钢结构疲劳计算

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1、§6－5钢结构构件及其连接的疲劳计算由于钢结构构件的焊缝附近存在残余应力，交变应力中的最大工作应力（名义应力）和残余应力叠加后，得到的实际应力往往达到材料的屈服极限ss，不能再按交变应力中的最大工作应力建立疲劳强度条件。试验结果表明，焊接钢结构构件及其连接的疲劳寿命由应力幅控制。8/19/20211Ⅰ.常幅疲劳（应力幅为常量）在常温,无腐蚀环境下常幅疲劳破坏试验表明：发生疲劳破坏时的应力幅Ds与循环次数N（疲劳寿命）在双对数坐标中的关系是斜率为−1/b，在lgDs轴上的截距为lg(a/b)的直线，如图所示

2、。其表达式为（6－5a）或写成（6－5b）式中，b,a为有关的参数。lgΔslgΔs1lgΔs2lgN1lgN2lgN1b8/19/20212引入安全因数后，得许用应力幅为（6－6）式中，C,b是与材料、构件和连接的种类及受力情况有关的参数。钢结构设计规范中，将不同的受力情况的构件与连接分为8类（书表6－2）。表6－1中给出了Q235钢8个类别的C，b值。疲劳强度条件为（6－7）8/19/20213例6－9一焊接箱形钢梁，在跨中截面受到Fmin=10kN和Fmax=100kN的常幅交变荷载作用，跨中截面对

3、其水平形心轴z的惯性矩Iz=68.5×10-6m4。该梁由手工焊接而成，属4类构件，若欲使构件在服役期限内，能承受2×106次交变荷载作用。试校核其疲劳强度。8/19/202142.确定[Ds]，并校核疲劳强度显然从表中查得C=2.18×1012，b=3，解：1.计算跨中截面危险点（a点）的应力幅8/19/20215Ⅱ.变幅疲劳（应力幅不是常量，如图）若以最大应力幅按常幅疲劳计算，过于保守。当应力谱已知时，可用线性累积损伤法则，将变幅疲劳折算成常幅疲劳。每个应力幅水平都形成疲劳损伤，同一应力幅水平，每次循

4、环的损伤相同（线性损伤），将所有损伤累积，当其到达临界值时发生疲劳破坏。(1)线性累积损伤法则8/19/20216DsDs1DskDsiNkNiN1N将Ds划分为Ds1…Dsi…Dsk。根据应力谱统计在服役期内每个应力幅水平的实际循环次数，记为n1…ni…nk。并测定每个应力幅水平的疲劳寿命，记为N1…Ni…Nk。每一应力循环的损伤为，1/N1…1/Ni…1/Nk，服役期内总的损伤为8/19/20217疲劳破坏条件为（1）若变幅疲劳与常幅疲劳在双对数坐标中有相同的曲线。则变幅疲劳中任一级应力幅水平均有（2

5、）设想有常幅Dse作用Sni次，使构件产生疲劳破坏，有（3）式中，Dse为等效应力幅。(2)将变幅疲劳折算成等效的常幅疲劳8/19/20218（4）（6－9）式中，分子中的ni为应力水平为Dsi时的实际循环次数，分母中的Sni为预期使用寿命。疲劳强度条件为（6－8）得将（4）式代入（3）式，得把（2）式代入（1）式，第六章完8/19/20219