第二章钢结构试卷.ppt

* * * 减小。经过一定的循环（circle）次数后，一旦裂纹扩展到构件截面不能承受荷载时，构件出现突然断裂。 2.4.2 钢材的疲劳强度极限 反复荷载在构件内引起的应力随时间变化的曲线称为循 环应力谱（图2.6）。 用ρ=σmin/σmax来表示（拉应力为正，压应力为负）。例如，ρ=-1表示完全对称（symmetry）循环，ρ=0表示脉冲（pulse）循环。ρ值可以介于-1和+1之间。 （a）完全对称循环 ρ =-1 （b）脉动应力循环ρ =0 图2.6 循环应力谱 应力变化的幅度称为应力幅，用△σ=σmax-σmin表示。在应力循环过程中，如果应力幅保持为常量，称为常幅循环应力，否则称变幅应力循环。常幅疲劳试验可以测定钢材的疲劳强度极限。试验用一组（10根）相同材料的光滑小 试件，每次将一根试件安装在疲劳试验机上，第一根试件可施加较大的弯矩，使试件受纯弯曲，上缘受拉，下缘受压； 图2.7 钢材的疲劳强度极限 当电机带动试件旋转时，试件表面各点的应力交替出现拉、压变化，转动一圈完成一次循环，由施加的弯矩可以算出应力幅；当经过某一循环次数n，试件破坏，得到△σ－n曲线上的一个点（图2.7）。 疲劳极限 依次对其余试件进行实验，并逐步减小弯矩，也即减小应力幅△σ ，试件破坏时的循环次数将不断增加，每一根试件得到△σ－n曲线上的一个点。当应力幅△σ小于一定值时，即使有无限次循环，试件也不会产生疲劳破坏。按照有关国际标准建议，将n＝5×106所对应的应力幅称为材料的疲劳极限。 疲劳极限 2.4.3 钢结构的疲劳计算 钢结构的疲劳计算是针对具体构件或连接部位，特别是连接部位，应力集中和焊接残余应力对疲劳强度影响很大，因此构件或连接的疲劳强度都低于材料的疲劳强度。我国《钢结构设计规范》（GB500017－2003）规定，当构件的工作应力循环次数n＞5×104时，应进行疲劳计算。 另外，不同构件或连接形式其疲劳性能各不相同，因此也不能用一个标准来衡量。《钢结构设计规范》（GB500017－2003）将不同构造和受力特点的钢构件和连接，按其疲劳性能的高低归并为八个疲劳计算类别（见附录6）。其中一类疲劳性能最好，八类最差。疲劳计算表达式如下：1) 常幅疲劳计算 计算公式：△σ ≤[△σ] 式中△σ——应力幅。对焊接部位，△σ=σmax-σmin；对非焊接部位，△σ =σmax-0.7σmin 。 σmax——计算部位每次应力循环中的最大拉应力（取正值）； σmin——计算部位每次应力循环中的最大压应力（取负值）； [△σ]——常幅疲劳的容许应力幅（N/mm2）,按下式计算： [△σ]= (c/n) 1/β 式中: n——应力循环次； c,β——系数,根据疲劳计算分类按表2.3取值。 疲劳计算 2)变幅疲劳计算 实际工程构件的工作应力幅多为变化的，或称随机荷载，如吊车起吊荷载每次可能都不一样，且多数工作荷载小于设计荷载。对于重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架，按照线性疲劳累积损伤原则，将随机变化的应力幅折算成等效常应力幅按下式计算： 式中： ——欠载效应的等效系数,查表2.4 ——循环次数n ＝2×106的容许应力幅,可查表2.5。 疲劳计算 进行疲劳计算时需注意以下两点：1）目前疲劳计算仍采用容许应力法，荷载采用标准值，不考虑分项系数和动力系数，并按弹性工作计算。2）钢构件或连接的疲劳破坏是由于循环应力反复作用下疲劳裂纹的生成和扩展而导致断裂。因而疲劳允许应力幅主要取决于应力循环次数，以及构件或连接的具体构造细节和应力集中程度，钢材强度等级对疲劳破坏应力幅或疲劳寿命的影响并不显著，计算时可认为疲劳容许应力幅与钢材种类无关。 疲劳计算 BACK 2.5 钢材的种类、选用和型钢规格 2.5.1 钢材的种类 常用钢材 碳素结构钢 钢低合金高强度 桥梁用钢 耐候钢 （1）碳素结构钢 按国家现行标准《碳素结构钢》(GB700-1988)规定，碳素结构钢的牌号（brand）由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级（A、B、C、D）、脱氧方法符号（F、b、Z、TZ，分别表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢）四个部分顺序组成。 目前生产的碳素结构钢有：Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五种，含碳量越多，屈服点越高，塑性越低。 Q235的含碳量低于0.22％，属于低碳钢