中南大学《钢结构原理》第二章钢结构材料.ppt

②计算公式 等效应力谱计算 ①基本原理：Palmgren-Miner线性累积损伤准则 分析上述方法的应用困难 第二章 钢结构材料 中南大学桥梁工程系 循环次数保持不变 疲劳损伤度等效 7 吊车梁与吊车桁架疲劳计算 第二章 钢结构材料 中南大学桥梁工程系 基本计算公式 应力幅的计算方法 计算最不利标准荷载作用在最不利作用位置，计算出关键部位最大与最小应力，得到对应应力幅。 第二章 钢结构材料 中南大学桥梁工程系 第二章 钢结构材料 中南大学桥梁工程系 欠载效应的等效系数 （1）实际应力幅常低于计算应力幅 （2）设计期实际循环次数不是2×106 测试结果为：高的12.4×106 低的4.83×106 （3）综合两个因素：得到欠载效应的等效系数 8 疲劳计算的有关规定 直接承受动荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力变化的循环次数n大于5万次时，应进行疲劳计算。 不适合特殊条件下的疲劳计算。（高温、腐蚀、低周高应变等） 疲劳计算采用容许应力幅法，应力按弹性状态计算，不出现拉应力的部位可不计算疲劳。 第二章 钢结构材料 中南大学桥梁工程系 根据设计荷载计算最不利应力状态（最大应力、最小应力） 第二章 钢结构材料 中南大学桥梁工程系 拉-拉或拉-压（以拉为主）的构件： 压-拉（以压为主）的构件： 9 铁路桥梁疲劳计算介绍 （1）焊接构件与连接疲劳： 第二章 钢结构材料 中南大学桥梁工程系 拉-拉构件： 拉-压构件： （2）非焊接构件与连接疲劳： 第二章 钢结构材料 中南大学桥梁工程系 工字钢 H型钢 钢 铰 线 2.4 钢材的破坏形式 1 塑性破坏特征 （1）破坏前塑性变形较大，易发现，危险性小。（2）破坏时应力达到钢材的抗拉强度fu。 第二章 钢结构材料 中南大学桥梁工程系 2 脆性破坏特征 （1）破坏前变形较小，突然发生，危险性大。（2）破坏时应力常小于屈服点fy。（3）断口平直，呈有光泽的晶粒状。 第二章 钢结构材料 中南大学桥梁工程系 第二章 钢结构材料 中南大学桥梁工程系 3 脆性破坏实例 （4）内蒙古焊接贮罐断裂：荷载不大，焊接不透，气温低。 （1）德国Zoo桥：1936年，完工6个月，气温-10度，脆坏。（2）比利时Hasselt桥：全焊空腹桁梁，跨度200英尺，完工14个月，1938年，气温下降，脆坏坠毁。（3）美国Point Pleasant桥：吊桥，跨度210米，1967年冬天，突然断裂，梁跨弹起，75辆汽车抛入天空，钢梁随之塌落，46人死亡，9人伤。 “自从桥梁钢结构引进焊接技术后，桥梁断裂破坏事故屡有发生” ——源于铁路钢结构设计规范 4 影响脆性破坏的主要因素及预防措施 （1）钢材质量：选用合适的钢材。（2）钢板的厚度：厚板缺陷较多。铁路规范 根据杆件受力特点、钢材 牌号、设计温度规定了最 大板厚。（3）加载的速度：避免突然受力。 第二章 钢结构材料 中南大学桥梁工程系 （4）应力的性质与大小：避免截面突变，应力集中。（5）最低使用温度：低温条件下，注意选材与焊接（6）连接方式：低温焊接问题，焊缝布置等。 第二章 钢结构材料 中南大学桥梁工程系 4 层状撕裂 第二章 钢结构材料 中南大学桥梁工程系 厚钢板(40mm)撕裂特点：三个方向强度不一致，容易出现沿厚度方向撕裂。 第二章 钢结构材料 中南大学桥梁工程系 预防措施： （1）合理布置焊缝。 （2）采用Z向钢板（《厚度方向性能钢板》15-150 mm） 钢材疲劳的概念 疲劳计算 中南大学土木建筑学院 第二章 钢结构材料 2.5 钢材疲劳 1 钢材疲劳的概念 中南大学土木建筑学院 生活中的疲劳现象 基本概念：钢材在反复荷载作用下，当应力低于钢材抗拉强度甚至低于屈服强度的情况下，发生的突然断裂现象，称为钢材疲劳。 第二章 钢结构材料 ①反复荷载:应力随时间变化,疲劳损伤有累积效应。②应力不高:应力低于抗拉强度甚至低于屈服强度。③突然断裂:相对于塑性破坏，破坏更隐蔽，危害更大。 中南大学土木建筑学院 概念要领 第二章 钢结构材料 2 疲劳的形成过程 初始裂纹的形成 裂纹的缓慢扩展 突 然断裂破坏 夹杂、偏析、气泡等缺陷提供了初始微裂纹 反复应力作用促进了裂纹的扩展 剩余截面不足以抵抗外力而突然断裂 中南大学土木建筑学院 第二章 钢结构材料 3 工程中的疲劳现象 土木建筑：钢桥、吊车梁、吊车桁架等 “美国明尼苏达州某钢桥，2007年8月2日发生疲劳破坏”  “ 我国滨州线松花