鋼筋疲勞計(jì)算

1、這部分要求大家掌握：影響疲勞強(qiáng)度的主要因素包括，應(yīng)力幅，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，結(jié)構(gòu)構(gòu)造細(xì)節(jié)（構(gòu)造細(xì)節(jié)決定了應(yīng)力集中程度，教材按照規(guī)范把不同的構(gòu)造分成了8種類型），疲勞強(qiáng)度的計(jì)算。疲勞破壞屬于脆斷。GB50017-2003規(guī)定，小結(jié)如下：1、直接承受動(dòng)力荷載重復(fù)作用的鋼結(jié)構(gòu)及其連接，當(dāng)應(yīng)力變化的循環(huán)次數(shù)n等于或大于5萬(wàn)次時(shí)（美國(guó)規(guī)范是2萬(wàn)次），應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算；2、應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位，可不計(jì)算疲勞；3、計(jì)算疲勞時(shí)，應(yīng)采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值；4、對(duì)于直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，計(jì)算疲勞時(shí)，動(dòng)力荷載標(biāo)準(zhǔn)值不乘動(dòng)力系數(shù)；5、疲勞計(jì)算應(yīng)采用容許應(yīng)力幅法，應(yīng)力按彈性狀態(tài)計(jì)算。區(qū)分為常幅疲勞和變幅疲勞。常幅疲勞計(jì)算如

2、下： 對(duì)焊接部位為應(yīng)力幅，=max-min對(duì)非焊接部位為折算應(yīng)力幅，=max-0.7min，n應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；C、參數(shù)，查表確定。6、規(guī)定不適用于特殊條件（如構(gòu)件表面溫度大于150，處于海水腐蝕環(huán)境，焊后經(jīng)熱處理消除殘余應(yīng)力以及低周-高應(yīng)變疲勞條件等）下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接的疲勞計(jì)算。規(guī)范存在的問(wèn)題：（1）不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位可不計(jì)算疲勞。但對(duì)出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位，例如max=140MPa、min=-10MPa和max=10MPa、min=-140MPa兩種應(yīng)力循環(huán)，都是150，按規(guī)范計(jì)算疲勞強(qiáng)度相同，顯然不合理。（2）螺栓受拉時(shí)，螺紋處的應(yīng)力集中很大，疲勞強(qiáng)度很低，常有疲勞破壞的實(shí)例，但規(guī)范沒(méi)有規(guī)定，

3、應(yīng)予補(bǔ)充。【計(jì)算例題】某承受軸心拉力的鋼板，截面為400mm20mm，Q345鋼，因長(zhǎng)度不夠而用橫向?qū)雍缚p如圖所示。焊縫質(zhì)量為一級(jí)，焊縫表面加工磨平，。鋼板承受重復(fù)荷載，預(yù)期循環(huán)次數(shù)次，荷載標(biāo)準(zhǔn)值，荷載設(shè)計(jì)值。試進(jìn)行疲勞計(jì)算。提示：容許應(yīng)力幅，。更詳細(xì)些的規(guī)定（不需要大家掌握）：GB50017-2003規(guī)范對(duì)疲勞計(jì)算所作的說(shuō)明6.1一般規(guī)定本條闡明本章的適用范圍為直接承受動(dòng)力荷載重復(fù)作用的鋼結(jié)構(gòu)，當(dāng)其荷載產(chǎn)生應(yīng)力變化的循環(huán)次數(shù)時(shí)的高周疲勞計(jì)算。需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的循環(huán)次數(shù)，原規(guī)范規(guī)定為次，考慮到在某些情況下可能不安全，參考國(guó)外規(guī)定并結(jié)合建筑鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，改為次。本條說(shuō)明本章的適用范圍為在常

4、溫、無(wú)強(qiáng)烈腐蝕作用環(huán)境中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和連接。對(duì)于海水腐蝕環(huán)境、低周高應(yīng)變疲勞等特殊使用條件中疲勞破壞的機(jī)理與表達(dá)式各有特點(diǎn)，分別另屬專門范疇；高溫下使用和焊后經(jīng)回火消除焊接殘余應(yīng)力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接則有不同于本章的疲勞強(qiáng)度值，均應(yīng)另行考慮。本章采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值按容許應(yīng)力幅進(jìn)行計(jì)算，是因?yàn)楝F(xiàn)階段對(duì)不同類型構(gòu)件連接的疲勞裂縫形成、擴(kuò)展以至斷裂這一全過(guò)程的極限狀態(tài)，包括其嚴(yán)格的定義和影響發(fā)展過(guò)程的有關(guān)因素都還研究不足，掌握的疲勞強(qiáng)度數(shù)據(jù)只是結(jié)構(gòu)抗力表達(dá)式中的材料強(qiáng)度部分，為此現(xiàn)仍按容許應(yīng)力法進(jìn)行驗(yàn)算。為適應(yīng)焊接結(jié)構(gòu)在鋼結(jié)構(gòu)中日趨優(yōu)勢(shì)的狀況，本章采用目前已為國(guó)際上公認(rèn)的應(yīng)力幅計(jì)算表達(dá)式。多年來(lái)國(guó)內(nèi)外的試驗(yàn)

5、研究和理論分析證實(shí)。焊接及隨后的冷卻，構(gòu)成不均勻熱循環(huán)過(guò)程，使焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生自相平衡的內(nèi)應(yīng)力，在焊縫附近出現(xiàn)局部的殘余拉應(yīng)力高峰，橫截面其余部分則形成殘余壓應(yīng)力與之平衡。焊接殘余拉應(yīng)力最高峰值往往可達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度。此外，焊接連接部位因截面改變?cè)瓲?，總?huì)產(chǎn)生不同程度的應(yīng)力集中現(xiàn)象。殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中兩個(gè)因素的同時(shí)存在，使疲勞裂縫發(fā)生于焊縫熔合線的表面缺陷處或焊縫內(nèi)部缺陷處，然后沿垂直于外力作用方向擴(kuò)展，直到最后斷裂。產(chǎn)生裂縫部位的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)與名義應(yīng)力有很大差別，在裂縫形成過(guò)程中，循環(huán)內(nèi)應(yīng)力的變化是以高達(dá)鋼材屈服強(qiáng)度的最大內(nèi)應(yīng)力為起點(diǎn)，往下波動(dòng)應(yīng)力幅與該處應(yīng)力集中系數(shù)的乘積。此處和分別為名

6、義最大應(yīng)力和最小應(yīng)力，在裂縫擴(kuò)展階段，裂縫擴(kuò)展速率主要受控于該處的應(yīng)力幅值。各國(guó)試驗(yàn)數(shù)據(jù)相繼證明，多數(shù)焊接連接類別的疲勞強(qiáng)度當(dāng)用表示式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，幾乎是與名義的最大應(yīng)力比根本無(wú)關(guān)，因此與過(guò)去用最大名義應(yīng)力相比，焊接結(jié)構(gòu)采用應(yīng)力幅的計(jì)算表達(dá)式更為合理。試驗(yàn)證明，鋼材靜力強(qiáng)度的不同，對(duì)大多數(shù)焊接連接類別的疲勞強(qiáng)度并無(wú)顯著差別，僅在少量連接類別（如軋制鋼材的主體金屬、經(jīng)切割加工的鋼材和對(duì)接焊縫經(jīng)嚴(yán)密檢驗(yàn)和細(xì)致的表面加工時(shí)）的疲勞強(qiáng)度有隨鋼材強(qiáng)度提高稍稍增加的趨勢(shì)，而這些連接類別一般不在構(gòu)件疲勞計(jì)算中起控制作用。因此，為簡(jiǎn)化表達(dá)式，可認(rèn)為所有類別的容許應(yīng)力幅都與鋼材靜力強(qiáng)度無(wú)關(guān)，即疲勞強(qiáng)度所控制的構(gòu)件，采用強(qiáng)度較高的鋼材是不經(jīng)濟(jì)的。連接類別是影響疲勞強(qiáng)度的主要因素之一，主要是因?yàn)樗鼘⒁鸩煌膽?yīng)力集中（包括連接的外形變化和內(nèi)在缺陷影響）。設(shè)計(jì)中應(yīng)注意盡可能不采用應(yīng)力集中嚴(yán)重的連接構(gòu)造。容許應(yīng)力幅數(shù)值的確定，是根據(jù)疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析而得，在試驗(yàn)結(jié)果中已包括了局部應(yīng)力集中可能產(chǎn)生屈服區(qū)的影響，因而整個(gè)構(gòu)件可按彈性工作進(jìn)行計(jì)算。連接形式本身的應(yīng)力集中不予考慮，其他因斷面突變等構(gòu)造產(chǎn)生應(yīng)力集中