6.疲劳计算

第六章疲劳计算

通过大量全尺寸梁试件的疲劳断裂试验证明：影响焊接结构疲劳强度的最重要因素是应力幅（最大应力与最小应力的代数差）、接头细部构造类型，而不是最大应力、应力比。从而使焊接结构的疲劳设计概念产生了改变，即从按最大应力设计改变为按应力幅设计的概念。

应力设计改变为按应力幅设计的概念

第一节最大应力法

对非焊接结构，应用最大应力法设计的概念还是对的。最大应力法认为，影响结构构件或连接疲劳强度的主要因素有最大应力、应力比、循环次数和缺口效应（构造类型的应力集中情况）等应力比为绝对值最小与最大应数和缺口效应（构造类型的应力集中情况）等。应力比为绝对值最小与最大应力之比（拉应力取正值，压应力取负值），它代表了应力循环特征。

N σ?最大应力法是依靠对结构原型或模型的疲劳试验所得出的曲线，用以预估疲劳强度或寿命，国外通常称为曲线，S 代表应力，N 为以循环次数表示的疲劳寿命。

S N ?

疲劳强度的计算公式为

疲劳强度的计算公式为：（6.10）

[]σσΔ≤Δ为名义应力的应力幅。其中为计算部位各次应力循环中最大拉应力

（取正值）；

为计算部位各次应力循环中最小拉应力（取正值）或压应力（取负值）σΔmax σmin σ（取负值）。

上述的应力符号是广义应力，它多数情况代表正应力，但也可能代表剪应力（如计算角焊缝的疲劳强度时）。σ三、非焊接结构常幅疲劳的折算应力幅

非焊接结构一般不存在很高的残余应力。对应力比的同号应力循环，因残余应力对疲劳强度影响不大，仍可用与焊接结构相同的应力幅进行计算。但对的异号应力循环，采用应力幅计算将偏于安全太多。规范为了统一用一种表达式，引入了折算应力幅的概念。计算式为：

（6.11）

上式实际上与最大应力法的计算式是一致的。

[]max min 0.7σσσσΔ=?≤Δ

第三节变幅疲劳的等效应力幅

（略）

第四节吊车梁和吊车桁架的疲劳计算吊车荷载是典型的变幅荷载。规范规定，对重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架的疲劳应按下式计算：

611（6.11）式中，[]6

f 210ασσ×?Δ≤Δ为欠载效应系数，既包含了变幅荷载的欠载，又包括了在使用基准期内循环次数N 超过次的影响。表示循环次数为次的常幅疲劳的容许应力幅。

f α6210×6210×[]6210σ×Δ

第五节疲劳计算的特点和讨论

1.疲劳计算的荷载应采用标准值，不考虑荷载分项系数，另外动态荷载不乘动力系数。

2.在建筑结构中很少遇到常幅疲劳的情况，对变幅疲劳，计算时应预知设计应力谱。如果设计的是一种新结构，就不可能找到类似结构来测定应力谱。因此，在缺乏可用资料的情况下，变幅疲劳也可偏于安全地近似按常幅疲劳计算。

3.试验证明，钢材静力强度的不同，对大多数焊接连接部位的疲劳强度

3试验证明钢材静力强度的不同对大多数焊接连接部位的疲劳强度没有显著差别。为简化表达式，可认为所有类别的容许应力幅与钢种无关。这样，由疲劳控制设计的构件采用较高强度的钢种是不经济的。

在应力循环中不出现拉应力的部位不必进行疲劳计算但对有反复内4.在应力循环中不出现拉应力的部位不必进行疲劳计算。但对有反复内力的构件，拉应力的绝对值大于压应力的绝对值，与压应力绝对值大于拉应力的绝对值相比前者疲劳裂缝更容易开裂按规范计算方法只要力的绝对值相比，前者疲劳裂缝更容易开裂。按规范计算方法，只要

相同，其疲劳强度就相同，这未免对后者来说偏于保守，有必要重新研究。

5.本章所论及的疲劳问题都属于高周低应变疲劳，即总应变幅小，破坏σΔ前荷载循环次数多。对于总应变幅大，破坏前循环次数少的属于低周高应变疲劳。低周疲劳的破坏机理和表达式均有其本身特点，不能按本章规定的计算方法进行计算

算方法进行计算。6.新规范与原规范相比，对本章内容没有什么改变。仅将原规范附表51E-1规定的梁“翼缘焊缝附近的主体金属，焊缝质量5.1（新为附表E 1）项次5规定的梁翼缘焊缝附近的主体金属，焊缝质量经无损检验符合二级标准”进行了修改。这是因为梁翼缘焊缝往往是角焊缝，而角焊缝无法无损检验（因内部探伤不准确），不能要求“符合二级标准”只能要求角焊缝为三级焊缝但可要求其外观质量标准符合二级标准，只能要求角焊缝为三级焊缝，但可要求其外观质量标准符合二级。新规范明确提出，这就解决了与钢结构工程施工质量验收规范GB50205之间的矛盾。