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第2章 钢结构的材料 1．疲劳断裂的概念 疲劳断裂是微观裂缝在连续重复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏。断口可能贯穿于母材，可能贯穿于连接焊缝，也可能贯穿于母材及焊缝。 出现疲劳断裂时，截面上的应力低于材料的抗拉强度，甚至低于屈服强度。同时，疲劳破坏属于脆性破坏，塑性变形极小，因此是一种没有明显变形的突然破坏，危险性较大。 2.4.2 循环荷载的效应 第2章 钢结构的材料 疲劳破坏的构件断口上面一部分呈现半椭圆形光滑区，其余部分则为粗糙区（如图 2-9 )。 2.4.2 循环荷载的效应 图2.9 断口示意 1－光滑区；2－粗糙区 第2章 钢结构的材料 应力循环特性常用应力比值来表示，以拉应力为正值。连续重复荷载之下应力往复变化一周叫做一个循环。 完全对称循环( ? ＝-1) 静荷载作用(? ＝+1) 脉冲循环(? ＝0) 一般应力循环(-1?+1) 为应力幅，表示应力变化的幅度。总为正值。 第2章 钢结构的材料 图2.10 ? - n 曲线 2 ． △? - n 曲线 根据试验数据可以画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（图a ）。这种曲线是疲劳验算的基础。致损循环次数也叫做疲劳寿命。 目前国内外都常用双对数坐标轴的方法使曲线改为直线以便于分析（图b ）。在双对数坐标图中，疲劳方程就是直线式（图中实直线） 第2章 钢结构的材料 3．疲劳验算及容许应力幅 直接受到重复荷载作用的构件，如吊车梁、桥梁、输送栈桥和某些工作平台梁等以及它们的连接，当应力循环次数 n 105时应进行疲劳验算。 永久荷载所产生的应力为不变值，没有应力幅。应力幅只由重复作用的可变荷载产生，所以疲劳验算按可变荷载标准值进行。荷载计算中不乘以吊车动力系数，常幅疲劳按下式进行验算。 式中 △?——对焊接结构为应力幅 △?＝?max-?min； 对非焊接部位为计算应力幅 △?＝?max-?min ，应力以拉为正，压为负； [△?] —— 常幅疲劳的容许应力幅。 式中C，?——系数。焊接结构中根据各种不同的构造细部使疲劳强度不同程度地降低，详见第 8 章。 第2章 钢结构的材料 2.4.3 快速加荷效应 快速加荷使钢材的屈服点和抗拉强度提高，而钢厂在做钢材拉伸试验时往往加荷比较快，致使所得fy、fu偏高。快速加荷的不利效应在于影响能量吸收的能力，图 2-11 给出三条不同加荷速率下的断裂能量一温度关系曲线。从图可以看出，随着加荷速率的减小，曲线向温度较低的方向移动。有些结构的钢材在工作温度下冲击韧性值很低，但仍然保持完好，就可以由加荷速率很慢来说明。对于同一冲击韧性的材料，当设计承受动力荷载时，允许最低的使用温度要比承受静力荷载高的多。 第2章 钢结构的材料 2.4.3 快速加荷效应 图2.11 断裂吸收能量随温度的变化 图2.12 加荷速度对断裂韧性的影响 第2章 钢结构的材料 2.5 建筑钢材的类别及钢材的选用 2.5.1 建筑钢材的类别 1 ．碳素结构钢 碳素结构钢的牌号（简称钢号）有 Q195 、Q235A 、 B 、 C 及 D , Q275 。其中的 Q 是屈服强度中屈字汉语拼音的字首，后接的阿拉伯字表示以 N / mm2为单位屈服强度的大小， A 、 B 、 C 或 D 等表示按质量划分的级别。最后还有一个表示脱氧方法的符号如 F ,Z或 b 。从 Q195 到 Q275 ，是按强度由低到高排列的；钢材强度主要由其中碳元素含量的多少来决定，但与其他一些元素的含量也有关系。所以，钢号的由低到高在较大程度上代表了含碳量的由低到高。 第2章 钢结构的材料 2 ．低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢是在钢的冶炼过程中添加少量几种合金元素使钢的强度明显提高，故称低合金高强度结构钢。Q345 、 Q39O 和 Q420 是钢结构设计规范规定采用的钢种。其符号的含义和碳素结构钢牌号的含义相同。这三种钢都包括 A 、 B 、 C 、 D 、 E 五种质量等级，和碳素结构钢一样，不同质量等级是按对冲击韧性（夏比 V 型缺口试验）的要求区分的。 A 级无冲击功要求； B 级要求提供 20 ℃ 冲击功 AKv ≥ 34J（纵向） ; C 级要求提供0℃ 冲击功 AKV ≥ 34J（纵向） ; D 级要求提供一 20 ℃ 冲击功 AKv≥34J（纵向） ; E 级要求提供一 40 ℃ 冲击功 AKv ≥27J（纵向）。不同质量等级对碳、