钢结构脆性断裂与疲劳破坏浅析
第8章钢结构的脆性断裂和疲劳 - 卢总讲话
8.2钢结构抗疲劳设计第八章钢结构的脆性断裂和疲劳8.1 钢结构脆性断裂及其防止8.1.1 脆性断裂破坏从宏观上讲，最近破坏的主要特征表现为断裂时伸长量极其微小，(例如生铁在单向拉伸断裂时为0.5%～0.6%)。
如果结构的最终破坏是由于其构件的脆性断裂导致的，那么我们称结构发生了脆性破坏。
对于脆性破坏的结构。
几乎观察不到构件的塑性发展过程，往往没有破坏的预兆，因而破坏的后果经常是灾难性的。
工程设计的任何领域，无一例外地度都要求避免结构的脆性破坏(如在钢筋混凝土结构中避免设计超筋梁)，其道理就在于此。
脆性断裂破坏大致可分为如下几类：①过载断裂：由于过载，强度不足而导致的断裂。
这种断裂破坏发生的速度通常极高(可高达2100m/s),后果极其严重。
在钢结构中，过载断裂只出现在高强钢丝束、钢绞线和钢丝绳等脆性材料做成的构件。
②非过载断裂：塑性很好的钢结构件在缺陷、低温等因素影响下突然呈现脆性断裂。
③应力腐蚀断裂：在腐蚀性环境中承受静力和准静力荷载作用的结构，在远低于屈服极限的应力状态下发生的断裂破坏成为应力腐蚀断裂。
它是腐蚀和非过载断裂的综合结果。
一般认为,强度越高则对应力腐蚀断裂越敏感。
对于常见碳钢和低合金钢而言,屈服强度大于700Mpa时,才表现出对应力腐蚀断裂比较敏感。
据一项1974年的调查报告称,我国铁路桥梁的高强度螺栓在十几年间约有五千分之一发生了应力腐蚀断裂。
此后采用20MnTiB钢和35VB代替40B钢,情况大有改善。
④疲劳断裂与腐蚀疲劳断裂：在交变荷载作用下，裂纹的失稳扩展导致的断裂破坏称为疲劳断裂。
疲劳断裂有高周和低周之分。
循环周数在10的5次方以上者称为高周疲劳,属于钢结构中常见的情况。
低周疲劳断裂前的周数只有几百或几十次,每次都有较大的非弹性应变。
典型的低周破坏产生于强烈地震作用下。
环境介质导致或加速疲劳裂纹的萌生和扩展称为腐蚀疲劳。
⑤氢脆断裂：氢可以在冶炼和焊接过程中侵入金属造成材料韧性降低而可能导致的断裂。
钢结构建筑疲劳破坏事故原因及改善措施
钢结构建筑疲劳破坏事故原因及改善措施一、疲劳破坏的概念疲劳间题最初是在1829年由法国采矿工程师尔倍特(W.A.J. Albert)根据他所做的铁链的重复载荷试验所提出的。
1839年波客来持( Poncelet)肖先采用“疲劳“( Fatigue)一词来描述“在反复施加的载荷作用下的结构破坏现象”,但是以”疲劳”一词作为题目的第一篇论文是由勃累士畏( Braithwaite)于1854年在伦敦土木工程年会上发表的。
在第二次世界大战中,发生了多起飞机疲劳失事事故,人们从一系列的灾难性事放中,逐渐认识到疲劳破坏的严重性。
金属结构的疲劳是工程界早已关注的问题。
就金属结构而言,包括飞机,车辆等各类结构都在内的总体,大约80%-90%的装坏事故和疲劳有关。
其中土建钢结构所占的比重虽然不大,但随着焊接结构的发展,焊接吊车梁的疲劳问题已十分普遍,受到了工程界人士的重视。
目前,《钢结构设计规范》中已建立了疲劳验算方法,此方法对防止疲劳破坏的发生有重要作用。
钢结构的瘦劳破坏是指钢材或构件在反复交变荷载作用下在应力远低于抗控极限强度甚至屈服点的情况下发生的一种破坏。
就断裂力学的观点而言,疲劳破坏是从裂纹起始,扩展到最终断裂的过程。
疲劳破坏与静力强度破坏是截然不同的两个概念。
它与塑性破坏和脆性破坏相比具有以下特点：（1）疲劳破坏是钢结构在反复交变动载作用下的破坏形式,而塑性破坏和性破坏是钢结构在静载作用下的破坏形式。
（2）疲劳破坏虽然具有性破坏特征,但不完全相同。
劳破坏经历了裂缠起始、扩展和断裂的漫长过程,而脆性破坏往往是无任何先兆的情况下瞬间突然发生。
（3）就疲劳破坏断口面言,一般分为疲劳区和瞬断区(图1)。
疲劳区记载了裂缝扩展和闭合的过程,颜色发暗,表面有较清楚的疲劳纹理,呈沙滩状或波纹状。
瞬断区真实反映了当构件截面因裂缝扩展削弱到一临界尺寸时脆性断裂的特点,瞬断区晶粒粗亮。
二、疲劳破坏的影响因素分析疲劳是一个十分复杂的过程,从微观到宏观,疲劳破坏受到众多因素的影响,尤其是对材料和构件静力强度影响很小的因素,对疲劳影响却非常显著,例如构件的表面缺陷,应力集中等。
钢结构的材料损伤与断裂分析
钢结构的材料损伤与断裂分析引言钢结构是一种常见的工程结构，广泛应用于大型建筑、桥梁、航空航天和海洋工程等领域。
随着使用时间的增加，钢结构可能会受到材料损伤和断裂影响，导致结构的失效。
因此，对钢结构的材料损伤与断裂进行分析是十分重要的，可帮助工程师评估结构的安全性、制定维修计划和改进设计。
本文将介绍钢结构材料损伤和断裂的常见原因，并探讨分析方法和预防措施。
材料损伤原因腐蚀钢结构在受到湿气、盐水或化学介质的长期作用下，会产生腐蚀现象。
腐蚀作用会使钢结构表面产生氧化物，并逐渐破坏材料的内部结构，导致强度降低或出现局部腐蚀。
疲劳钢结构在经过长期重复加载后，会出现疲劳现象。
疲劳裂纹通常从材料表面开始形成，并逐渐扩展到内部。
如果这些裂纹未能及时检测和修复，可能导致严重的断裂事故。
高温高温环境下，钢结构的强度和刚度会发生变化。
超过临界温度时，钢结构会出现软化和失稳现象，导致结构崩溃。
负荷超载钢结构在设计阶段考虑的荷载和实际使用中承受的荷载可能存在差异。
长期超载会使钢结构的应力超过承载能力，从而引发材料损伤和断裂。
分析方法静态分析钢结构的静态分析通常通过有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）来进行。
在分析过程中，将结构划分为小的有限元，并利用数学模型和计算方法求解结构的应力和变形。
根据材料的物理性质和损伤模型，可以预测结构在不同荷载条件下的损伤和破坏行为。
动力学分析动力学分析可以帮助工程师理解结构在动态荷载下的行为。
通过数学模型和计算方法，可以预测结构在地震、风载和爆炸等荷载作用下的响应，从而判断结构是否存在损伤和断裂的风险。
检测与监测定期的检测和监测是预防和识别钢结构损伤与断裂的关键。
常用的方法包括超声波检测、磁粉检测和视觉检测等。
这些方法可以帮助工程师发现结构中的裂纹、腐蚀和其他损伤，及时采取修复措施。
预防与维修为了预防钢结构发生材料损伤和断裂，以下措施可以采取：1.选择合适的防腐涂层，以防止腐蚀现象的发生。
钢结构疲劳分析
钢结构疲劳问题
其他原因： 行动活荷载； 焊接缺陷：孔洞、夹渣等； 成型控制缺陷（冲孔、剪边、气割）； 几何截面的突然变形； 地震的对结构的反复摇摆，温度变化。
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钢结构疲劳问题
疲劳计算原则
安全寿命法：先估计一个荷载谱，然后通过分析和实验找出 关键构件在这一荷载普下的语气寿命，在引入安全系数以得 到安全寿命，安全寿命决定使用期限，就够后构件到安全寿 命就要报废或者更换，使用于飞机设计。
应力比：R=min/ max
应力幅：循环一周最大、最小应力差
= max- min
t
t
常幅疲劳
变幅疲劳
“常幅疲劳”是指在使用期内交变荷载下每次循环的应力变化幅 值相同；否则称“变幅疲劳”。承受吊车荷载的吊车梁属变幅疲 劳，因为起吊重量有时满载，有时欠载。
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钢结构疲劳问题
a）静应力R=1 b）脉动循环应力R=0 c)对称循环应力R=-1
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钢结构疲劳问题
延长疲劳寿命的方法： 减小初始裂纹尺寸a1。因为在裂纹尺寸很小时，扩展速率da/dN很低； 降低构件所承受的应力和采用韧性较好的材料。减低应力幅要求增大构件截 面，从而提高造价。采用高韧性材料和加强施工质量控制也都要提高造价。 于是要权衡轻重做出最佳的方案
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钢结构疲劳问题
高周疲劳：在疲劳破坏之前具有应力大，应变小的特点 低周疲劳：在疲劳破损之前具有应力小，应变大的特点 采用较小的循环应力，可降低疲劳强度，增大构件的寿命
I:对接焊缝 II:角接焊缝
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应力幅准则
自从焊接结构用于承受疲劳荷载以来，工程界从实践逐渐认识
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A的纵坐标是在N=N1时，交变循环荷载作用下的 max
钢结构疲劳分析
外因：应力集中程度 应力幅值 应力循环特征值 循环次数 环境：接触疲劳、高温疲劳、热疲劳和腐蚀疲劳
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钢结构疲劳问题
疲劳破坏机理
1）形成微裂纹 材料已有微裂纹或加载使杂质附近发生应力集中，造成新的 微裂纹。 疲劳破坏由裂缝发展所致。因此，无拉应力，则无疲劳破 坏；无拉应力，不验算疲劳。 裂缝反复扩张、闭合，使疲劳断口上有半椭园光滑区，其余 部分粗糙；
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钢结构疲劳问题
对焊接结构而言，构造细节主要表现在零件之间的连接方式和焊缝的 形式，在同样的应力幅作用下，结构没有焊缝的部位，疲劳破坏前的 循环次数高于对接焊缝的部位，对接焊缝部位高于角焊缝的部位（虚 线）
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延长疲劳寿命的方法： 减小初始裂纹尺寸a1。因为在裂纹尺寸很小时，扩展速率da/dN很低； 降低构件所承受的应力和采用韧性较好的材料。减低应力幅要求增大构件截 面，从而提高造价。采用高韧性材料和加强施工质量控制也都要提高造价。 于是要权衡轻重做出最佳的方案
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钢结构疲劳问题
钢材的疲劳过程 可分为裂纹的形成、裂纹缓慢扩展和最后迅速断裂 三个阶段。 疲劳强度与反复荷载引起的应力种类（拉应力、压 应力、剪应力和复杂应力等）、应力循环形式、应 力循环次数、应力集中程度和残余应力等有关。
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产生疲劳的原因
内因：钢材材性、结构构造。 材料局部缺陷（工艺微裂纹、焊缝夹渣）
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应力比准则
长期以来钢结构的疲劳一直按应力比准则。对一定的循环次数 ，构件的疲劳强度和以应力比为代表应力循环特征是密切相关的 ，对引进安全系数即可得到设计用的疲劳应力容许值：
max f ( R)
p
对于我国采用的是TJ17-74中的疲劳容许应力计算公式：
钢结构基本原理第9章 钢结构的脆性断裂与疲劳破坏 (2)
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第二节钢结构的疲劳破坏 一、疲劳破坏的概念
钢材在持续反复荷载作用下，虽然其应力低于 强度极限，甚至还低于屈服极限，仍会发生突然的 脆性断裂破坏，称为钢材的疲劳。金属结构的疲劳 按其断裂前的应力大小和应力循环次数可分为高周 疲劳和低周疲劳两种，钢结构只考虑高周疲劳计算。
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一、疲劳破坏的概念
钢材的疲劳破坏过程: 裂纹的形成→裂纹的缓慢 扩展→裂纹的迅速断裂。 疲劳破坏属于没有明显变 形的脆性破坏，危险性较 大。疲劳破坏的断口如图 9-6所示。
图9-6 断口示意 1-光滑区 2-粗糙区
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二、影响疲劳破坏的因素 钢结构的疲劳破坏先决条件是微观裂纹的形成 和裂纹部位的应力集中，然后取决于作用的连续重 复荷载产生的应力因素——应力比或应力幅，以及 应力循环次数等。
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(一)微观裂纹和应力集中 钢材生产和制造等过程中，在结构的某些部 位存在着局部微小缺陷， 即“类裂纹”。随着裂 纹的逐渐开展，应力集中现象越来越严重，进而 促使裂纹更继续开展。当重复荷载达到一定循环 次数时，裂纹的发展将使截面削弱更多，导致承 受不了外力作用，最终发生脆性断裂，形成疲劳 破坏。
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(三)材料韧性 影响材料韧性的因素除了化学成分、冶炼方 法、浇铸方式、轧钢工艺、焊接工艺等之外，钢 板厚度、应力状态、工作温度和加荷速率等有明 显的影响。 （1）钢板厚度 图9-2示出材料断裂 韧性随厚度变化的情况， 钢板厚度越大，韧性越 低，破坏的断面越平整， 表明是脆性破坏。 图9-2断裂韧性随 厚度变化
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(一) 裂纹 当裂纹扩展到临界尺寸，脆性断裂就会发生 。当一块板处于平面应变条件下（图9-1），如果 应力强度因子 K1 a K IC (9-1) 则裂纹将迅速扩展而造成断裂。
第八章钢结构的脆性断裂和疲劳
第一节钢结构脆性断裂及其防止 一、脆性断裂破坏 脆性破坏特征：破坏前无明显变形，平均应力也较小， 没有任何预兆。破坏断口平直，呈有光泽的晶粒状，突 然发生危险性大，应尽量避免。 脆性断裂破坏分类： ①过载断裂：由于过载，强度不足而导致的断裂。在钢 结构中，过载断裂只出现在高强钢丝束、钢绞线和钢 丝绳等脆性材料做成的构件。 ②非过载断裂：塑性很好的钢构件在缺陷、低温等因素 影响下突然呈脆性断裂。破坏时应力并未达到材料的 抗拉强度，甚至还低于屈服点。
静定结构：静定结构（构件）采用多路径传递荷载比 单路径传递荷载在防止结构脆性断裂上效果更好。因 为多路径结构使局部破坏不至于殃及整体结构的坍塌. 2)、细部构造 构造间隙的设置：当焊缝长度方向无垂直于间隙的拉 力时，设置构造间隙有利于阻止裂缝的发展。否则， 构造间隙的类裂纹作用十分有害。在它近旁的高度应 力集中，高额的焊接残余应力，以及因热塑变形而时 效硬化导致的基体金属的脆性提高，经常扮演诱发裂 纹的角色。低温地区的结构必须避免这种留有间隙的 构造设计。在板的拼接中，不宜留狭长的拼接间隙， 而要采用两面剖口的对接焊缝并予以焊透，或者采用 图8-4所示的构造方案。
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三、改善结构疲劳性能的措施 改善结构疲劳性能应当从影响疲劳寿命的主要因素 入手： 正确选材： 采用高韧性材料 采用合理的构造细节： 减小应力集中程度，从而使结构的尺寸由静力(强 度，稳定)计算而不是由疲劳计算来控制； 严格控制施工质量： 采用一些有效的工艺措施，减少初始裂纹的数量和 尺寸。min源自C n1
式中参数C和β 根据构件和连接的类别按表8-1采用
说明： 1）承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当 应力变化循环次数n等于或大于5×104次时，应进行 疲劳计算； 2）在应力循环中不出现拉应力的部位,可不计算疲劳； 3）计算疲劳时，应采用荷载的标准值； 4) 容许应力幅并不随钢材抗拉强度变化而变化。因此 当疲劳计算控制设计时，高强钢材往往不能充分发挥 作用。 变幅疲劳的验算：若能预测结构在使用寿命期间各 种荷载的应力幅以及次数分布所构成的设计应力谱，则 根据累积损伤原理可将变幅疲劳折合为等效常幅疲劳， 按下式计算： e
钢结构的脆性断裂和疲劳
第8章 钢结构的脆性断裂和疲劳8.1 钢结构脆性断裂及其防止8.1.1 脆性断裂破坏脆性破坏: 结构的最终破坏是由于其构件的脆性断裂导致的。
特点：无塑性发展或很小，断裂时伸长量极其微小，没有破坏的预兆。
脆性破坏分类①过载断裂:由于过载,强度不足而导致的断裂。
特点：破坏速度快，主要是钢丝束、钢绞线和钢丝绳等。
②非过载断裂:塑性很好的钢构件在缺陷、低温等因素影响下突然呈脆性断裂 ③应力腐蚀断裂:在腐蚀性环境中承受静力或准静力荷载作用的结构,在远低于屈服极限的应力状态下发生的断裂，强度越高则对应力腐蚀断裂越敏感。
④疲劳断裂与腐蚀疲劳断裂:在交变荷载作用下,裂纹的失稳扩展导致的断裂，高周：循环周数在105以上者，低周：只有几百或几十次, 环境介质导致或加速疲劳裂纹的萌生和扩展称为腐蚀疲劳。
⑤ 氢脆断裂: 氢使材料韧性降低而导致的断裂钢结构的非过载脆性破坏P3028.1.2脆性断裂的防止 构件不出现非过载脆性断裂的条件IC I K K ≤=σπα（含义见书） 为了防止脆性断裂,需要从三个方面着手：1.钢材选择（保证足够韧性IC K ）材料韧性指标：冲击韧性。
碳素钢：夏比V 形缺口冲击功不低于27J ；低合金高强度结构钢：夏比V 形缺口冲击功不低于34J ；公路钢桥和吊车梁在翼缘板厚度不超过4Omm ，按所处最低温度加40℃级别要求； 公路钢桥和吊车梁在翼缘板厚度超过 4Omm, 降低最低温度；低温地区避免用厚度大的钢板，必须用厚板时,应提高对冲击韧性的要求或进行全厚度韧性试验。
2.初始裂纹：减小初始裂纹，避免形成裂缝间隙，保证焊缝质量,限制和避免焊接缺陷，焊缝表面不得有裂纹；3.应力：缓和应力集中，减小应力值，避免受到约束而产生高额残余应力4.结构形式与构造细节：超静定结构优于静定结构：由于地基不均匀沉陷会导致严重不利的内力重分布。
静定结构采用多路径传递荷载优于单路径传递荷载。
单个构件：多路径组织要优于单路径组织焊接受弯构件的受拉翼缘，当弯矩很大,需要选取较厚的翼缘时,从抗断裂的角度看,后者要比前者有利。
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钢结构脆性断裂与疲劳破坏浅析一、脆性断裂钢材或钢结构的脆性断裂是指应力低于钢材抗拉强度或屈服强度情况下发生突然断裂的破坏。
钢结构尤其是焊接结构，由于钢材、加工制造、焊接等质量和构造上的原因，往往存在类似于裂纹性的缺陷。
脆性断裂大多是因这些缺陷发展以致裂纹失稳扩展而发生的，当裂纹缓慢扩展到一定程度后，断裂即以极高速度扩展,脆断前无任何预兆而突然发生破坏。
钢结构脆性断裂破坏事故往往是多种不利因素综合影响的结果，主要是以下几方面：(1)钢材质量差、厚度大：钢材的碳、硫、磷、氧、氮等元素含量过高，晶粒较粗，夹杂物等冶金缺陷严重，韧性差等；较厚的钢材辊轧次数较少，材质差、韧性低，可能存在较多的冶金缺陷。
(2)结构或构件构造不合理：孔洞、缺口或截面改变急剧或布置不当等使应力集中严重。
(3)制造安装质量差：焊接、安装工艺不合理,焊缝交错，焊接缺陷大，残余应力严重；冷加工引起的应变硬化和随后出现的应变时效使钢材变脆。
(4)结构受有较大动力荷载或反复荷载作用：但荷载在结构上作用速度很快时（如吊车行进时由于轨缝处高差而造成对吊车梁的冲击作用和地震作用等），材料的应力-应变特性就要发生很大的改变。
随着加荷速度增大，屈服点将提高而韧性降低。
特别是和缺陷、应力集中、低温等因素同时作用时，材料的脆性将显著增加。
(5)在较低环境温度下工作：当温度从常温开始下降肘,材料的缺口韧性将随之降低,材料逐渐变脆。
这种性质称为低温冷脆。
不同的钢种，向脆性转化的温度并不相同。
同一种材料,也会由于缺口形状的尖锐程度不同，而在不同温度下发生脆性断裂。
所以，这里所说的"低温"并没有困定的界限。
为了确定缺口韧性随温度变化的关系，目前都采用冲击韧性试验。
显而易见,随着温度的降低，Cv能量值迅下降，材料将由塑性破坏转变为脆性破坏。
同时可见，钢材由塑性破坏到脆性破坏的转变是在一个温度区间内完成的，此温度区T1－T2称为转变温度区。
在转变温度区内，曲线的转折点〈最陡点〉所对应的温度T0称为转变温度。
如果把低于T0的完全脆性破坏的最高温度Tl作为钢结构的脆断设计温度，即可保证钢结构低温工作的安全。
这一脆断设计温度是根据大量使用经验和实验资料统计分析确定的。
对于一般钢结构,取对应于Cv=2.07公斤-米的温度。
为了保证钢结构的安全使用，应保证其使用温度高于T1。
二、疲劳破坏1.疲劳破坏的概念钢材在连续反复荷载作用下，其应力虽然没有达到抗拉强度，甚至还低于屈服强度时，也可能发生突然破坏，这种现象称为疲劳破坏。
钢材在疲劳破坏之前，没有明显的变形，是一种突然发生的脆性断裂，所以疲劳破坏属于反复荷载作用下的脆性破坏。
钢材的疲劳破坏是经过长时间的发展过程才出现的，其破坏过程可分为三个阶段：裂纹的形成、裂纹缓慢扩展、最后迅速断裂而破坏。
钢材的疲劳破坏首先是由于钢材内部结构不均匀和应力分布不均匀所引起的。
应力集中可以使个别晶粒很快出现塑性变形及硬化，从而大大降低钢材的疲劳强度。
对于承受连续反复荷载的结构，设计时必须考虑钢材的疲劳问题。
反复作用的荷载值不随时间变化，则在所有应力循环内的应力幅将保持常量，称为常幅疲劳。
若反复荷载作用下，应力循环内的应力随时间随机变化，则称为变幅疲劳。
试验结果证明,影响钢材疲劳强度的主要因素是应力集中、作用的应力幅和应力的循环次数,而与钢材的静力强度无关（但与钢材的质量有关）。
应力集中对疲劳强度影响最大，应力集中以截面几何形状突然改变处最为明显。
但对没有截面改变的钢材,也存在着微观裂纹引起的应力集中的因素,如焊接结构及其附近主体金属中的气孔、裂纹、夹渣等缺陷，以及易产生缺陷的焊缝趾和焊缝端部；非焊接结构的孔洞、刻槽；钢材内部的偏析、非金属夹杂；制造过程中剪切、冲孔、切割等;同时还有热轧和焊接时产生的热残余应力,尤其是后者对疲劳强度影响更大。
根据试验研究结果,可将构件和连接形式按应力集中的影响程度由低到高分为8类。
第一类为基本无应力集中影响的无连接处的主体金属,第8类则为应力集中最严重的角焊缝。
2．提高疲劳性能的措施——消除应力集中（1）钢材选用我国规范对钢材选用采取规定钢号和保证项目的办法。
考虑的因素有:(1)是否焊接结构；(2)是否承受动力荷载；(3)是否处于低温。
对于焊接结构,钢材质量要求得比非焊接结构严格。
关于保证项目必须符合有关要求,。
这里着重讨论钢号问题。
（1）焊接构件的要求高于铆接构件：铆接重级工作制吊车梁,当计算温度高于－20℃时可以采用Q235沸腾钢,同样条件下的焊接吊车梁则必须采用Q235镇静钢〈或低合金钢〉。
（2）重级工作制构件高于中轻级工作制构件，处于低温工作的构件要求高：对于处在低温的其他结构,材料也要求严格,如50t以上的中级工作制焊接吊车梁,当计算温度高于－20℃时可以采用Q235沸腾钢,而当计算温度等于或低于－20℃时，则应该用Q235镇静钢。
（3）承受动力荷载的构件要求高于承受静力荷载的构件。
前者除荷载循环次数少,或荷载小,或非焊接结构外,都要求用镇静钢,并保证冲击韧性；后者除在温度低达－30℃的情况外都可以用沸腾钢,且不论温度是否低于－30℃都不要求保证冲击韧性。
我国规范不足之处,是没有把焊接结构的选材和钢材厚度相联系。
欧洲的一些钢材选用的规定,考虑因素多而细致。
比如把应力状态分为三个等级,钢板厚度每差15mm为一个等级,气温分为>－10℃和－10至－30℃两级,还把构件的重要性分为两级。
把这些级别综合起来,选定构件材料的质量等级。
材料等级分为1d、B、c、D四级,以冲击试验的温度为准。
（2）工艺措施钢结构的焊缝必须严格控制质量。
为此,国家标准钢结构工程施工及验收规范规定了焊缝质量检查的方法,分级标准和容许存在的缺陷。
焊缝的焊趾部位时常存在肉眼不能发现的咬边,深度约在0.25mm左右,并有焊渣从这里侵入。
焊趾的咬边起着切口的效应,对疲劳寿命很不利。
工艺措施的目的就在于消除切口,缓和应力集中,或是在表层形成压缩残余应力。
目前采用的主要方法有打磨法,、TIG法和锤击法，其中打磨工艺比较简单,但效果不很理想，锤击法效果最好。
用砂轮打磨以除去焊趾咬边,可以改善横向受力时的疲劳性能。
左侧所示打磨虽然使几何形状的改变有所缓和,但未能消除切口这一隐患,因此是不正确而无效的。
必须如右侧所示,不仅把切口完全除去,并且还要再磨去0.5mm除去侵入熔化金属的焊渣。
当然,母材磨去深度d不应过大,不应超过2mm或板厚的5%,打磨时应避免使焊缝有效厚度受到削弱。
此外，还应注意,打磨留下的痕纹应平行于受力方向而不是垂直于受力方向。
对接焊缝在焊跟、焊缝快陷及焊缝余高的焊趾等部位,具有严重的应力集中,它们是疲劳裂纹开展的根源。
焊缝余高的大小对焊缝的疲劳强度也有很大影响。
试验表明,焊缝余高的夹角愈小,则应力集中愈大,疲劳强庭愈低。
因此,对直接承受重复荷载作用的对接焊缝连接,除了要进行无损检验,使其符合钢结构工程施工及验收规范外，还要对焊缝表明进行加工，磨去余高，以消除焊趾处的缺口效应。
经过这些处理后,对接焊缝连接的疲劳性能将显著改善。
但是没查出的微观裂纹以及规范容许的少量气孔、夹渣等还可能残存,它们也将是疲劳裂纹发展的起点，对接焊缝的耐疲劳性能,仍低于无应力集中的主体金属〈轨制边或刨边〉。
这一点在钢结构设计规范规定的容许应力幅中都有反映。
纵向焊缝的焊波皱纹〈常发生在施焊时更换焊条处),垂直于力的作用方向,类似糟口,对疲劳不利,也应加工磨平。
TIG法是使用钨极气体保护电弧(Tungsten-inert gasarc)使焊趾部位重新熔化。
这种钨极弧不会在趾部产生咬边和焊渣侵入，只要重新熔化的深度足够,原有切口及悍渣都可以消除,并且还可以形成平缓的几何形状变化。
采用这种方法在不同应力幅情况下疲劳强度都能提高。
锺击法是用带硬质圆头的风动工具撞击焊趾,或是啧射钢丸(直径0.5或lmm)来连续撞击焊趾。
它的效果是金属的表层在冲击性的锤打作用下趋于向侧向扩张,从而产生残余压应力，使疲劳强度提高。
除上述三种方法外,还可以采用局部加热法,即在焊缝两旁用氧气加热,使加热处在冷却后产生残余拉应力,而焊趾处则产生残余压应力。
此外，应严格遵守设计对制造所提出的技术工艺要求，例如尽量避免使材料出现应变硬化，因剪切、冲孔而造成的局部硬化区,要通过扩钻和刨边来除掉；要正确地选用焊接工艺,保证焊接质量,不在构件上任意起弧、打火和锤击,必要时可用热处理的方法消除重要构件中的焊接残余应力,重要部位的焊接,要由有经验的焊工操作,要严格执行质量检验制度等。
（3）构造措施疲劳计算之所以要把构件连接分为8类,原因在于应力集中的程度不同。
应力集中在焊接结构中因焊接缺陷而产生，也因构造形式而引起。
焊接缺陷必须通过控制施工质量和采取工艺措施|来消除,而构造形状改变则可以通过构造措施使之缓和。
承受反复荷载作用的结构,其构造应注意选用应力集中不严重的方案。
比如一块受轴力的板需要拼接时,能用对接焊缝解决就不用拼接板加角焊缝的办法。
因为用拼接板的方案属于第6类,而用对接焊缝的方案重至少可以达到第3类。
在必要的时候还可以把对接焊缝的余高磨去,则进一步上升为第2类。
构造要合理，能均匀、连续、平顺地传力，避免构件截面剧烈变化。
必要时用圆弧过渡。
当必须采用应力集中比较严重的方案时,应尽量把应力集中部位放在低应力区。
当焊接I形截面梁采用双层翼缘板时,经常采用外层翼缘缘截断的构造方式。
因为简支梁的弯矩总是从中部逐渐向支座处减小,当弯矩减小到一定程度,外层翼缘板就可以截断。
梁,按照抵抗弯矩的需要,外层翼缘在A点就可以截断。
但是如果A点处按第7类连接计算疲劳不满足要求,则需把板适当延长,延至疲劳计算不控制梁的截面尺寸处。
外层翼缘延长虽然多用一些材料,但比起梁的内层翼缘板全长都增大只寸还是节省。
需要延长的只是受拉翼缘的饭,受压翼缘并不需要延长。
要尽量选用刚度均匀的方案，焊缝连接处构件的不均匀刚度,导致焊缝的变形和应力分布不均,必然影响连接的疲劳性能。
工字形牛腿与钢柱用角焊缝的连接,牛腿端部有弯矩M和剪力V用。
由于柱翼缘变形,牛腿端部截面不能保持平面变形,牛腿翼缘的应力也就不可能均匀分布。
如果在牛腿翼缘端部柱子腹板上设置横向加劲肋,便能改善应力分布,提高连接的疲劳性能。
角焊缝在角焊缝的焊跟和焊趾处,有严重的应力集中,裂纹从这里开后,向焊缝内部或主体金属扩展。
侧面角焊缝因两端应力集中严重,疲劳破坏从端部开始。
正面角焊缝的疲劳强度与焊趾处焊边夹角有关,愈小,角焊缝的应力集中系数愈小,则疲劳强度愈高。
由于角焊缝传力曲折,应力集中严重,为改善耐疲劳性能,角焊缝表面应加工成直线或凹形,焊脚尺寸比例应保持正面角焊缝为l:l.5(长边顺内力方向),侧面角焊缝为1:1。