大学本科《钢结构设计原理》课件 第2章钢结构材料.ppt

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1、钢结构的材料第二章一、概念1、循环荷载——结构或构件承受的随时间变化的荷载。PP11A1-1A§2.6钢材的疲劳（1）应力循环（2）应力循环特征—应力比ρ--构件截面应力随时间的变化。（3）应力幅在循环荷载作用下，应力从最大到最小重复一次为一次循环，最大应力与最小应力之差为应力幅:为常量常幅循环：为变量变幅循环：+σ-σt(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

2、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）”。当名义循环应力为拉应力，焊缝附近的应力为屈服强度。（2）应力幅（Δσ）和应力循环特征（应力比ρ）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σm

3、ax和应力比ρ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(σmax和σmin关系曲线)。当ρ=0和ρ=-1时的疲劳强度分别为σ0和σ-1，连接BC并延长至A、D。非焊接结构的疲劳图DA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：DA非焊接结构的疲劳图（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

4、，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。0NX105N1N2fy123456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Δσ与相应的致损循环次数N的关系曲线，按试验数据回归的Δσ-N曲线为

5、平均曲线(图a)，取对数坐标(图b)。1.容许应力幅[Δσ]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。Δσ-N曲线(a)0N式中：β--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。(b)0N=5×104N=5X106............b1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lgΔσ为正态分布时，保证率为97.7%。下限值的直线方程为：此时的Δσ即为容许应力幅：式中：

6、系数β、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。2S2S(b)0N=5×104N=5X106............b12.疲劳强度计算式中：Δσ--计算部位的应力幅；对于焊接部位:Δσ=σmax-σmin；对于其他部位：Δσ=σmax-0.7σmin(折算应力幅）。σmax、σmin--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σσm

7、axσmin0t—欠载效应系数。重级工作制硬钩吊车1.0；重级工作制软钩吊车0.8；中级工作制吊车0.5。--循环次数N=2X106的容许应力幅。式中：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σmax=140N/mm2,σmin=-10N/mm2和σmax=10N/mm2,σmin=-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，常有疲劳破坏的实例，但规范没有规

8、定，应予补充。思考:一、钢的种类1、碳素结构钢（GB/T700-88）---低碳钢牌号Q235--质量等级（A、B、C、D）浇注方法（F、Z、Tz）A--保证fu、fy、δ，P、S含量B--保证fu,fy,δ,冷弯，常温时Cv，P，S，C含量；C--保证fu,fy,δ,冷弯,0oC时Cv，P，S，C含量;D--保证fu,fy,δ,冷弯,-20oC时Cv，P，S，C含量;§2.7钢材的种类和规格2.低合金钢(GB/T1591-94)GB/T1