和冶金技术方面的高度水平。 中国古代在金属结构方面虽有卓越的成就，但由于受到内部的束缚和外部的侵略，相当一段时间内发展较为缓慢。即使这样，我国工程师和工人仍有不少优秀设计和创造，如1927年建成的沈阳黄姑屯机车厂钢结构厂房； 1928～1931年建成的广州中心纪念堂圆屋顶； 1934～1937年建成的杭州钱塘江大桥等。 19世纪后半期开始发展起来的结构力学理论、扎制钢材的普及使“铁结构设计”发展 成了“钢结构设计”。 20世纪50年代后，钢结构的设计、制造、安装水平有了很大提高，建成了大量钢结构工程，有些在规模上和技术上已达到世界先进水平。如采用大跨度网架结构的首都体育馆（平面为矩形）、上海体育馆（平面为圆形）、深圳体育馆，大跨度三角拱形式的西安秦始皇陵兵马俑陈列馆，悬索结构的北京工人体育馆、浙江体育馆，高耸结构中的200m高广州广播电视塔、210m高上海广播电视塔、194m高南京跨江线路塔、325m高北京气象桅杆等，板壳结构中有效容积达54000m3的湿式储气柜等。 近期，随着钢结构设计理论、制造、安装等方面技术的迅猛发展，各地建成了大量的高层钢结构建筑、轻钢结构、高耸结构、市政设施等。如：位于上海浦东、420.5m高、88层、总建筑面积达28.7万m2的金贸大厦；总建筑面积达20万m2的上海浦东国际机场；主体建筑东西跨度288.4m、南北跨度274.7m、建筑高度70.6m、可容纳8万名观众的上海体育场；336m高、建于哈尔滨的黑龙江广播电视塔以及横跨黄浦江的南浦大桥、杨浦大桥等等。 96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用”变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。 97年新发布的《中国建筑技术政策》中强调要重点发展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件，要求扩大钢结构住宅的市场占有率。 当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的人才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关产业的发展，已成为建筑业发展的重要任务。
欧标钢结构设计手册疲劳 欧标钢结构设计手册中关于疲劳的部分，主要涵盖了疲劳设计的基本原理、疲劳强度计算、疲劳寿命预测以及疲劳强度增强措施等内容。在钢结构工程中，由于受到多次加载和变形，且加载程度低于静态屈服极限的作用，容易引起疲劳破坏，因此疲劳设计是非常重要的一个方面。下面将详细介绍欧标钢结构设计手册中关于疲劳设计的要点。 欧标钢结构设计手册强调了疲劳破坏与应力变化的关系。在实际工程中，由于交通荷载、风荷载和地震荷载等外部荷载作用下，结构中的应力会发生很大的变化，这种应力变化会导致结构的疲劳破坏。了解结构在不同荷载作用下的应力变化规律，对疲劳设计至关重要。 欧标钢结构设计手册还介绍了如何根据结构的设计寿命和荷载频率来计算结构的疲劳强度。疲劳强度的计算是通过应力范围和应力循环次数来确定的，通常采用叠加法和线性寿命规则进行计算。疲劳强度的计算还需要考虑到结构表面处理、焊接质量、应力集中和缺陷等因素，这些因素都会对结构的疲劳寿命产生影响。 欧标钢结构设计手册还提供了预测结构疲劳寿命的方法和相关的试验验证规定。通过试验，可以得出预期的疲劳寿命，进而对结构的疲劳安全性进行评估。在实际工程中，工程师可以根据这些信息来进行设计，并制定相关的维护和检验方案，确保结构在设计寿命内安全可靠地使用。 欧标钢结构设计手册还介绍了一些增强结构疲劳强度的措施，如采用高强度材料、提高焊接质量、减小应力集中等。这些措施将有助于延长结构的疲劳寿命，提高结构的安全性。 欧标钢结构设计手册中关于疲劳设计的内容非常丰富，覆盖了疲劳设计的基本原理、疲劳强度计算、疲劳寿命预测以及疲劳强度增强措施等方面。对工程师来说，深入了解这些内容，能够有效地指导钢结构的设计和施工，确保结构在使用过程中不会因疲劳破坏而造成安全隐患。
钢结构的疲劳分析与设计 钢结构是一种常用的建筑结构材料，其具有高强度、抗拉性能好等优点，并且可以灵活地构建各种形式的建筑。然而，在长期使用中，钢结构可能会出现疲劳破坏的问题，这对于结构的健康性和安全性都会产生重要影响。因此，疲劳分析与设计成为了钢结构领域中的关键问题。 1. 疲劳分析的概念与方法 疲劳是材料在交变载荷作用下，经过较长时间的反复加载下产生的损伤积累。疲劳分析是通过对结构受力状态和荷载频率的分析，来评估钢结构在实际使用中的疲劳寿命。常用的疲劳分析方法有应力幅分析法、应力范围分析法、等效应力法等。 2. 疲劳裂纹的形成与传播 疲劳裂纹是指材料在循环荷载作用下，由于疲劳损伤累积，最终导致裂纹的形成与扩展。疲劳裂纹的形成与材料的强度、应力状态、加载次数等因素密切相关。在钢结构的设计中，必须对裂纹的位置、长度以及裂纹扩展速率进行准确的评估，以保证结构的安全性。 3. 钢结构的疲劳强度评估 钢结构的疲劳强度评估是指通过对结构在实际荷载下的应力分析，确定其在设计寿命内能够承受的最大荷载。一般来说，钢结构的疲劳强度评估包括应力修正因子的计算、疲劳安全系数的确定等步骤，以保证结构在使用寿命内不会发生疲劳破坏。
4. 疲劳设计的方法与要求 疲劳设计是指通过在结构设计阶段考虑疲劳强度，避免结构在使用阶段出现疲劳破坏。在疲劳设计中，需要进行疲劳荷载的确定、疲劳寿命的计算、疲劳损伤的评估等工作。同时，还需要考虑结构的设计寿命、材料的选择与加工等方面的要求，以确保结构的安全性和可靠性。 5. 实例分析与改进 对于一些已经建成的钢结构，如果出现疲劳破坏的问题，需要进行实例分析与改进。通过对结构的应力分析、疲劳裂纹检测等工作，确定结构的疲劳寿命和破坏原因，进而采取相应的改进措施，如增加补强构件、调整荷载等，以提高结构的疲劳强度和使用寿命。 综上所述，钢结构的疲劳分析与设计是钢结构领域中重要的研究内容。通过对疲劳裂纹的形成与传播机理的了解，结合疲劳分析方法与设计要求，能够有效地评估结构的疲劳强度并进行相应的改进，以确保钢结构的安全可靠运行。在今后的工程实践中，钢结构的疲劳分析与设计将继续得到广泛的应用和研究。
钢结构的疲劳寿命和评估 疲劳是指物体在周期性加载下的循环应力作用下逐渐累积损伤的现象。钢结构广泛应用于建筑、桥梁、船舶等领域，而对于钢结构的疲劳寿命和评估，对于保障结构的安全性和可靠性具有重要意义。 一、疲劳寿命的含义和评估方法 疲劳寿命是指钢结构在不断受到循环应力作用下，能够保持结构完整性和性能的时间。钢结构的疲劳寿命评估方法目前主要有试验方法和计算方法两种。 试验方法是通过搭建实验模型，给予不同频率和幅值的循环载荷加载，测量应变和应力的变化，然后评估结构的疲劳寿命。试验方法的优势在于可直接观测和测量结构变形和受力情况，但其劣势是成本高昂且耗时较长。 计算方法是通过使用疲劳寿命的评估公式来预测结构的寿命。常用的评估公式包括极限应力幅值公式、应力周期计数公式和应变幅值公式。计算方法的优势在于成本较低且速度较快，但其劣势是需要可靠的材料性能数据和较为精确的工况分析。 二、影响钢结构疲劳寿命的因素 1.循环载荷频率和幅值：循环载荷频率和幅值是影响钢结构疲劳寿命的重要因素。载荷频率越高、幅值越大，结构的疲劳寿命就越短。
2.材料的疲劳性能：不同的钢材具有不同的疲劳寿命。一般情况下，高强度钢材的疲劳寿命较短，而低强度钢材的疲劳寿命较长。 3.构件的形状和尺寸：构件的形状和尺寸对钢结构的疲劳寿命也有 一定影响。一般情况下，形状复杂的构件疲劳寿命相对较短，而较为 简单的构件疲劳寿命相对较长。 三、钢结构疲劳寿命评估的重要性 评估钢结构的疲劳寿命对于工程设计、结构检测和维护具有重要意义。 1.工程设计：在钢结构的设计阶段，进行疲劳寿命评估可以帮助工 程师合理选择材料，优化结构形式和尺寸，预测结构的疲劳损伤，从 而提高工程的安全性和可靠性。 2.结构检测：定期对钢结构进行疲劳寿命评估可以帮助监测结构的 健康状况，及时发现潜在的疲劳问题，采取相应的维修和保养措施， 延长结构的使用寿命。 3.维护管理：钢结构的疲劳寿命评估结果可以作为维护管理的依据，合理安排维修和保养周期，提高维护管理的效益和准确性。 总结： 钢结构的疲劳寿命和评估是保障结构安全性和可靠性的重要环节。 通过疲劳实验和计算方法，我们可以对钢结构的寿命进行评估。影响 钢结构疲劳寿命的因素主要包括循环载荷频率和幅值、材料的疲劳性 能以及构件的形状和尺寸。评估钢结构的疲劳寿命对于工程设计、结
欧标钢结构设计手册疲劳 疲劳是影响钢结构安全性和耐久性的一个重要因素。在长期使用中，钢结构会受到反复的荷载作用，导致材料的内部产生微小裂纹，并逐 渐扩展至破坏。因此，研究和控制疲劳对于钢结构设计非常重要。欧 标钢结构设计手册提供了详细的疲劳分析和设计准则，旨在确保钢结 构的疲劳强度和可靠性。 1. 疲劳分析基础 在进行钢结构的疲劳设计之前，需要对其受力情况进行全面的分析。疲劳分析基础包括荷载谱分析、疲劳损伤积累和疲劳寿命评估。荷载 谱分析是通过对实际荷载的测量和分析，得到荷载时间历程，并进行 频域分析，确定其主要频率成分和振幅。疲劳损伤积累是指在一定的 时间内，由于荷载的反复作用，材料内部的裂纹不断扩展，直至破坏。疲劳寿命评估是通过计算疲劳寿命的方法，确定材料在特定荷载作用 下的耐久性能。 2. 疲劳试验和材料参数 欧标钢结构设计手册规定了疲劳试验的要求和方法，以获取钢材的 疲劳性能参数。试验包括疲劳强度试验、疲劳寿命试验和裂纹扩展试 验等。疲劳强度试验是通过施加不同的荷载谱，确定材料疲劳极限和 疲劳裂纹扩展速率。疲劳寿命试验是通过施加特定的荷载谱，确定材 料在一定应力幅下的疲劳寿命。裂纹扩展试验是为了确定裂纹扩展速率，可根据砂轮磨擦试验、盖板试验等方法来进行。通过这些试验， 在结构设计中可以更准确地评估材料的疲劳性能。
3. 疲劳设计准则 欧标钢结构设计手册制定了一系列疲劳设计准则，用于指导钢结构 在疲劳荷载下的设计。准则包括材料的疲劳极限和疲劳寿命、应力集 中系数、修正系数等。疲劳极限和疲劳寿命是根据试验数据和统计方 法得到的参数，用于确定特定荷载作用下的疲劳设计应力范围。应力 集中系数是考虑结构中应力集中点的存在，通过修正系数来估计疲劳 强度。修正系数包括尺寸系数、表面处理系数、载荷工况系数等，用 于提高疲劳设计的准确性和可靠性。 4. 疲劳分析软件和计算方法 为了更高效地进行疲劳分析和设计，欧标钢结构设计手册提供了多 种疲劳分析软件和计算方法。这些软件和方法以理论和经验为基础， 可以通过输入材料参数、荷载谱和结构几何特征等信息，进行疲劳强 度计算和寿命评估。同时，也可以通过这些软件和方法进行参数优化 和疲劳强度验证，提高钢结构设计的准确性和效率。 总结： 欧标钢结构设计手册对钢结构的疲劳设计提供了全面的指导和准则，包括疲劳分析基础、疲劳试验和材料参数、疲劳设计准则以及疲劳分 析软件和计算方法等。通过遵循这些准则，可以确保钢结构在长期使 用中具有良好的疲劳强度和可靠性，从而提高结构的安全性和耐久性。同时，疲劳设计也能有效地控制结构的维修和替换成本，为钢结构的 设计和施工带来巨大的经济效益和社会效益。
钢结构疲劳损伤评估与维护方案 钢结构在现代建筑和工程领域中扮演着重要的角色。然而，由于长期的使用和 外部环境的影响，钢结构往往会出现疲劳损伤，这对其可靠性和安全性构成了潜在的威胁。因此，进行疲劳损伤评估并制定相应的维护方案，成为确保钢结构长期可持续运行的重要手段。 一、疲劳损伤的评估方法 钢结构疲劳损伤评估的方法多种多样，其中之一是基于“应变值”的方法。这种 方法通过对结构中的应变进行监测和分析，提取应变的最大值、最小值以及变化幅值，进而计算出结构中的应力范围和疲劳损伤指标。此外，还可以通过无损检测技术，如超声波检测、磁粉探伤等，对钢结构进行缺陷检测和评估。这些方法可以帮助工程师们对钢结构进行综合评估，了解其疲劳损伤的情况，为维护工作提供依据。 二、疲劳损伤的类型 钢结构的疲劳损伤主要包括裂纹、变形和疲劳断裂等。其中，裂纹是最常见的 疲劳损伤形态。裂纹的出现和扩展会导致结构强度和刚度的下降，进而威胁整个结构的安全性。因此，我们需要及时监测和发现结构中的裂纹，并采取相应的维护措施。 三、钢结构疲劳损伤的原因 钢结构的疲劳损伤不仅与外部环境和荷载有关，还与钢材的物理和化学特性有 一定关系。对于外部环境的影响，气候变化、盐雾腐蚀等都可能加速钢结构的疲劳损伤。而荷载则是引起结构变形和应力集中的主要原因。因此，在设计和施工中，应该充分考虑这些因素，并采取相应的预防措施，以减少疲劳损伤的发生。 四、疲劳损伤的预防措施
为了预防钢结构的疲劳损伤，我们可以从以下几个方面入手。首先，在设计和施工阶段，应采用合理的结构形式和材料，以提高结构的抗疲劳性能。其次，定期进行结构的巡检和维护，及时发现和处理潜在的疲劳问题。同时，对于特定的工况和环境要求，可以采用防腐措施或者增加结构的耐久性，以减少疲劳损伤的风险。 五、疲劳损伤的修复和加固 如果钢结构已经发生疲劳损伤，我们需要采取相应的修复和加固措施。对于小型的裂纹，可以通过焊接、填充等方法进行修复。对于较大和严重的裂纹，则需要采用加固措施，例如增加加强板、加固支撑等，以恢复结构的强度和稳定性。六、钢结构疲劳损伤维护的意义 钢结构的疲劳损伤维护不仅关乎结构的安全性和可靠性，还与人们的生命财产安全直接相关。一旦钢结构出现严重的疲劳损伤，后果将不堪设想。因此，实施定期的疲劳损伤评估和维护工作，对于确保钢结构的持久运行至关重要。 七、发展趋势与技术创新 随着科技的不断进步，钢结构疲劳损伤评估与维护方案也在不断发展。目前，一些新型的无损检测技术，如红外热成像、激光超声等，正逐渐应用于钢结构的疲劳损伤评估中。这些技术的应用将提高评估的准确性和效率，为结构的维护提供更多的选择和便利。 八、结语 钢结构疲劳损伤评估与维护方案是保障结构安全和可靠性的重要环节。通过运用适当的评估方法，综合考虑各种因素，我们可以及时发现和处理钢结构中的疲劳损伤问题。同时，注意预防措施的落实和技术创新的应用，将进一步提高结构的耐久性和抗疲劳性能。我们相信，随着科学技术的不断发展，钢结构疲劳损伤维护工作将更加精确和高效，为我们创造更安全、可靠的建筑和工程。
高强度钢结构的疲劳行为与损伤分析高强度钢结构在现代工程领域中得到广泛应用，其具备较高的强度 和刚度，能够承受更大的荷载。然而，随着使用时间的增加，高强度 钢结构可能会出现疲劳行为和损伤。因此，对于高强度钢结构的疲劳 行为和损伤进行分析和评估，对于确保结构的安全和可靠性至关重要。 1. 疲劳行为分析 高强度钢结构的疲劳行为主要是由于外界引起的循环荷载作用下的 应力累积效应。较高的强度和刚度使得高强度钢结构在不同工况下的 循环荷载下也可以承受较大的应力变化。然而，长期受到循环荷载的 作用，会导致结构中微小缺陷或应力集中区域的损伤逐渐积累，最终 导致结构的疲劳破坏。 2. 疲劳损伤分析 疲劳损伤是高强度钢结构在长期循环荷载作用下产生的一种逐渐累 积的损伤形式。疲劳损伤通常表现为裂纹的产生和扩展，最终导致结 构的破坏。疲劳损伤的分析包括对结构的应力分析、疲劳寿命分析以 及损伤评估等。 2.1 应力分析 进行高强度钢结构的疲劳损伤分析首先需要进行应力分析。应力分 析可以基于静态加载和动态加载进行，以确定结构在不同工况下的应 力分布情况。通过有限元分析或实验测试，可以获取高强度钢结构在 不同工况下的应力数据。
2.2 疲劳寿命分析 疲劳寿命是指结构在疲劳循环荷载下能够承受的循环次数。疲劳寿 命分析是通过应力谱和S-N曲线分析来评估结构在不同循环荷载下的 疲劳寿命。通过疲劳试验和数值模拟等方法，可以预测高强度钢结构 在实际工程中的疲劳寿命。 2.3 损伤评估 当结构达到一定循环荷载次数后，疲劳损伤会逐渐积累，最终导致 结构的破坏。损伤评估是通过分析结构的疲劳寿命和累积损伤程度来 评估结构的安全性和寿命。通过裂纹扩展理论和应力强度因子等方法，可以定量评估结构的疲劳损伤程度。 3. 疲劳预防与控制 为了提高高强度钢结构的疲劳寿命和减少疲劳损伤，需要进行疲劳 预防与控制。 3.1 结构设计阶段 在结构设计阶段，应该考虑到结构在不同工况下的循环荷载，合理 选择钢材的强度等级以及采用适当的结构形式和连接方式，以提高结 构的疲劳寿命。 3.2 材料选择与处理 在选择高强度钢材料时，需要充分考虑其抗疲劳性能。材料的热处 理和表面处理等工艺措施也可以改善高强度钢结构的疲劳性能。
钢结构疲劳破坏的特点 钢结构是一种在建筑和工程领域中广泛应用的材料，具有高强度和耐久性。然而，长期使用和外部环境的影响会导致钢结构发生疲劳破坏。钢结构疲劳破坏的特点如下： 1. 循环加载引起的损伤：钢结构在使用过程中会受到循环加载的作用，例如交通载荷、风荷载等。这些循环加载会导致应力集中和应力变化，从而引起钢材中的微小损伤。这些微小损伤逐渐积累，最终导致疲劳破坏。 2. 无明显预兆：与其他破坏形式不同，钢结构的疲劳破坏往往没有明显的预兆。在结构表面通常无法观察到疲劳损伤的迹象，因此很难提前发现疲劳破坏的存在。 3. 隐蔽性：钢结构的疲劳破坏往往发生在结构内部，不易被观察到。疲劳损伤往往从结构的焊缝、孔洞、缺陷等处开始，逐渐向结构的其他部位扩展。由于隐蔽性，疲劳破坏往往在结构承载能力显著降低之前才被发现。 4. 疲劳裂纹的扩展：钢结构疲劳破坏的主要表现是疲劳裂纹的扩展。当钢结构受到循环加载时，应力集中会导致结构中的孔洞或缺陷处产生微小裂纹。这些裂纹会随着循环加载的重复作用而逐渐扩展，最终导致结构的失效。
5. 破坏突然性：钢结构的疲劳破坏往往是突然发生的，一旦疲劳裂纹扩展到临界尺寸，结构就会突然失效。由于疲劳破坏没有明显的预兆，因此很难预测疲劳破坏的具体时间和位置，这给结构的使用和维护带来了一定的困难。 钢结构疲劳破坏的特点决定了我们在设计和维护钢结构时需要采取一系列的措施来预防和延缓疲劳破坏的发生。首先，我们需要在设计阶段考虑到结构受到循环加载的情况，合理选择材料和结构形式，以提高结构的疲劳强度。其次，在结构的使用阶段，需要定期进行结构检测和维护，及时发现和修复可能存在的疲劳损伤。此外，对于一些特殊的应用场景，如桥梁和石油平台等，还需要采取更加严格的检测和维护措施，以确保结构的安全可靠性。 钢结构疲劳破坏具有循环加载引起的损伤、无明显预兆、隐蔽性、疲劳裂纹的扩展和破坏突然性等特点。了解和掌握这些特点，对于预防和延缓钢结构的疲劳破坏具有重要意义，可以提高结构的使用寿命和安全性。
钢结构疲劳验算 简介 钢结构是一种常见的建筑结构形式，具有高强度、刚性好、耐久性强等优点。然而，在长期使用过程中，钢结构可能会受到疲劳的影响，导致结构的损伤和失效。因此，进行钢结构的疲劳验算是非常重要的。 本文将介绍钢结构疲劳验算的基本概念、验算方法和实际应用，以帮助工程师更好地理解和应用疲劳验算技术。 1. 疲劳现象及其机理 1.1 疲劳现象 疲劳是指材料或结构在受到循环载荷作用下，经过一段时间后出现裂纹、变形或失效的现象。与单次载荷下的静态失效不同，疲劳失效通常是逐渐积累的过程。 1.2 疲劳机理 钢材在受到循环载荷作用下，会发生以下几个阶段： •起始阶段：由于应力集中等原因，在表面形成微小裂纹。 •扩展阶段：裂纹逐渐扩展，形成可见的裂纹。 •失效阶段：裂纹扩展至临界尺寸，导致结构失效。 2. 疲劳验算方法 2.1 应力幅值法 应力幅值法是最常用的疲劳验算方法之一。它基于应力水平和应力幅值之间的关系进行验算。 具体步骤如下： 1.确定结构受到的循环载荷。 2.计算结构在每个载荷循环下的应力幅值。 3.根据材料的疲劳性能曲线，确定应力幅值对应的寿命。 4.对所有循环进行累加，得到结构的预计寿命。 2.2 应变范围法 应变范围法是另一种常用的疲劳验算方法。它基于材料在循环载荷下产生的塑性变形进行验算。
具体步骤如下： 1.确定结构受到的循环载荷。 2.计算结构在每个载荷循环下的应变范围。 3.根据材料的疲劳性能曲线，确定应变范围对应的寿命。 4.对所有循环进行累加，得到结构的预计寿命。 2.3 应力时间历程法 应力时间历程法是一种更为精确的疲劳验算方法，它考虑了载荷的变化率和频率等因素。 具体步骤如下： 1.确定结构受到的循环载荷的时间历程。 2.将时间历程分解为若干个小时间段，在每个小时间段内计算应力幅值。 3.根据材料的疲劳性能曲线，确定应力幅值对应的寿命。 4.对所有小时间段进行累加，得到结构的预计寿命。 3. 实际应用 钢结构疲劳验算在工程实践中具有重要意义。以下是一些实际应用场景： 3.1 桥梁 桥梁作为承载交通载荷的重要结构，长期受到循环荷载作用。通过对桥梁结构进行疲劳验算，可以评估其使用寿命，并采取相应措施延长其寿命。 3.2 储罐 储罐是存储液体或气体的容器，常常需要经受变化循环荷载的作用。疲劳验算可以帮助确定储罐的寿命，以保证其安全使用。 3.3 风力发电机塔架 风力发电机塔架需要经受风载和旋转荷载的循环作用，因此疲劳验算对于确保其结构安全性至关重要。 结论 钢结构疲劳验算是一项重要的工程技术，它能够评估结构的寿命和安全性。本文介绍了疲劳现象、机理以及常用的疲劳验算方法，并探讨了其在实际工程中的应用。通过合理使用疲劳验算技术，可以延长钢结构的使用寿命，提高结构的安全性和可靠性。
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 ①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。 ②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 ③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。 ④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。 ⑤ 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P302 8.1.2脆性断裂的防止 构件不出现非过载脆性断裂的条件IC I K K ≤=σπα（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IC K ） 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4Omm ，按所处最低温度加40℃级别要求； 公路钢桥和吊车梁在翼缘板厚度超过 4Omm, 降低最低温度； 低温地区避免用厚度大的钢板，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
钢结构建筑疲劳破坏事故原因及改善措施 一、疲劳破坏的概念 疲劳间题最初是在1829年由法国采矿工程师尔倍特(W.A.J. Albert)根据他所做的铁链的重复载荷试验所提出的。1839年波客来持( Poncelet)肖先采用“疲劳“( Fatigue)一词来描述“在反复施加的载荷作用下的结构破坏现象”,但是以”疲劳”一词作为题目的第一篇论文是由勃累士畏( Braithwaite)于1854年在伦敦土木工程年会上发表的。在第二次世界大战中,发生了多起飞机疲劳失事事故,人们从一系列的灾难性事放中,逐渐认识到疲劳破坏的严重性。 金属结构的疲劳是工程界早已关注的问题。就金属结构而言,包括飞机,车辆等各类结构都在内的总体,大约80%-90%的装坏事故和疲劳有关。其中土建钢结构所占的比重虽然不大,但随着焊接结构的发展,焊接吊车梁的疲劳问题已十分普遍,受到了工程界人士的重视。目前,《钢结构设计规范》中已建立了疲劳验算方法,此方法对防止疲劳破坏的发生有重要作用。 钢结构的瘦劳破坏是指钢材或构件在反复交变荷载作用下在应力远低于抗控极限强度甚至屈服点的情况下发生的一种破坏。就断裂力学的观点而言,疲劳破坏是从裂纹起始,扩展到最终断裂的过程。 疲劳破坏与静力强度破坏是截然不同的两个概念。它与塑性破坏和脆性破坏相比具有以下特点： （1）疲劳破坏是钢结构在反复交变动载作用下的破坏形式,而塑性破坏和性破坏是钢结构在静载作用下的破坏形式。 （2）疲劳破坏虽然具有性破坏特征,但不完全相同。劳破坏经历了裂缠起始、扩展和断裂的漫长过程,而脆性破坏往往是无任何先兆的情况下瞬间突然发生。（3）就疲劳破坏断口面言,一般分为疲劳区和瞬断区(图1)。疲劳区记载了裂缝扩展和闭合的过程,颜色发暗,表面有较清楚的疲劳纹理,呈沙滩状或波纹状。瞬断区真实反映了当构件截面因裂缝扩展削弱到一临界尺寸时脆性断裂的特点,瞬断区晶粒粗亮。 二、疲劳破坏的影响因素分析
钢材的疲劳破坏 疲劳破坏的特征和定义：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。 钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐累积损伤、产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直到最后破坏，此现象称为疲劳（fatigue ）。按照断裂寿命和应力高低的不同，疲劳分为高周疲劳（high-cyclefatigue ）和低周疲劳（low-cyclefatigue ）两类。 高周疲劳的断裂寿命较长，断裂前的应力循环次数n^5^＞，断裂应力水平较低，因此也称低应力疲劳或疲劳，一般常见的疲劳多属于这类。 低周疲劳的断裂寿命较短，破坏前的循环次数n=102〜5X104,断裂应力水平较高，伴有塑性应变发生，因此也称为应变疲劳或高应力疲劳。 1常幅疲劳 钢材的疲劳一钢材在连续重复荷载作用下裂纹生成、扩展以致断裂破坏的现象。设计规范规定：循环次数N±5X104，应进行疲劳计算。 1.1循环应力的特征应力谱，应力比，应力幅，循环次数N P=min Q max 1.2 常幅疲劳－重复荷载的数值不随时间变化，所有应力循环内的应力幅保持常量。 A c =Q -Q maxmin
1.3A。与N的关系 A。越大，破坏时循环次数越少； A。越小，破坏时循环次数越多。 ■破坏时循环次数越少，说明越大; ■破坏时循环次数越多，说明越小。
第一章绪论 钢结构是用钢板、型钢，通过焊缝、螺栓等方式连接而成的结构。 主要内容有材料、连接、基本构件和结构设计。 钢结构与钢筋混凝土结构、木结构和砌体结构都是工程结构的不同分支，它们之间有许多共性。例如，在结构体系、内力分析和设计程序等方面基本相同。但由于材料性质不同，因而钢结构在构件的截面形式、构件的计算方法、连接方法及构造处理方面与其它结构有很大的差别。钢结构内在的特性是由其原材料及构件的加工过程决定的，学习钢结构要注意它的特点。 §1.1我国钢结构的发展概况 我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。 钢结构是由生铁结构逐步发展起来的，中国是最早用铁制造承重结构的国家。远在秦始皇时代（公元前二百多年），就有了用铁建造的桥墩。以后在深山峡谷上建造铁链悬桥如四川大渡河桥，我国古代还建造了许多纪念性建筑，如山东济宁市的铁塔寺铁塔，镇江的甘露寺铁塔等，这些表明我国古代建筑和冶金技术方面的高度水平。 中国古代在金属结构方面虽有卓越的成就，但由于受到内部的束缚和外部的侵略，相当一段时间内发展较为缓慢。即使这样，我国工程师和工人仍有不少优秀设计和创造，如1927年建成的沈阳黄姑屯机车厂钢结构厂房； 1928～1931年建成的广州中心纪念堂圆屋顶； 1934～1937年建成的杭州钱塘江大桥等。 19世纪后半期开始发展起来的结构力学理论、扎制钢材的普及使“铁结构设计”发展 成了“钢结构设计”。 20世纪50年代后，钢结构的设计、制造、安装水平有了很大提高，建成了大量钢结构工程，有些在规模上和技术上已达到世界先进水平。如采用大跨度网架结构的首都体育馆（平面为矩形）、上海体育馆（平面为圆形）、深圳体育馆，大跨度三角拱形式的西安秦始皇陵兵马俑陈列馆，悬索结构的北京工人体育馆、浙江体育馆，高耸结构中的200m高广州广播电视塔、210m高上海广播电视塔、194m高南京跨江线路塔、325m高北京气象桅杆等，板壳结构中有效容积达54000m3的湿式储气柜等。 近期，随着钢结构设计理论、制造、安装等方面技术的迅猛发展，各地建成了大量的高层钢结构建筑、轻钢结构、高耸结构、市政设施等。如：位于上海浦东、420.5m高、88层、总建筑面积达28.7万m2的金贸大厦；总建筑面积达20万m2的上海浦东国际机场；主体建筑东西跨度288.4m、南北跨度274.7m、建筑高度70.6m、可容纳8万名观众的上海体育场；336m高、建于哈尔滨的黑龙江广播电视塔以及横跨黄浦江的南浦大桥、杨浦大桥等等。 96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用”变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。 97年新发布的《中国建筑技术政策》中强调要重点发展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件，要求扩大钢结构住宅的市场占有率。 当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的人才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关产业的发展，已成为建筑业发展的重要任务。