1、第二章 钢结构的材料 (Mechanical properties of structural steel)2-1 概述 (Introduction) 2-2 钢材的生产 (Production) 2-3 钢材的主要性能 (Main mechanical properties) 2-4 各种因素对钢材性能的影响(Effects of factors of steels microstructure and composition and environmental conditions) 2-5 钢材的疲劳 (Fatigue) 2-6 建筑钢的种类、规格和选用(Types, specifica
2、cions and selection ),本章学习要点(Key points in Ch2)了解钢材的生产过程(Production procedure)和组织构造(Microstructure)，钢材的种类(types)、规格(Specificacions)及选用原则(selection principle)； 掌握钢材的主要性能要求(Main mechanical requirements)，以及各种因素对钢材性能(behaviors)的影响(effect) 。,2.1 概述(Introduction) 钢结构钢材须满足的基本要求(structural steels basic reqi
3、urements)： 较高的强度(high strength)fy高可以减小截面，从而减轻自重，节约钢材，降低造价。fu高可以增加结构的安全保障。(a higher fy leads to smaller section and decrease the weight, reduce the cost; a higher fu enhances the security and reliability) 有很好的塑性和韧性，即足够的变形能力(better plasticity and toughness or ductility, i.e. better deformation resista
4、nce) 良好的制造加工性能（冷、热加工、可焊性）(easy to be mashined and manufactured cold-formed, hot-rolled, weldability),2.1 概述(Introduction) 钢结构钢材须满足的基本要求(structural steels basic reqiurements)： 特殊工作条件下的某些特有性能(special structural steel) 。如低温(low temperature)、有害介质(corrosive action)及疲劳(fatigue)等。根据以上各项要求，钢结构规范(Structurall
5、 steel design codes)（GB50017-2003）推荐用钢：规范推荐承重结构宜采用普通碳素钢(carbon structural steel)Q235钢和低合金结构钢(low alloy structural steel)Q345钢、Q390钢及Q420钢。,2.2 钢材的生产 2.2.1 钢材的冶炼(smelting and refining)包括炼铁(puddling)、炼钢(steel-making)和轧制(rolling)三道工序1.炼铁(puddling)2.炼钢(steel-making) 转炉钢(convertor steel)质量较差，杂质含量较多。空气底吹转
6、炉钢质量甚差，国内已不生产。空气侧吹转炉钢质量略差，各项性能不如氧气顶吹转炉钢。氧气顶吹转炉钢有害元素少、杂质少、纯洁度高；质量和加工性能都接近平炉钢；生产效率高，成本低，投资省，建厂快。 平炉钢原料广泛，容积大，广量高，冶炼工艺较简单，钢材质量 优良，化学成分稳定（偏析度小），机械性能可靠，能冶炼各种用途的钢。缺点为生产成本高，建厂规模大，工期长，投资大。 电炉钢(electric steel)质量最好，成本最高，土建少用。,转炉炼钢,平炉炼钢,电弧炉炼钢,3.钢材的浇注(steel casting)和脱氧(deoxidation) 脱氧剂Mn、Si等 沸腾钢用Mn脱氧，不充分，质量不好，成
7、本低。 镇静钢除锰外，还用硅和铝为脱氧剂，脱氧完全，质量好，成本高。 半镇静钢介于沸腾钢和镇静钢之间。,2.2.2 钢材的组织构造(Microstructure)和缺陷(defects),1. What is microstructure? “组织结构”,晶格示意图(crystal structure),体心立方晶格,面心立方晶格,密排六方立方晶格,片状珠光体（1000倍）,针状和块状铁素体（100倍）,2. 缺陷(Defects and imperfection),钢结构的缺陷类型(defects and imperfection types) 1.钢材的先天性缺陷化学成分缺陷(Chemic
8、al composition)（2.4.1小节）冶炼(smelting and refining)、铸造(foundry)和轧制(rolling)缺陷 2.钢构件的加工制造缺陷(machining and fabrication) 3.钢结构连接缺陷(connection) 4.钢结构运输、安装和使用维护中的缺陷(transportation, installation and erection, maintenance),铸锭方框偏析,铸锭断面气孔分布状况示意图 (a)表面气孔 (b)皮下气孔 (c)内部满面气孔 (d)内部缩松气孔,(a),(b),(c),(d),2.2.3 钢材的加工(m
9、achining and forming) 1.热加工(hot-forming)适宜的温度控制范围：1150-1300 (why?)作用:改善钢材的力学性能(improve mechanical behaviors) （钢材强度按厚度分组，附录1）各向异性增大，且易出现分层现象(lamination)。 2.冷加工（冷轧、冷弯、冷拔，切削等）(cold-forming:cold-rolled,cold-bending,cold-drawing,cutting)影响：冷作硬化（应变硬化）(cold-hardening,strain-hardening)尽量避免。 3.热处理（退火、正火、淬火和回
10、火） (heat treating: annealling, normalizing,quenching, tempering)作用(function)：改善钢材性能。 (why?),退火和正火改善组织以提高钢的机械性能 其操作方法为：在炉中钢材加热保温一段时间后，随炉温冷却至500以下，再放至空气中冷却的工艺称为完全退火 若保温后从炉中取出在空气中冷却的工艺称为正火。正火的冷却速度比退火快，强度和硬度有所提高 低温退火，主要用来消除铸件、热轧件、锻件、焊接件和冷加工件中的残余应力 淬火：工艺是将钢件加热到900以上，保温后快速在水中或油中 冷却。增加了钢材强度和硬度，使塑性和韧性降低 回火：
11、工艺将淬火后的钢材加热到某一温度进行保温，而后在空气中冷却。消除残余应力，调整强度和硬度，减少脆性，增加塑性和韧性，形成较稳定的组织。 通常称淬火加高温回火的工艺为调质处理。强度较高的钢材，如Q420中的C、D、E级钢和高强度螺栓的钢材都要经过调质处理。,热轧车间,冲压设备(punching equipment),2.3 钢材的主要性能(Mechanical behaviors),工程材料的性能 (Performance ofEngineering Materials),使用性能 (Service performance),力学性能(mechanical behavior) 物理性能(phys
12、ical property) 化学性能(chemic property),工艺性能 (processing property),表征钢材在给定外界条件下的行为即钢材在各种作用下所表现出来的各种特性。如弹性、塑性、韧性和强度等性能(elasticity, plasticity, toughness, strength)，称为力学性能(mechanical behavior)。,钢材的性能,铸造性 (castability) 可锻性(forgeability) 可焊性(weldability) 切削加工性(machinability) 热处理性 (heat-treatability),2.3.1
13、钢材的破坏形式 (Failure modes),塑性破坏(plastic failure) 特征：破坏前有明显的塑性变形，破坏过程长，断口发暗，可以采取补救措施。 脆性破坏 (brittle failure) 特征：坏前没有明显的变形和征兆，破坏时的变形远比材料应有的变形能力小，破坏突然，断口平直、发亮呈晶粒状，无机会补救。 组织结构和外部工作条件决定破坏形式。,2.3.2 钢材在单向一次拉伸下的工作性能(behavior under uniaxial tensile load),拉伸试验机 (tensile testing machine),液压式万能电子材料试验机,条件(test cond
14、itions)：标准试件(standard specimen)（GB22863），常温（20）下缓慢加载，一次完成。含碳量为0.1%0.3%。标准试件：lo/d=5、10；lo-标距； d -直径(diameter),A.有屈服点(yield point)钢材-曲线可以分为五个阶段：,(1)弹性阶段(elasticity)(OF段),OA段材料处于纯弹性，即:,AF段有一定的塑性变形, 但整个OF段卸载 时，=0；E=206103N/mm2,（2）弹塑性阶段(elasto-plasticity)（FB)该段很短,表现出钢材的非弹性性质;,（3）塑性阶段 (plasticity)（BCD)该段基
15、本保持不变（水平), 急剧增大,称为屈服台阶或流幅段,变形模量E = 0，,B屈服上限(maximum yield); C屈服下限minimum yield(屈服点),（4）强化阶段(DE段)(strain hardening),极限抗拉强度fu (ultimate tensile strength),（5）颈缩阶段(EG段)(necking),随荷载的增加缓慢增大,但增加较快,单向拉伸时钢材的几个重要机械性能指标(mechanical indexes),（1）屈服点屈服强度fy (yield piont)-应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力，它是衡量钢材的承载能力(load carry
16、ing capacity)和确定钢材强度设计值的重要指标。,（2）抗拉强度fu (tensile strength) -应力应变曲线最高点对应的应力，它是钢材受拉时所能承受的极限应力(stress limit or ultimate stress)。,强度(strength)钢材抵抗破坏的能力。钢材强度有屈服强度fy 和抗拉强度fu(yield strength and tensile strength)。,强度、塑性和韧性、良好的加工性能、特殊性能(strength, elasticity, plasticity,ductility and better machinability),（3）
17、伸长率(rate of elongation),（4）断面收缩率(contraction of cross-sectional area),它是衡量钢材断裂前塑性变形能力的重要指标。,当l0/d=5时，用5表示，当l0/d=10时，用10表示。,同单向拉伸时的性能，屈服点也相差不多。,（1）受压时的性能(compression),采用短试件l0/d=3, 屈服点同单向拉伸时的屈服点。,（2）受弯时的性能(bending),（3）受剪时的性能(shear),抗剪强度可由折算应力计算公式得到：,其它受力状态下的力学性能(mechanical behaviors at different stres
18、s state),应力-应变曲线的简化(simplified stress-strain curve),（1）钢材可以简化为理想弹塑性体(ideal elasitic-perfectly plasticity),O,fu,fy,fu-fy,0.15%,22%,（2）钢材在静载作用下(static load)：强度计算以fy为依据;fu为结构的安全储备。,（3）断裂(fracture)时变形约为弹性变形的200倍，在破坏前产生明显可见的塑性变形，可及时补救，事故几乎不可能发生。,屈强比 fy /fu (yield ratio),O,fu,fy,fu-fy,0.15%,22%,2.3.3 钢材的其
19、它性能(supplementary properties),1、冷弯性能(cold-formed behavior),衡量钢材塑性变形能力和冶金质量优劣的综合指标。(a general index to grade structral steels plasticity and metallurgical quality),冷弯性能是指钢材在冷加工（常温下）产生塑性变形时，对产生裂纹的抵抗能力。,http:/ toughness/ductility,notch toughness),冲击韧性是衡量钢材在冲击荷载作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。,(a)梅
20、氏U型缺口 (b)夏比V型缺口,由试件断裂吸收的能量Cv来衡钢材的冲击韧性，单位：J。Cv受温度的影响,冲击韧性不但与钢材质量、试件缺口状况和加载速度有关；且受温度、特别是负温的影响较大,与钢板厚度也有关(steels properties, notch shape, loading rate, ambiet temerature, especially negative temperature and steels thickness) 。,冲击试验机(impact tester),3.可焊性(weldability),可焊性是指在一定的焊接工艺和结构条件下(a certain weldin
21、g procedure and structurral details)，钢材经过焊接后能够获得良好的焊接接头的性能。,钢材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影响(carbon and alloy content)。碳含量在0.12-0.20范围内的碳素钢，可焊性最好。碳含量再高可使焊缝和热影响区变脆。,补充：钢材性能的鉴定根据钢结构工程施工质量验收规范(GB502052001)的规定，对进入钢结构工程实施现场的主要材料需进行现场验收，即检查钢材的质量合格证明文件、中文标识及检验报告，确认钢材的品种、规格、性能是否符合现行国家标准和设计要求。(inspect certification for
22、acceptable quality, Chinese identifications and inspectin report, guaranteeing the types, specificacions and performance of steel to meet national standards and design requirement)。,o,Z,X,Y,单元体受复杂应力 （应力分量）,单元体受主应力,2.3.4钢材在复杂应力状态下的屈服条件(under complex stress),2.3.4钢材在复杂应力状态下的屈服条件(under complex stress),
23、）材料由弹性转入塑性的强度指标用变形时单位体积中积聚的能量来表达；,）当复杂应力状态下变形能等于单轴受力时的变形能时，钢材即由弹性转入塑性。,在复杂应力状态作用下，钢材由弹性状态转变为塑性状态（屈服）的条件，可以用折算应力(reduced stress) szs和钢材在单向应力(uniaxial stress)状态时的屈服点fy相比较来判断。,1.以应力分量表示(expressed by stress components),2.以主应力表示(expressed by principal stress),材料处于弹性状态(elasticity),材料处于塑性状态(plasticity),讨论(
24、Discussions)：,（1）三向受压时(静水压力)(hydraulic pressure)不破坏;,（2）三向受拉时 一定破坏;由于三向受拉限制了材料的塑性(plasticity)发展，材料要发生脆性破坏(brittle failure)。能量理论所得的公式只适用于塑性材料，因此形 式上的不破坏与实际的脆性破坏是不矛盾的， 只是实际的脆性破坏不再符合能量理论的基本假定。,图示简支梁(simply supported beam)1-1截面腹板(web plate)与翼缘(flange plate)交界A点的应力,1-1,A,对于薄板，厚度方向的应力很小，为平面受力状态。,P,P,1,1,A
25、,x,V,y,1-1,A,一般的梁，只存在正应力(normal stress)和剪应力(shear stress)，则：,2-2,A,V,M,2,2,A,Y,X,q,P,M,V,P,3,3,Y,X,M,3-3 截面仅有剪力(shearing force)，弯矩(moment)、局部压力(local pressure)均为零，故该截面除剪应力(shear stress)外，正应力(normal stress)均为零，即为纯剪状态(pure shear)。,3-3,A,2.4 各种因素对钢材性能的影响,决定钢材机械和加工工艺等性能的主要因素是钢材的化学成分及其微观组织结构(chemical com
26、position, microstructure)，与钢材的冶炼、浇注、轧制等生产工艺过程也有密切的关系(smelting, casting, rolling)。此外，钢结构的加工、构造、尺寸、受力状态、及其所处的环境温度等对其钢材的机械性能也有重要的影响(machining, structural details, dimensions, stress state, and ambient temperature)。,2.4 各种因素对钢材性能的影响,2.4.1 化学成分(chemical composition)普通碳素钢(common carbon steel)中Fe占99%，其他杂质元
27、素占1%；普通低合金钢(common low alloy steel)中合金元素5%。1. 碳（C）(carbon)：钢材强度的主要来源，随其含量增加，强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。 一般控制在0.22%以下， 在0.2以下时，可焊性良好(strength, plasticity, weldability and corrosion resistance)。,2.硫（S）(sulfur)：有害元素(hazardous and unwanted element)，800-1000,钢材变脆可引发热裂纹，“热脆”(hot brittle)。降低韧性、疲劳强度、抗锈蚀性能和焊接性能(
28、toughness, fatigue strength, resistance to rust and weldability)。不得超过0.05%。3.磷（P）(phosphor)：有害元素，低温“冷脆”(cold brittle)。强度和抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。不得超过0.045%。4.锰（Mn）(manganese)：有益合金元素(helpful)。弱脱氧剂(deoxidizing agent)，提高强度，消除热脆（与S形成MnS，熔点1600）并改善冷脆。但对焊接性能不利。5.硅（Si）(silicon)：有益元素，强脱氧剂。硅可细化晶粒，提高强度而不显著影响塑性、韧性、冷弯性
29、能及可焊性。过量时恶化可焊性及抗锈蚀性。6.钒（V）(vanadium)、铌（Nb）(niobium)、钛（Ti）(titanium)：合金元素。细化晶粒（碳化物具有高温稳定性），提高强度和韧性，又可保持良好的塑性。适用于受荷较大的焊接结构。,7.铝(A1)(aluminium)、铬(Cr)(chrome)、镍(Ni)(nickel)：铝是强脱氧剂（补充脱氧，进一步减少有害氧化物）。能细化晶粒，提高强度和低温韧性(low-temperature toughness)。铬和镍是提高钢材强度的合金元素，用于Q390钢和Q420钢。 8.铜（Cu）(copper)等：合金元素。提高抗锈蚀性，提高强度
30、，对可焊性有影响。 9.氧（O）(oxygen)：有害杂质，与S相似。 10.氮（N）(nitrogen)：有害杂质，与P相似。但可与合金组分匹配，提高强度和抗腐蚀性。,11.氢（H）(hydrogen)：原子态的过饱和氢时 将降低韧性, 引起“氢脆”(hydrogen brittleness)。当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹(microcrack)，其内壁为白色，称白点或发裂。,2.4.2 钢材的焊接性能(welding performance)1.化学成分(chemical composition)对焊接性能的影响：含碳量和合金元素含量(carbon content
31、 and alloy content)适宜的含碳量范围：0.12-0.20适合焊接使用的碳素钢(carbon steel)：Q235B、C、D高强低合金钢(high-strength low alloy steel)中合金元素对可焊性不利，建筑钢结构焊接技术规程推荐使用碳当量来衡量其可焊性。2.其他因素：母材厚度、焊接方法、焊接工艺参数以及结构形式等(base metals thickness, welding method, welding condition and structural details)。3.焊接性能的检验方法：可焊性试验。,2.4.3 钢材的硬化(hardening),
32、1.时效硬化(age-hardening)随时间的增长，碳和氮从晶体(crystal)中析出生成碳化合物和氮化物(carbonide and nitride)，会约束铁素体(ferrite)发展塑性变形的现象。强度提高，韧性和塑性降低，也成“老化”。 2.冷作硬化(cold hardening)在冷加工使钢材产生较大的塑性变形，或当荷载超过材料比例极限(proportional limit)卸载(unloading)后，出现残余变形(residual deformation)，再次加载则比例极限（或屈服点）提高的现象，也称“应变硬化”(strain hardening)。 3.应变时效硬化(s
33、train-age hardening)钢材产生塑性变形后，碳、氮化合物更易析出，即使已经冷作硬化的钢材又发生时效硬化的现象，称为“应变时效硬化”。由此提出“人工时效”(artificial aging)。冷加工要避免硬化（如剪切和冲孔）。,2.4.4 应力集中和残余应力的影响(stress concentration,residual stress),1.应力集中的概念(stress concentration )指由于构件表面不平整，或有刻槽(notch groove)、缺口(notch)、孔洞(hole)、截面突变(abrupt change of cross-section)，以及钢材
34、内部缺陷等会引起应力不均匀，力线变曲折，缺陷处有高峰应力(peak stress)的现象。,3.应力集中和残余应力的影响(stress concentration and effect of residual stress),应力集中和残余应力都有促使钢材转变为脆性状态的可能，使钢材有可能提前出现塑性变形（提前屈服），或发生脆性破坏(brittle failure)。,4.减小应力集中现象的措施(reduce stress concentration),设计时：应尽量避免构件和连接节点的形状和构造合理防止截面突然改变(reasonable sections and structural det
35、ails, preventing abrupt change of cross-section) 。由于钢材具有良好的塑性性能，当承受静力荷载且在常温下工作时，只要符合规范规定的设计要求(meet prescriptive design requirements)，可以不考虑应力集中的影响。,2.4.5 荷载类型的影响(loading type),荷载 类型,室温下(room temperature)，钢材强度随应变速率(strain rate)的增加而提高，塑性变形(plastic deformation)能力不变 温度较低(low temperature)时，应变速率对钢材性能影响很大。随
36、加载速率的提高，缺口试件断裂时吸收的能量降低，即变脆。(sensitive to strain rate),在钢结构防止低温脆性破坏设计中，应考虑加载速率的影响，即动荷载(dynamic load)对结构的不利影响(disadvantageous influence)。,疲劳(fatigue)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，直到最后破坏的现象。,2.循环荷载的影响(cyclic loading),低周疲劳(low-cycle fatigue) ：寿命周期短，循环次数n1005104,断裂应力水平高，s fy,也叫高应力疲劳。,高周疲劳(high-cycle f
37、atigue)：寿命周期长，循环次数n5104,断裂应力水平低，s fy,也叫低应力疲劳；,包兴格效应（Bauschinger）钢材经预拉后抗拉强度提高，而抗压强度降低的现象。,图2.4.5 钢材的包辛格效应和滞回曲线 Bauschinger effect and hysteretic curve,250左右抗拉强度(tensile strength)略有提高，塑性(plasticity)降低，脆性(brittleness)增加兰脆现象(blue brittleness)，该温度区段称为“兰脆区”。260320产生徐变现象(creep)。600左右弹性模量(modulus of elastic
38、ity)趋于零，承载能力(load bearing capacity)几乎完全丧失。,受高温作用的钢结构，应根据不同情况，采取防护措施：加隔热层或保护层(thermal-insulating layer or protective coating)。,当温度低于常温时，钢材的脆性倾向随温度降低而增加，材料强度略有提高，但其塑性和韧性降低，该现象称为低温冷脆(cold-brittleness)。,2负温范围(negative temperature),钢材由韧性状态向脆性状态转变的温度，叫“冷脆转变温度或冷脆临界温度”(brittle transition temperature),2.4.7
39、防止脆性断裂的方法(prevention of brittle fracture),1.合理设计(rational design)。 2.正确制造(correct manufacture and installation)。 3.合理使用(intelligent use)。,钢中的MnS夹杂,比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性于1938年冬发生断裂坠入河中,2.5.1 疲劳破坏的特征(characteristics of fatigue failure) 疲劳的概念(concept of fatigue)（2.4.5小节） 疲劳破坏类型：常幅疲劳破坏和变幅疲劳破坏(constant-amp
40、litude and variable-amplitude fatigue failures)。,2.5 钢材的疲劳(fatigue),疲劳破坏的机理和特征(machanism and characteristics),破坏机理：疲劳破坏是积累损伤(accumulated damage)的结果。缺陷微观裂纹 (microcrack) 宏观裂纹 (macroscopic crack)。,疲劳破坏的特征,属于脆性断裂(brittle fracture)，截面平均应力小于屈服点；,破坏断口与一般脆性断裂断口不同； 疲劳对缺陷十分敏感(sensitive)。,有关疲劳的几个概念(concepts)：
41、钢材的疲劳强度(fatigue strength)钢材在规定的作用重复次数和作用变化幅度下，所能承受的最大动态应力(dynamic stress)。 循环荷载(cyclic loading)结构或构件承受的随时间变化的荷载。 一次循环(single cycle)指连续重复荷载下应力从最大到最小重复的一个周期。 应力谱(stress diagram)应力随时间变化的曲线。,(a)静力荷载(static load),(b)等幅循环(constant amplitude circle),(c)脉冲循环(impulse circle),(d)等幅对称循环(symmetric constant ampl
42、itude circle),(e)等幅不对称循环(asymmetric constant amplitude circle ),(f)变幅循环（随机） (variable amplitude circle/random),疲劳研究的手段(investigation technique)：疲劳试验(fatigue test)、理论研究（断裂力学）(theoretical research: fracture mechanics method, hot spot stress method, failure criterion method),疲劳研究的几个阶段：19世纪中叶，Wohler，提出疲
43、劳强度(fatigue strength)的概念，sn19世纪中后叶，Goodman，给出疲劳图，疲劳强度(fatigue strength)与 smax,r, fy 有关。20世纪50年代，通过试验，发现主要的影响因素为：Ds和细部构造,影响钢材疲劳的主要因素(main factors):,（1）构件和连接的分类(classifications of the structural members and connections) （2）应力幅（Ds）和应力循环特征（应力比r） (characteristics of stress amplitude and stress circle) （3
44、）应力循环次数n(stress cycle index)（疲劳寿命(fatigue life)）,（1）构件和连接的分类(classifications of the structural members and connections),残余应力（焊接，火焰切割，轧制边） (residual stress: welding, flame cutting and rolling),构造缺陷- -应力集中(stress concentration),材料内部缺陷(inherent defects),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(f
45、illet weld)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7）”。,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（Ds）和应力循环特征（应力比r）(characterestics of stress amplitude and stress circle),A. 对于焊接结构(welded structure)：,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。(stress amplitude has great effect on the fatigue resistance of welde
46、d structure),B. 对于非焊接结构和轧制钢材(weldless structure and rolled steel),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。,当坐标(coordinate)为(s max, s min)的点落在直线ABCD上或上方，则这组应力循环达到n次时，将发生疲劳破坏(fatigue failure)。,应力幅和应力比对非焊接结构的疲劳强度都有很大影响。 (stress amplitude and stress circle have gr
47、eat effect on the fatigue resistance of weldless structure),（3）应力循环次数n（疲劳寿命）(stress cycle index),钢结构设计规范(GB50017-2003)关于构件或连接在荷载产生的应力循环次数超高5万次（原规范为10万次）时，要求进行疲劳验算(checking caculation of fatigue)。,sed,1.非焊接结构的疲劳(fatigue of weldless structure),2.5.2 常幅疲劳(constant-amplitude fatigue ),钢材的疲劳试验表明：当r为定值时，使
48、同一试件破坏所经历的循环次数n与试件所受最大应力smax有关,应力比准则 (stress ratio criterion)：,2. 焊接结构的疲劳(fatigue of welded structure ),大量的试验表明，焊接结构的疲劳破坏(fatigue failure of welded structure)并不是应力比r或最大应力smax重复作用的结果，而主要与应力幅Ds有关。,由于焊接残余应力(welding residual stress)的存在，使应力比r不明确，采用应力幅Ds是合理的。,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。,n1,n2,应力循环次数n5104，不需要进行疲劳计算。,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(classifications:inherent defects,stress concentration,residual stress,cycle index, stress amplitude)。,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。,
