1、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,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
2、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
3、次数N5104，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-
4、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
5、他部位：=max-0.7min(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，常有疲劳破坏的实例，但规范没有规定，应予补充。,思考:,
