第二章钢结构的材料和计算方法-第三节钢材的疲劳一.pptxVIP

第二章钢结构的材料和计算方法-第三节钢材的疲劳一.pptx

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第三节钢材的疲劳一、钢材疲劳破坏特点钢材在循环应力反复作用下裂纹生成,扩展以至断裂破坏的现象称为钢材的疲劳破坏。疲劳破坏属于脆性断裂,但又与一般的脆性断裂不同。疲劳破坏一般经历裂纹形成、裂纹缓慢扩展和最后迅速断裂三个阶段。第二章钢结构的材料和计算方法

一、钢材疲劳破坏特点典型的疲劳断口斑纹:裂纹扩展区和脆性断裂区

一、钢材疲劳破坏特点钢材的疲劳破坏与钢材的质量,构件的几何尺寸和缺陷等因素有关。主要取决于循环荷载在钢材内引起的反复循环应力的特征和循环次数。循环应力的特征可用应力随时间变化的曲线即应力谱描述。

一、钢材疲劳破坏特点疲劳试验通常采用的几种正弦应力谱,应力谱的特征可用应力比。也可用应力幅。

应力循环次数n(疲劳寿命)应力循环次数n5×104,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。0N1N2fy123456nX105应力幅与应力循环次数的关系

二、常幅疲劳验算曲线由实验获得直角坐标系双对数坐标系

二、常幅疲劳验算《钢结构设计规范》(GB50017-2003)规定常幅疲劳按下式进行验算:试验表明,在一定循环次数下,发生疲劳破坏的应力幅大小,主要取决于构件或连接的细部构造。n:应力循环次数;c、β:系数,根据不同形式的构件或连接而异附录二,表2-1容许应力幅N/mm2

二、常幅疲劳验算附录二:按照残余应力和应力集中程度将构件和连接分类分成8类(1类最轻,8类最重)表2-1

例题2-1:一个轴心拉力的钢板,Q345钢,截面为400mm×20mm。在垂直拉力方向由对接焊缝连接,如下图所示。焊缝表面加工磨平,质量一级。钢板承受重复荷载,预期循环次数n=106次,荷载标准值Nmax=1300kN,Nmin=0kN,试进行疲劳验算。Q1:在给定荷载的条件下,最多可循环多少次?Q2:在指定的循环次数下,若Nmin=0kN,求允许的最大Nmax

三、变幅疲劳验算正确的方法是结合结构实际变幅荷载进行疲劳计算。《钢结构设计规范》根据线性累积损伤法则,把变幅疲劳折合成常幅疲劳进行计算。线性累积损伤法则假定疲劳破坏与不同水平的应力幅出现的先后次序无关,虽然与实际有所不同,但可简化计算,且能保证安全。

三、变幅疲劳验算步骤:1、实测使用期内变幅荷载规律,算出2、把不同应力幅按大小分成n级,并统计每一级的循环次数,记为n1,n2……nn3、计算等效应力幅4、验算疲劳强度容许应力幅不变

例题2-2:某Q345钢构件焊接部位的疲劳类别属于6类。经测试每年的应力循环次数约4万次,其中各种应力幅及出现的频率为:=15N/mm2占5%,=35N/mm2占20%,=80N/mm2占30%,=100N/mm2占25%,=130N/mm2占15%,=160N/mm2占5%。(1)按设计基准期T=50年考虑,试验算疲劳强度是否满足要求?(2)求该焊接部位的设计疲劳寿命(年)。

四、疲劳计算应注意的问题直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件和连接,当应力循环次数n≥50000时,应进行疲劳计算。疲劳计算时,作用于结构的荷载取标准值。在全压应力(不出现拉应力)循环中,裂缝不会扩展,故可不作疲劳验算。试验证明,钢材静力强度的不同,对大多数焊接类的疲劳强度无明显影响。

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