哈工大土木工程專業(yè)考研專業(yè)課鋼結(jié)構(gòu)講義2

1、1第 二 章 建 筑 鋼 材 及 性 能22.1 建筑鋼材在單軸應(yīng)力下的工作性能 在+20的條件下做拉伸試驗(yàn)，緩慢加載，得到應(yīng)力應(yīng)變曲線。 工作特性分為四個(gè)階段： 彈性階段：0 fp (比例極限)， 線性關(guān)系，變形小，卸載后變形恢復(fù)。25N/mm102.06tgE塑性fp彈性fyBC(0.10.2)%(23)%20%彈性模量l0按GB將鋼材加工成標(biāo)準(zhǔn)試件，3 彈塑性階段： fpfy(屈服點(diǎn))， 彈性變形 塑性變形不可恢復(fù)的殘余變形 彈性模量E由2.06105 0 塑性階段（又稱塑流階段）： BC 屈服平臺(tái)， 不變，不斷增長(zhǎng)。 強(qiáng)化階段（又稱自強(qiáng)階段）： 鋼材恢復(fù)承載能力，當(dāng) fu（抗拉強(qiáng)度)

2、時(shí)， 發(fā)生頸縮現(xiàn)象而破壞，變形塑性fp彈性fyBC(0.10.2)%(23)%20%為塑性破壞。4 變形很大，是在材料達(dá)到 fu以后發(fā)生的，變形 大且時(shí)間長(zhǎng)，易發(fā)現(xiàn)。 斷口與作用力方向成 45角，常在鋼材表面出 現(xiàn)相互垂直的銹跡剝落線。 塑性變形很小，甚至沒(méi)有，應(yīng)力低于fu 甚至可 能低于fy ，破壞是突然的。 斷口齊平，破壞前無(wú)預(yù)兆。 通過(guò)單向拉伸試驗(yàn)，得到三個(gè)機(jī)械性能指標(biāo) fu、fy、 （伸長(zhǎng)率） ：衡量塑性變形能力的指標(biāo)。 l0 ：試件的標(biāo)距長(zhǎng)度 l1 ：拉斷時(shí)的標(biāo)距長(zhǎng)度 分為5和10 ， 10 意為標(biāo)距長(zhǎng)度/直徑（寬度）10塑性破壞：脆性破壞：100%001llll05 fu (抗拉強(qiáng)

3、度) ：衡量經(jīng)巨量變形后的抗拉能力； fy（屈服點(diǎn)） ：衡量結(jié)構(gòu)承載能力的指標(biāo)； 均為鋼材的靜力強(qiáng)度指標(biāo)。 注意：fy 是材料的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，非設(shè)計(jì)強(qiáng)度， 式中： ：材料抗力分項(xiàng)系數(shù) 1.087（Q235鋼） 1.111（Q345、Q390、Q420）通過(guò)分析，得出2點(diǎn)結(jié)論： 由于殘余應(yīng)力的存在， fp0.8 fy ，以 fy 作彈性、塑 性工作的分界點(diǎn)，將曲線簡(jiǎn)化 為兩段直線組成的理想彈性塑性體， 如此就可用彈性理論進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。Ryff 設(shè)計(jì)強(qiáng)度為：RR6 以 fy 作彈性設(shè)計(jì)時(shí)的強(qiáng)度指標(biāo) 依據(jù)：a. 以 fy作彈性、塑性工作的分界點(diǎn)，屈服后， （23），易察覺(jué)；若過(guò)大，產(chǎn)生 的變形過(guò)大，不允

4、許。 b. 從 fy fu ，塑性工作區(qū)很大，有足夠的變形 保證截面上的應(yīng)力不超過(guò) fu ， fy fu 作為強(qiáng) 度儲(chǔ)備。 fy / fu ：屈強(qiáng)比 受壓、受剪、受彎時(shí)的關(guān)系如何？ 受壓、受剪、受彎時(shí)的關(guān)系基本同受拉， 受壓、受彎的強(qiáng)度指標(biāo)取受拉時(shí)的數(shù)值， 受剪的強(qiáng)度指標(biāo) fyv(或y)=0.58 fy (后面講原因) 鋼材屈服點(diǎn) fy 的高低和鋼材晶粒的粗細(xì)有關(guān)，軋制次數(shù)多，鋼材就薄，晶粒細(xì)，材質(zhì)好，屈服點(diǎn)就高。7 由此可以得出，相同種類不同厚度的鋼材，設(shè)計(jì)強(qiáng)度是不一樣的。 據(jù)此，規(guī)范將不同厚度的鋼材分組，不同組取不同的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 N/mm2 碳素結(jié)構(gòu)鋼 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

5、有屈服點(diǎn)的鋼材含碳量小于2.06，建筑用鋼 含C量小于0.25加入少于5的合金元素牌號(hào)厚度或直徑/mm抗拉、抗壓和抗彎f 抗剪fv端面承壓（刨平頂緊fceQ2351621512532516402051204060200115601001901108 無(wú)屈服點(diǎn)的鋼材，如熱處理低合金鋼，如何確定屈服點(diǎn)？ 以卸載后殘余應(yīng)變?yōu)?.2時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為屈服點(diǎn)。以0.2 表示，又稱為條件屈服點(diǎn)。 冷彎性能：更嚴(yán)格的衡量塑性變形能力的指標(biāo)，通過(guò)冷彎試驗(yàn)確定。 冷彎試驗(yàn)是按材料的原有厚度經(jīng)表面加工成板狀，作180冷彎，以彎曲處的外面、側(cè)面不起層、不開(kāi)裂為合格。 不同厚度的鋼材，d不同。注意：焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要

6、的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的 鋼材必須具有冷彎性能的合格保證。9 厚度方向斷面收縮率（又稱Z向收縮率）： 厚度40mm以上鋼板，受力時(shí)可能會(huì)發(fā)生層狀撕裂，故應(yīng)滿足 Z 向收縮率要求。量大，質(zhì)量好，不易出現(xiàn)層狀撕裂，故無(wú)此要求。 Z 向收縮率用Z 表示 A0：原橫截面面積 A1：拉斷時(shí)，斷口處橫截面面積 Z15 相應(yīng)的Z15 Z15鋼 Z25 相應(yīng)的Z25 Z25鋼 Z35 相應(yīng)的Z35 Z35鋼%100=AAA010z-薄鋼板軋制時(shí)，壓縮分為三個(gè)質(zhì)量等級(jí)10 鋼材受動(dòng)荷時(shí)的韌性指標(biāo)： 衡量鋼材承受動(dòng)荷作用時(shí)抵抗脆性破壞的指標(biāo)就是沖擊韌性。 韌性是鋼材在塑性變形和斷裂過(guò)程中吸收能量的能力，吸收能量多，

7、韌性好。 確定沖擊韌性的方法就是沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)采用夏比V 型缺口試件。 Q235鋼 AKV27J (20、0、-20) Q345鋼 AKV34J (20、0、-20) Q390鋼 AKV27J (- 40) 實(shí)際結(jié)構(gòu)中，脆斷總是發(fā)生在缺陷應(yīng)力集中處，因?yàn)樵撎幋嬖谕?hào)拉應(yīng)力場(chǎng)，使塑性變形受到限制。112.2 建筑鋼材在多軸應(yīng)力下的工作性能 雙向、三向受力時(shí)，不能以單向受力時(shí)的 fy為屈服點(diǎn)，采用第四強(qiáng)度理論較為合適。 單向拉伸達(dá)塑性狀態(tài)時(shí)，積聚于單位體積中的形狀改變能為： 三向主應(yīng)力作用下，單位體積形狀改變能為： 式中： 泊桑比f(wàn)2y3E1U -3E1U13322123222112 能量理論認(rèn)為

8、：U= U時(shí)，多向應(yīng)力狀態(tài)下的鋼材進(jìn)入塑性。 即由彈性轉(zhuǎn)為塑性狀態(tài)的工作條件為： 當(dāng)折算應(yīng)力eq fy 時(shí)，彈性； 當(dāng)折算應(yīng)力eq fy 時(shí)，塑性。 多向應(yīng)力下，以折算應(yīng)力eq作為強(qiáng)度計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)，將折算應(yīng)力eq變形為： 有異號(hào)應(yīng)力，且同號(hào)應(yīng)力差較大，就易進(jìn)入 塑性，說(shuō)明異號(hào)應(yīng)力場(chǎng)下易發(fā)生塑性破壞。fy133221232221=)+(+-)+(+=133221232221eq-13+32+2121=)()()(222eq-令：分析：13 三個(gè)主應(yīng)力同號(hào)且接近， eq小，不易進(jìn)入塑 性，直至破壞，也不進(jìn)入塑性； 三向等值壓縮時(shí)，不會(huì)破壞； 說(shuō)明同號(hào)拉應(yīng)力場(chǎng)下易脆性破壞。 用正應(yīng)力和剪應(yīng)力表示折算應(yīng)

9、力： 鋼結(jié)構(gòu)中，構(gòu)件厚度小，厚度方向應(yīng)力小，忽略，形成平面應(yīng)力狀態(tài)，)+(3+)+(+=2zx2yz2xyxzzyyx2z2y2xeq-2xyyx2y2xeq3+=-即：達(dá)到屈服時(shí)：即：純剪時(shí)：3=eqfy3ffyy58.0=3=因此時(shí)屈服， 用 fyv 代替 ， 即有： fyv 0.58fy142.3 各種因素對(duì)鋼材性能的影響 19381950年，在-14左右的冬季條件下，比利時(shí)共有14座大橋斷裂。 1954年11月，英國(guó)制造的32000 t 油船世界協(xié)和號(hào)，在海浪4.56m 高的大海中航行時(shí)，船底斷裂。 事故原因？一 化學(xué)成分 C：鐵以外最重要的元素，C0.3%或C0.1% 時(shí)，鋼材 無(wú)明

10、顯屈服點(diǎn)。 C強(qiáng)度、 塑性、 沖擊韌性、 焊接性 能、脆性、低溫脆斷危險(xiǎn)。 鋼結(jié)構(gòu)采用低碳鋼，C0.25% ，焊接結(jié)構(gòu) C0.2% S： 有害元素，8001000時(shí)，硫化鐵熔化使鋼材變 脆，因此熱加工或焊接時(shí)，有可能引起熱裂紋，稱 為“熱脆”。15 S沖擊韌性、焊接性能、疲勞強(qiáng)度， 所以， S0.045% (Q235以上鋼材） S0.05% (Q235鋼材） Mn：有益元素，弱脫氧劑。提高強(qiáng)度，不過(guò)多降低塑 性和韌性，消除熱脆，改善冷脆； Mn過(guò)多，降低焊接性能。 Si： 強(qiáng)脫氧劑。Si0.2%時(shí)，提高強(qiáng)度，而不顯著影 響塑性、韌性、冷彎性能、焊接性能； Si 含量達(dá)1時(shí)，則不然。 P： 提高

11、強(qiáng)度和抗銹蝕能力，嚴(yán)重降低塑性、韌性、 焊接性能。 所以 ， P0.04% (Q235以上鋼材) P0.045% (Q235鋼材) V： 提高強(qiáng)度、抗銹蝕能力，不顯著降低塑性。 N、O：有害元素，O熱脆，N冷脆。16二 鋼材的焊接性能 鋼材的焊接性能受含碳量和合金元素含量的影響。 碳素鋼：當(dāng)0.12C0.20%時(shí)，焊接性能好， 含碳量超過(guò)上述范圍，焊縫和熱影響區(qū)容易變脆。 低合金鋼：焊接性能用碳當(dāng)量 CE 來(lái)衡量， 式中化學(xué)符號(hào)表示該化學(xué)元素含量的百分?jǐn)?shù)。 CE0.38時(shí)，焊接性能好，可直接施焊； 0.38CE0.45%時(shí)，施焊前預(yù)熱，控制焊接工藝； CE0.45時(shí)，嚴(yán)格控制焊接工藝和預(yù)熱溫度

12、。 通常采用可焊性試驗(yàn)的方法來(lái)檢驗(yàn)鋼材的焊接性能，從而制定重要結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的焊接制度和工藝。15Cu+Ni+5V+Mo+Cr+6Mn+C=CE17三 冶金缺陷 缺陷有：偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋、起層等。 氣孔：CO氣體沒(méi)有逸出形成。 非金屬夾雜：鋼材中含有氧化物、硫化物，使鋼材 變脆。 偏析：化學(xué)雜質(zhì)元素分布的不均勻性， 主要的偏析是S 、P的偏析， 偏析 塑性、韌性、焊接性能、 疲勞強(qiáng)度。四 應(yīng)力集中 當(dāng)試件表面不平整，有缺口存在時(shí)，在軸心荷載作用下，截面上應(yīng)力分布不均勻，缺口附近的應(yīng)力特別高，稱應(yīng)力集中。18 缺口尖端max 凈截面平均應(yīng)力： 0N /An An：凈截面面積 應(yīng)力集中系數(shù)

13、： k =max / 0 缺口處，方向與軸向不一致，力線傾斜，因而產(chǎn)生橫向剪力y 。 在孔邊緣形成雙向拉應(yīng)力場(chǎng)（若考慮厚度，三向拉應(yīng)力場(chǎng)），這就是脆斷的原因。 帶槽口試件的曲線，也證明了此點(diǎn)。無(wú)明顯屈服點(diǎn)，塑性降低，脆性增大。19 應(yīng)力集中現(xiàn)象產(chǎn)生的原因： 構(gòu)件的不正確造型（設(shè)計(jì)時(shí)避免） 殘余應(yīng)力（研究不夠） 非金屬夾雜五 鋼材的硬化 鋼材中，C、N的固溶物存在于純鐵體的結(jié)晶體中，隨時(shí)間增長(zhǎng)，它們析出，存在于晶粒之間的間層中，對(duì)純鐵體的塑性變形起到抑制作用，使鋼材的強(qiáng)度上升，塑性降低，此種現(xiàn)象稱“時(shí)效硬化”。又稱“應(yīng)變硬化”。 加熱使此過(guò)程迅速完成，稱“人工時(shí)效”。 彈性階段：不影響鋼材性能

14、彈塑性階段：強(qiáng)度提高，即彈性變形區(qū)域擴(kuò)大， 塑性降低現(xiàn)象，稱“冷作硬化”。 鋼材經(jīng)冷作硬化后又發(fā)生時(shí)效硬化，稱“應(yīng)變時(shí)效”。加卸荷、20 時(shí)效硬化和人工時(shí)效與冷作硬化的區(qū)別： 相同點(diǎn)：擴(kuò)大了彈性工作范圍，減少了塑性。 不同點(diǎn)：前者在擴(kuò)大彈性范圍 的同時(shí)，還提高了抗 拉強(qiáng)度，而后者沒(méi)有 提高抗拉強(qiáng)度。 冷作硬化通常是在經(jīng)過(guò)冷加工后產(chǎn)生的，冷加工區(qū)域的邊緣會(huì)產(chǎn)生冷作硬化，成為產(chǎn)生裂縫的根源。 冷加工：在常溫或低于再結(jié)晶溫度的情況下，通過(guò)機(jī)械的力量使鋼材產(chǎn)生所需要的永久塑性變形，獲得需要的薄板或型鋼的工藝。 如冷拉、冷彎、沖孔、機(jī)械剪切等。 所以，要消除冷作硬化區(qū)域（受動(dòng)荷的重要構(gòu)件，冷作硬化區(qū)域必

15、須除去）。21六 加荷速度 快速拉伸，沿0B線變化，此時(shí)試件的溫度有所降低，持荷保持不變，試件吸收熱量，產(chǎn)生BA，稱“彈性后效”。 若突然快速卸荷，沿AC線變化，試件溫度上升，隨后放熱后冷卻，回到 0 點(diǎn)。 加荷速度提高，鋼材的屈服強(qiáng)度提高，呈脆性，故試驗(yàn)時(shí)按規(guī)定的速度加荷。 通常作法：加載后持荷5分鐘后讀數(shù)，得到準(zhǔn)確的試 驗(yàn)值。22七 溫度影響 溫度從常溫下降fy稍有、脆性、塑性、韌性。 當(dāng)溫度降到某一數(shù)值時(shí)，沖擊韌性AKV突然顯著下降，鋼材易產(chǎn)生脆性斷裂，稱“低溫冷脆”。 所以，應(yīng)針對(duì)結(jié)構(gòu)所處的溫度對(duì)鋼材提出AKV要求。 溫度從常溫上升，200以下，強(qiáng)度、塑性，250左右，強(qiáng)度、塑性、AK

16、V，鋼材變脆，稱為“藍(lán)脆現(xiàn)象”。 所以，經(jīng)常受高溫時(shí)，應(yīng)采取隔熱措施。 以上介紹影響鋼材性能因素的目的是了解鋼材在什么條件下發(fā)生脆性破壞，從而采取措施預(yù)防。23 為了防止脆性破壞的發(fā)生，需注意以下三點(diǎn)：合理的設(shè)計(jì)：構(gòu)造應(yīng)合理，應(yīng)能均勻、連續(xù)地傳遞應(yīng)力， 避免構(gòu)件截面劇烈變化，合理的選用材料。正確的制造：應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行制作，如避免材料 出現(xiàn)硬化，要通過(guò)擴(kuò)孔或刨邊除掉硬化區(qū)，選擇合理 的焊接工藝，對(duì)制作和安裝過(guò)程中所造成的缺陷應(yīng)進(jìn) 行清理和修復(fù)。正確的使用：不得隨意改變結(jié)構(gòu)使用用途或超負(fù)荷使用結(jié) 構(gòu)，不在主要結(jié)構(gòu)上焊接附加的零件、懸掛重物，避 免在運(yùn)輸和安裝過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)造成撞擊。 本節(jié)開(kāi)始

17、時(shí)所述事故原因： 前者：應(yīng)力集中、殘余應(yīng)力、低溫AKV值太小。 后者：大部分板件不滿足沖擊韌性要求。242.4 建筑鋼材的動(dòng)力工作性能 一 鋼材疲勞破壞的特征 循環(huán)荷載：隨時(shí)間而變化的荷載， 如吊車梁和支承振動(dòng)的平臺(tái)梁 每一個(gè)循環(huán)中 max-min 稱為應(yīng)力幅 若為常數(shù)，即1 2n 稱為常幅應(yīng)力循環(huán)。 若為變數(shù)，即1 2 n 稱為變幅應(yīng)力循環(huán)。 應(yīng)力循環(huán)特征用應(yīng)力比值 min /max表示-1125 疲勞破壞：鋼材在循環(huán)荷載作用下，當(dāng)應(yīng)力還低于鋼材的 抗拉強(qiáng)度，甚至低于屈服點(diǎn)時(shí)，就發(fā)生斷裂破壞。 鋼材中存在一些局部缺陷，如不均勻的 雜質(zhì)，軋制時(shí)形成的微裂紋或加工時(shí)造成的刻槽、孔 洞、裂紋等，在

18、荷載作用下，缺陷處的截面上應(yīng)力分 布不均，形成應(yīng)力集中現(xiàn)象，在應(yīng)力高峰附近出現(xiàn)微 觀裂紋，而在循環(huán)荷載作用下，微觀裂紋不斷擴(kuò)展， 逐漸形成宏觀裂紋，這時(shí)截面被削弱，裂紋處的應(yīng)力 集中現(xiàn)象更嚴(yán)重，在應(yīng)力高峰附近形成雙向或三向同 號(hào)拉應(yīng)力場(chǎng)，使鋼材的塑性變形受到限制，荷載循環(huán) 到一定次數(shù)時(shí)，削弱處的截面就會(huì)發(fā)生脆性斷裂破壞。 疲勞破壞的原因：26 疲勞破壞過(guò)程一般經(jīng)歷三個(gè)階段，即裂紋的萌生、裂紋的緩慢擴(kuò)展和最后迅速斷裂。 破壞前無(wú)明顯的宏觀塑性變形，屬于脆性破壞。 斷口特征：具有光滑和粗糙的兩個(gè)區(qū)域 光滑部分是裂縫兩邊的材料時(shí)而相互擠壓、時(shí)而分離而形成的，而粗糙部分是截面的殘存部分不足以承受外力，

19、最終一瞬間突然被拉斷而形成的。 提問(wèn)：只承受變化壓應(yīng)力，而不出現(xiàn)變化拉應(yīng) 力時(shí)，是否會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞？ 鋼材的疲勞強(qiáng)度由試驗(yàn)確定。 影響疲勞強(qiáng)度的最主要因素是構(gòu)造狀況（應(yīng)力集中程度、殘余應(yīng)力），作用的應(yīng)力幅 ，及循環(huán)荷載的循環(huán)次數(shù)。 實(shí)驗(yàn)證明疲勞強(qiáng)度與靜力強(qiáng)度無(wú)明顯關(guān)系。27二 常幅疲勞破壞 大量疲勞試驗(yàn)證明，應(yīng)力幅與疲勞壽命 n 之間呈右圖所示關(guān)系 當(dāng)應(yīng)力幅為1 時(shí)，循環(huán)荷載達(dá)n1次時(shí)，試件破壞 ； 當(dāng)應(yīng)力幅為2 時(shí)，循環(huán)荷載達(dá)n2次時(shí)，試件破壞 ， 即 ： 循環(huán)荷載循環(huán)n1次時(shí)，極限應(yīng)力幅為1 ； 循環(huán)荷載循環(huán)n2次時(shí)，極限應(yīng)力幅為2 。 規(guī)范規(guī)定：當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n5104時(shí)，應(yīng)進(jìn)行 疲勞計(jì)

20、算。 根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按統(tǒng)計(jì)理論得到的回歸方程為： 考慮安全系數(shù)后，得對(duì)應(yīng)于n次循環(huán)的容許應(yīng)力幅為：0lgC-lgnlg)(nClglgn)-(lgC1lg1)(nC1變形28 式中：C、是系數(shù)，可按不同的連接形式和類別 按規(guī)范查表，C、考慮了安全系數(shù)。 疲勞計(jì)算的構(gòu)件和連接分類 （部分 P407） 參數(shù)C、 （P38）項(xiàng)次簡(jiǎn)圖說(shuō)明類別2橫向?qū)雍缚p附近的主體金屬（1）符合 GB50205-2001鋼結(jié)構(gòu)工程 施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范的一級(jí)焊縫（2）經(jīng)加工、磨平的一級(jí)焊縫323不同厚度（或?qū)挾龋M向?qū)雍缚p附近的主體金屬，焊縫加工成平滑過(guò)渡并符合一級(jí)焊縫標(biāo)準(zhǔn)2構(gòu)件和連接類別12345678C (1012

21、 )19408613.262.181.470.960.650.414433333329 從式中看出，知道循環(huán)荷載的循環(huán)次數(shù)，就可求得容許應(yīng)力幅 ：計(jì)算部位的設(shè)計(jì)應(yīng)力幅。 焊接結(jié)構(gòu) max min 非焊接結(jié)構(gòu) max 0.7min 計(jì)算max 、min 時(shí)，按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算，不考慮動(dòng)力系數(shù)，同時(shí)不考慮恒載。注意：以上計(jì)算，只適用于常溫下，且無(wú)強(qiáng)烈腐蝕性環(huán) 境中，否則，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。三 變幅疲勞計(jì)算 實(shí)際結(jié)構(gòu)中作用的交變荷載一般都是變幅循環(huán)荷載，而不是常幅循環(huán)荷載。 如吊車梁、振動(dòng)臺(tái)等，就是受變幅循環(huán)荷載作用。若不發(fā)生疲勞破壞，應(yīng)滿足)(nC130 按常幅疲勞計(jì)算如何？取變幅荷載的最大應(yīng)力幅，

22、按常幅疲勞計(jì)算，但太保守。 1. 已知變幅荷載循環(huán)規(guī)律 按線性累積損傷法則，將變幅疲勞折算成常幅疲勞計(jì)算。 統(tǒng)計(jì)出應(yīng)力幅為i 的循環(huán)次數(shù)，按循環(huán)次數(shù)的多少取循環(huán)次數(shù)多的前10種，如 1、 2 、 3 10 1、 2 、10 對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)分別為 n1 、 n2 、 n1 0 ， 1、 2 、10 對(duì)應(yīng)的常幅疲勞破壞循 環(huán)次數(shù)分別為 N1 、 N2 、N1 0 ， 據(jù)線性累積損傷法則，認(rèn)為滿足下式時(shí)，受變幅荷載的結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞破壞。31 1A1)(nNn101101iiiiii(2)n101Nii)e(n)e(NA101-ii（3）推出：1.NnNnNnNn10102211101iii次后使受變幅

23、荷載的結(jié)構(gòu)發(fā)生常幅（1）常幅疲勞強(qiáng)度與循環(huán)次數(shù)間的關(guān)系為：N = A () A為任意常數(shù)則有： ， 將 Ni 代入（1）式得：另設(shè)想有一常幅的應(yīng)力幅 e (需求之)，N = A（e）-疲勞破壞，將（3）代入（2）得：1011011en)(niiiii-)(ANii在作用所以有：32 e 稱為等效應(yīng)力幅 若變幅荷載作用下不發(fā)生疲勞破壞，應(yīng)滿足： e ：按常幅循環(huán)預(yù)期壽命次的容許應(yīng)力幅。 2 . 吊車梁疲勞計(jì)算 (未知變幅荷載循環(huán)規(guī)律) 受變幅循環(huán)荷載作用，若沒(méi)有測(cè)到或無(wú)法預(yù)測(cè)荷載循環(huán)規(guī)律，按常幅疲勞計(jì)算， f 2106 ：在計(jì)算部位的設(shè)計(jì)應(yīng)力幅（最大應(yīng)力幅）； 2106：循環(huán)次數(shù)n=2106 次

24、的容許應(yīng)力幅； f ：欠載效應(yīng)的等效系數(shù)（查表）； 考慮實(shí)際變幅荷載有時(shí)出現(xiàn)低于設(shè)計(jì) 應(yīng)力幅的情況。33 此計(jì)算適合于重級(jí)工作制吊車梁，重級(jí)、中級(jí)工 作制吊車桁架的疲勞計(jì)算。 對(duì)于輕級(jí)工作制吊車梁和吊車桁架、大多數(shù)中級(jí) 工作制吊車梁，據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可不作疲勞計(jì)算。 疲勞極限狀態(tài)的概念還不清楚，只能沿用容許 應(yīng)力設(shè)計(jì)法。 以上講的疲勞為高周疲勞，此類疲勞的斷裂壽 命長(zhǎng)，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)5104，斷裂應(yīng)力水平 低， fy ，故又稱低應(yīng)力疲勞。 另有低周疲勞，其特點(diǎn)是壽命短，循環(huán)次數(shù) 少，應(yīng)力水平高，低周疲勞的內(nèi)容忽略。 不出現(xiàn)循環(huán)拉應(yīng)力的部位，不計(jì)算疲勞。 說(shuō)明：注意：342.5 建筑鋼材的種類、規(guī)格和選用

25、一 碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)是按屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù) 值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法符號(hào)的順序排列。 如 Q235 AF 屈服點(diǎn)的字母：Q 屈服點(diǎn)數(shù)值：195 、 215 、 235 、 255 、 275 強(qiáng)度低 塑性、韌性差 質(zhì)量等級(jí)符號(hào)： A： 供方保證 fy 、fu 、5及Si 、S 、P含量，C 、 Mn含量不作為交貨條件，C0.2% 。 B： 供方保證 fy 、fu 、5 、 C： 冷彎性能及C 、S 、Mn 、 D： Si 、P含量， C0.20% 另+20的AKV另 0的AKV另-20的AKV35 不同質(zhì)量等級(jí)的同一類鋼材，力學(xué)性能指標(biāo)基本相 同，化學(xué)成分和 AKV 不同，A

26、級(jí)鋼不保證冷彎性能。 脫氧方法： 沸騰鋼（F）：Mn為脫氧劑，脫氧不完全，質(zhì)量差， 鎮(zhèn)靜鋼（Z）：Mn、Si為脫氧劑，脫氧完全，質(zhì)量好， 半鎮(zhèn)靜鋼（b）：脫氧程度及質(zhì)量介于以上兩者之間， 特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）：外加鋁脫氧，質(zhì)量更好。 A 、B級(jí)鋼：脫氧方法有 F 、Z 、b C 級(jí)鋼：脫氧方法只有 Z D 級(jí)鋼：脫氧方法只有 TZ Z 、TZ 可省略。二 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 在碳素結(jié)構(gòu)鋼中加入少量幾種合金元素形成，合金元素的總量低于5，C0.2%，質(zhì)量好。36 牌號(hào)編制與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同 如 Q295 、Q345 、Q390 、Q420 、Q460 分為A、B 、C 、D 、E五個(gè)質(zhì)量等級(jí)， 每一

27、級(jí)的質(zhì)量保證項(xiàng)目類似碳素結(jié)構(gòu)鋼，A級(jí)鋼應(yīng)進(jìn)行冷彎試驗(yàn)復(fù)驗(yàn)，E級(jí)質(zhì)量保證項(xiàng)目同 B 、C 、D ，另外還要保證 -40的AKV 。 C 、D 、E 級(jí)為特殊鎮(zhèn)靜鋼， A、B級(jí)為鎮(zhèn)靜鋼，不標(biāo)注脫氧方法。三 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 與碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，雜質(zhì)少，S、P含量小于0.035 鋼號(hào)：如 45 或 45Mn ， 前面兩位數(shù)表示含C量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)，前者表示含Mn量較少，后者表示含Mn量較多。 鋼結(jié)構(gòu)中較少應(yīng)用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。37四 鋼材的規(guī)格 鋼板： 厚鋼板 4.560mm，薄鋼板 0.354mm， 表示方法：寬厚長(zhǎng)（長(zhǎng)度可不標(biāo)）。 如10081000 角鋼： 分為等邊角鋼和不等邊角鋼，長(zhǎng)度419m， 表示方

28、法：長(zhǎng)邊寬短邊寬厚度 邊寬厚度 如 20012514 。 工字鋼：它的編號(hào)以截面高度（cm）表示， 長(zhǎng)519 m，如I36a 根據(jù)腹板厚度分為a 、b 、c三類， a 類腹板較薄，用于受彎經(jīng)濟(jì)， c 類腹板較厚，不經(jīng)濟(jì)，生產(chǎn)較少。38 槽鋼：編號(hào)規(guī)則同工字鋼，如28b 。 鋼管：表示方法：D外徑壁厚，長(zhǎng)度312m， 無(wú)縫鋼管：壁厚，經(jīng)濟(jì)性差， 最大可達(dá) D219， 焊接卷管：經(jīng)濟(jì)性好。 H型鋼：表示方法： 代號(hào)+高度H寬度B腹板厚翼緣厚 H W ：表示寬翼緣H型鋼 H M ：表示中翼緣H型鋼 H N ：表示窄翼緣H型鋼 特點(diǎn)：翼緣板的內(nèi)外表面平行。 如H W4004001321 H型鋼可剖分為

29、T型鋼，代號(hào)為TW、TM 、TN分為代號(hào)39五 鋼材的選用 應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特征、結(jié)構(gòu)形式、應(yīng)力狀態(tài)、連接方法、鋼材厚度和工作環(huán)境等因素綜合考慮，既要滿足結(jié)構(gòu)安全可靠，又要盡可能節(jié)約鋼材、降低造價(jià)。 1. 承重結(jié)構(gòu)鋼材應(yīng)具有 fu、fy、和S、P的合格保證； 焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)具有C含量的合格保證； 焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)鋼材應(yīng)具 有冷彎性能的合格保證。 2. 主要焊接結(jié)構(gòu)不能采用Q235A級(jí)鋼。 因含碳量不作為交貨條件，無(wú)法保證含碳量。 3. Q235-BF鋼，厚度不宜大于25mm， 因厚度大，質(zhì)量不易保證。40 4 . 需驗(yàn)算疲勞的結(jié)構(gòu)鋼材，應(yīng)具有常溫AKV的保證。 0的AKV(Q235、Q345) -20的AKV(Q390、Q420) -20的AKV(Q235、Q345) -40的AKV(Q390、Q420) 0的AKV(Q235、Q345) -20的AKV(Q390、Q420) 5. 下列情況不能采用Q235沸騰鋼， 直接受動(dòng)荷，且需驗(yàn)算疲勞； 直接受動(dòng)荷，不需驗(yàn)算疲勞，但工作溫 度-20；及受靜載的受彎和受拉的重 要承重結(jié)構(gòu)； 工作溫度-30的所有承重結(jié)構(gòu)。 非焊接結(jié)構(gòu)：工作