钢结构的疲劳破坏事故讲解
《钢结构疲劳》课件
结构细节和连接方式对钢结构疲劳性能具有重要影响，合理的细节设计和连接方式可以有效提高结构的疲劳寿命 。
详细描述
钢结构的细节设计和连接方式决定了结构内部的应力分布和传递。不合理的细节设计和连接方式可能导致局部应 力集中，加速裂纹萌生和扩展。因此，在设计和制造钢结构时，应注重细节处理和连接方式的优化，以提高结构 的疲劳性能。
超声检测
利用超声波在材料中的传播特性 ，检测内部缺陷和裂纹。
涡流检测
利用涡流对材料进行检测，通过 分析涡流的变化来检测裂纹。
损伤识别与评估
损伤识别
通过各种无损检测手段，如声发射、 红外成像等，对钢结构进行全面检测 ，以确定损伤的位置和程度。
损伤评估
根据损伤的严重程度，对钢结构的剩 余寿命和安全性进行评估，为维修和 加固提供依据。
采用无损检测技术，如超声波、磁 粉等方法，对钢结构进行监测和评 估，了解结构疲劳状况。
维修与更换
对于发现的疲劳裂纹和损伤，及时 进行修复或更换，防止裂纹扩大。
增强结构整体性
增加支撑和连接
加强节点连接
通过增加支撑和连接件，提高钢结构 的整体稳定性，减少结构变形和应力 集中。
对节点连接进行加强，提高节点刚度 和承载能力，减少应力集中和变形。
优化结构设计
对钢结构进行详细的结构分析和优化 设计，合理布置支撑和连接件，提高 结构整体性。
局部加固与修复
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焊接加固
对于疲劳裂纹和损伤，可以采用焊接方法进行加 固和修复。焊接前应进行焊接工艺评定和焊接质 量检测。
粘贴钢板加固
在钢结构表面粘贴钢板，提高结构的承载能力和 刚度，适用于大型结构件和厚板的加固。
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钢结构的脆性断裂和疲劳
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1.定义从宏观上讲，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。
2.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。
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
4
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；
15
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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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
2
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。
3
钢结构疲劳问题
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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钢结构疲劳问题
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：
钢结构事故现象及原因分析
摘要随着国民经济和科学技术的发展，钢结构的应用范围日趋广泛，由于其应用及结构形式发展较快，也带来一些新问题。
本文首先论述了钢结构的优点和应用前景，并从钢结构工程的深化设计、加工制作安装施工、使用过程的三个阶段出现的问题并导致结构的损伤与破坏的事故，结合生产生活中的实际案例对事故的类型、原因进行了解剖分析。
同时针对建筑工程中钢结构事故的破坏形式如：钢结构失稳，钢结构的脆性断裂，钢结构承载力和刚度失效，钢结构疲劳破坏和钢结构的腐蚀破坏等分析了产生事故的原因并提出了预防措施。
探讨了钢结构工程的深化设计开始把关，继而提出了做好钢结构构件加工质量的控制，并以严、准、细的要求控制钢结构施工安装的相应对策，将钢结构事故发生的可能性降到最低。
钢结构事故现象及原因分析一、钢结构的前景钢结构作为一种新型的结构体系，以其强度高、自重轻、塑性和韧性好、抗震性能优越、工厂化生产程度高、装配方便、造型美观、综合经济效益显著等一系列优点，受到国内外建筑师和结构工程师的青睐，近二十多年来，我国钢结构在工程建设中得到了更为广泛的应用，在材料、加工工艺、施工技术、理论分析和设计方法等诸方面都有了飞速发展和进步，应用钢结构已成为当前的一大“热点”，展现了其广阔的、具有强大生命力的前景。
在高层、大跨建筑领域显示出其无与伦比的优势。
钢结构的形式与应用范围是非常广泛的，在形式上有普钢结构、轻钢结构、空间结构、张拉结构等；应用范围，既有民用建筑钢结构、公共建筑钢结构、工业厂房钢结构、桥梁钢结构，又有特种构筑物(塔桅、储藏库、管道支架、栈桥等)钢结构等，既可应用于高度达400多米以上的高层建筑，跨度达200多米的空间结构，又可应用于几米跨度的建筑结构。
但任何事物都有着它的两面性，钢结构也有其自身的缺陷和不足，钢结构在具体应用中，也会存在一些质量问题，会发生一些工程事故，所以应采取一些积极措施加以预防[1]。
二、钢结构事故的原因（一）设计阶段的原因结构设计[2]方案不合理；计算简图不当，结构计算错误；对结构荷载实际受力情况估计不足；材料选择不宜(如强度、韧性、疲劳、焊条、焊丝、焊接方法、焊接性能等)；结构节点不合理或不完善；未充分考虑加工制作与安装施工和使用阶段工艺特点、防腐、防高温、防冷脆措施不足；没有按设计规范或没有相应的规范、规程规定。
钢结构的疲劳破坏事故ppt课件
6.6.2 焊接空心பைடு நூலகம்节点网架的疲劳性能
与螺栓球节点网架相比，其整体刚度大，更适用
于悬挂吊车动载作用的工业厂房。试验证明受压时
不存在疲劳问题。
1984年，太原理工大学开始对焊接空心球节点网
架的静力及疲劳性能进行系统的理论及试验研究，
通过对4种规格、15个试件的常幅疲劳试验，得到
了工程中常用的管--球节点在剖口焊情况下的疲劳
裂纹等；
(2) 制作过程中剪切、冲孔、切割；
(3) 焊接结构中产生的残余应力；
(4) 焊接缺陷的存在，如：气孔、夹渣、咬肉、
未焊透等； (5) 非焊接结构的孔洞、刻槽等； (6) 构件的截面突变； (7) 结构由于安装、温度应力、不均匀沉降等
产生的附加应力集中。
6.3 提高改善疲劳性能的措施
• • • • • • 精心选材； 精心设计； 精心制作； 精心施工； 精心使用； 修补焊缝；方法如下：
键物件在这一荷载谱作用下的预期寿命．再引入安全系数以
达到安全寿命。但事实上，我们很难预测使用期间所有的载 荷条件，且疲劳实验结果又有很大的离散性。因此，安全系 数确定中有许多不定因素，只有取的足够大，才能使疲劳破 坏的可能性降到很低。
3. 破损-安全设计
破损--安全设计准则首先是在航空工程中发展起
曲线(如图)。
6.6.3 螺栓球节点网架的疲劳性能
作为一种工程预制、现场拼装、适用于工业化生产 的网架形式，就应用范围而言，目前已跃居首位； 其疲劳性能关键是高强螺栓的疲劳。 1999年至今，太原理工大学在国家自然科学基金 的资助下，开始对螺栓球节点网架设置悬挂吊车的 变幅疲劳性能进行了系统的理论与试验研究，已获 得成果如下：
来的。它认为裂纹可以出现，但在整个裂纹被检测 和进行修理前，所出现的裂纹不会导致整个结构的 破坏。这就要求定期检查和维修，以便及时发现裂 纹，同时要求裂纹扩张速度较慢。此外，希望所设 计的结构能够进行载荷多路径传递转移，即将结构 某一环节破坏后，载荷能够被转移并重新分布。
钢结构事故案例分析(二)
• 原因分析：对积水后荷载进行计算，如下
• 当屋面最深积水达到35cm,支座节点附近受压腹杆接 近压杆压屈的临界荷载，拉力超过螺栓M27的允许承 载力，
• 当积水深度45cm,腹杆压力超过临界值，支座附近的 腹杆压屈，拉杆的高强螺栓拉断，导致网架倒塌。
• 但是网架拉杆在弹性范围内。 • 可以看出，结论与现场情况是吻合的。
1995年5月25日早晨，广州海印斜拉桥一根钢索突然 断裂，近百米的钢索坠落在桥面，距离当时大桥 建成6年半。每一根钢索都有近两百根直径5mm的 高强钢丝组合而成。钢索的防腐蚀做法是：每一 小根钢丝表面镀锌50μm，钢丝束组成的钢索外套 高密度聚乙烯管，馆内灌注水泥浆。事故调查发 现，钢丝上段水泥浆未充满，从而腐蚀。后来对 全部钢索更换为高密度聚乙烯直接在镀锌钝化钢 丝上挤压而成的钢索。
构本身计算（图集中也有不合理之处） • 例题3-1：四楼接层钢屋架倒塌等
• 3.2 第二类-----网架结构质量事故
• 事故原因： • 1.设计失误—荷载组合不当，力学模型、计算简
图不当、节点不当未考虑吊装荷载
• 2.制作失误—下料尺寸不准、节点焊接不过关
•
焊接连接质量不满足
• 3.拼装失误—安装顺序失误、临时支撑少
• 概况：某通讯楼为网架结构，焊接空心球节点棋盘 形四角锥网架，平面尺寸13.2m*17.99m,网格数5*7， 网格尺寸2.64m*2.57m,网架高1m,支撑时上弦周边 支撑。材料均为Q235，网架上弦¢73*4钢管，下弦 ¢89*4.5，腹杆¢38*3，空心球¢200*6.图纸注明贴角 焊缝厚度7.5mm，焊条规定是T42.
•
吊点不合理、多台起重机不协调工作
• 例题3-5通讯楼网架坍塌
钢结构事故分析及处理
钢结构事故分析及处理钢结构建筑的发展，也是一个国家钢产量、建筑技术发展的象征与标志，钢结构与其他的建筑结构相比，无论是结构的性能，还是使用功能及经济效益，都有较大的优越性，其优点有自重轻、预生成化程度高、钢材的塑性和韧性好、钢结构建筑更富有功能化、能满足超高和大跨度的要求、符合国家“绿色、环保、节能”的环保理念，但钢结构工程也有其弊端，其产生的原因、加固方法也呈多元化，主要影响因素：人员、材料、施工工艺、机械设备、环境因素。
一、钢结构材料引起的缺陷及事故钢结构具有塑性和韧性好、强度高、截面小、重量轻等许多优点。
但由于管理和质量检验等方面的原因，已建钢结构也存在比较多的问题，有些问题甚至反复出现。
实践表明，这些问题的产生大多与材料的选择、检验、使用、维护有关。
1、钢材性能与钢结构工程质量的联系（1）强度，钢材强度达不到要求与工程中调剂代换，钢材在流通领域的多次周转，数据传抄有误、库存混放，厂家生产钢材材质差，使用时质检不严等有关。
（2）塑性，具有良好塑性的钢材，在应力超过屈服强度后能产生显著的塑性（残余）变形而不立即断裂。
（3）韧性，冲击韧性指标是保证动载结构和焊接结构质量的基本指标，因为经常承受动力荷载的结构发生脆断的可能性打，而对于焊接结构，由于刚性较打，焊接残余应力也较大，焊缝附近的材质容易变坏，所以更易在动力荷载作用下脆断。
（4）可焊性，施工可焊性好，则在一定的焊接工艺条件下，焊缝金属和近缝区均不会产生裂纹，焊接接头和焊缝的冲击韧性以及缝区的塑性，均不会低于母材的力学性能。
（5）冷弯性能，冷弯性能指钢材在常温下加工生产塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。
它通过冷弯试验确定，良好的冷弯性能是保证钢材冷加工制作质量的先决条件。
（6）耐久性，钢材的耐久性是决定钢结构使用寿命的基本因素。
2、影响钢材性能的因素分析（1）化学成分钢的含碳量小于2%的铁碳合金，碳大于2%时则为铸铁，而碳素结构钢由纯铁、碳及杂质元素组成，其中纯铁约占99%，碳及杂质元素约占1%。
钢结构的疲劳破坏事故讲解
6.6.2 焊接空心球节点网架的疲劳性能
与螺栓球节点网架相比，其整体刚度大，更适用 于悬挂吊车动载作用的工业厂房。试验证明受压时 不存在疲劳问题。
1984年，太原理工大学开始对焊接空心球节点网 架的静力及疲劳性能进行系统的理论及试验研究， 通过对4种规格、15个试件的常幅疲劳试验，得到了 工程中常用的管--球节点在剖口焊情况下的疲劳曲线 (如图)。
6.2.2 循环次数
应力循环次数是指在连续重复荷载作用下应力由最大到 最小的循环次数。在不同应力幅作用下，各类构件和连接产 生疲劳破坏的应力循环次数不同，应力幅愈大，循环次数愈 少。当应力幅小于一定数值时，即使应力无限次循环，也不 会产生疲劳破坏，即达到通称的疲劳极限。《钢结构设计规 范》参照有关标准的建议，将n=5×106次被视为各类构件和 连接疲劳极限对应的应力循环次数。
(3)材料缺陷 钢材中总是存在各种各样的缺陷，它们对
疲劳强度有很大髟响。其影响的程度取决于 缺陷的大小、形状、数量、位置、方向。
2 构造及加工
构造细节对高强螺栓疲劳性能的影响十分显著，它主要反 映了应力集中的严重程度。如螺栓的螺纹形式、键槽、螺帽 过渡圆角以及制作工艺和热处理加工等。
通常，高强螺栓的疲劳危险区有三处：①与螺栓球节点连 接处第一螺纹牙根部，经理论分析，各螺纹牙上的应力分配 是不均匀的，一般第一螺纹牙传递的应力为最大；②螺栓头 与螺杆的过渡圆角处；③螺纹与光滑部分的过渡处。试验表 明：疲劳破坏大都发生存第①最险区。
总之，依靠精心的选材、设计、制作、安装和使用，再加上焊接之后的 一些特殊工艺措施，可以达到提高和改善疲劳性能的作用。
6.4 疲劳设计准则
• 无限寿命设计 • 有限寿命设计 • 破损-安全设计 • 损伤-容限设计
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(6)螺纹加工工艺 ①加工方法的影响 螺纹加工方法大体可分为两大类，一类是切削法，包括车
螺纹、铣螺纹、磨螺纹和板牙套螺纹、丝锥攻丝等；另一类 是滚压法，包括搓丝和滚丝。试验验证，螺纹的加工方法对 变载荷下的疲劳强度影响甚大，滚压螺纹有较高的疲劳强度， 因为滚压时的塑性变形能提高螺栓的疲劳寿命，而且在滚压 牙根部分时．在牙根形成有益的残余压应力，并改善了材料 的结构。正确选择滚压工艺，即使在较高的预紧力下，也能 使疲劳寿命提高20％～50％。
第6章 钢结构的疲劳破坏事故
6.1 疲劳破坏的概念
钢材或构件在反复交变荷载作用下在应 力远低于抗拉极限强度发生的一种破坏。 1. 疲劳破坏是钢结构在反复交变动荷载作用 下的破坏形式，而塑性破坏和脆性破坏是 钢结构在静载作用下的破坏形式； 2. 虽然具有脆性破坏特征，但不完全相同； 3. 断口分为疲劳区和瞬断区。
• 吊车梁及吊车桁架疲劳计算
f 2106
6.6 网架结构疲劳问题的系统研究
6.6.1 疲劳问题的提出 网架是一种高次超静定的空间结构，由于
其外形美观、受力合理、制作简便、形式灵 活等特点，得到了迅猛发展。网架结构不仅 应用于体育场馆等公共建筑，也广泛应用于 工业建筑中。悬挂吊车充分发挥了超静定结 构对集中力扩散快的优点，而且布置灵活， 便于工业流程改造。悬挂吊车吨位及运行频 繁程度增大，疲劳问题也日趋严重。
可以减小微动磨损的不利影响，从而提高其疲劳强度；过大 或过小的预紧力都是不利的。过大的预紧力有可能导致螺栓 被拧断，锥头或封板可能被压坏，也可能使螺纹牙被剪断而 脱扣；过小的预紧力虽能使螺栓上循环变化的总载荷的平均 值减小，但却使载荷变幅增大，导致高强螺栓的疲劳寿命下 降。因此，预紧力的大小及准确度都是十分重要的。
理论和试验研究表明，当螺纹外径在5～20mm范 围内，随螺纹外径的增大，理论应力集中系数显著 增加，当螺纹外径超过20mm后，增长缓慢。
(3)牙根圆角半径 疲劳试验表明：大部分高强螺栓的疲劳断裂发生在螺栓承力
的第一圈螺纹牙处，该处螺纹的疲劳强度只是同直径光滑试件 的1/8～1/2。
另外，牙根圆角半径与应力集中的大小紧密相关，图给出了 当r/p=6时(p为螺距) ，理论应力集中系数值与螺纹牙根圆角半 径的近似关系。由图可见，理论应力集中系数随r/p值的增加而 迅速下降，当r/p>0.21后，理论应力集中系数又缓慢上升。这 是因为载荷分布因螺纹牙柔性下降而较不均匀之故。可以认为 r/p在0.18～0.21之间是最有利的。此时的理论应力集中系数几 乎比r/p=0.063的螺纹低1/3。
6.6.2 焊接空心球节点网架的疲劳性能
与螺栓球节点网架相比，其整体刚度大，更适用 于悬挂吊车动载作用的工业厂房。试验证明受压时 不存在疲劳问题。
1984年，太原理工大学开始对焊接空心球节点网 架的静力及疲劳性能进行系统的理论及试验研究， 通过对4种规格、15个试件的常幅疲劳试验，得到了 工程中常用的管--球节点在剖口焊情况下的疲劳曲线 (如图)。
总之，依靠精心的选材、设计、制作、安装和使用，再加上焊接之后的 一些特殊工艺措施，可以达到提高和改善疲劳性能的作用。
6.4 疲劳设计准则
• 无限寿命设计 • 有限寿命设计 • 破损-安全设计 • 损伤-容限设计
1. 无限寿命设计
这是一种最保险的方法。采用此准则 设计的许用应力必须低于疲劳极限，因 应力很低，造价过高，往往不现实。
6.2 疲劳破坏的影响因素分析
1. 应力幅
max min
2. 循环次数 规范将5×106次视为疲劳极限的循环次数
3. 构造细节 应力集中对疲劳性能影响显著，而构造细 节是应力集中产生的根源。
6.2.1 应力幅
应力循环特征可分为常幅循环应力 谱和变幅循环应力谱。除应力幅外应力 比 min / max 也是标志应力谱特征的参 量。
6.2.2 循环次数
应力循环次数是指在连续重复荷载作用下应力由最大到 最小的循环次数。在不同应力幅作用下，各类构件和连接产 生疲劳破坏的应力循环次数不同，应力幅愈大，循环次数愈 少。当应力幅小于一定数值时，即使应力无限次循环，也不 会产生疲劳破坏，即达到通称的疲劳极限。《钢结构设计规 范》参照有关标准的建议，将n=5×106次被视为各类构件和 连接疲劳极限对应的应力循环次数。
(4)螺纹的牙形角 螺纹的牙形角对螺纹联接的疲劳极限影响很大。已有研究成
果表明，M10螺纹的双头螺栓在牙形角α=45°、60° 、75° 和90°时的各种极限应力幅中，牙形角为60°时最不利。 (5)螺栓头过渡圆角半径
螺栓头与螺杆的过渡圆角处也是疲劳破坏的一个危险区，虽 然其破坏概率不如第一螺纹牙处大，但是由于该处截面突变， 也会产生较高的应力集中。试验证明，螺栓头与螺杆的过渡圆 角等于或大于0.2d(d为螺纹外径)时，疲劳强度较高。
② 表面状态的影响 高强螺栓螺纹的表面粗糙度对其疲劳强度有显著
影响，图给出了不同表面粗糙度螺栓试件的疲劳极 限与抛光螺栓试件的疲劳极限之比的数据。由图可 见，表面粗糙度值愈大，疲劳极限愈低。表面粗糙 度对合金钢制螺纹疲劳极限的影响比对碳钢制螺纹 的大。
3. 制作安装 (1) 制作安装缺陷 在螺栓球节点网架各杆件的制作、安装过程中，
(1)螺纹形式 在螺栓球节点网架中，高强螺栓通常仅受
到轴力作用，其疲劳强度主要与螺纹的缺口 效应有关，不同的螺纹形式产生不同的缺口 效应，缺口效应则主要表现为螺纹根部不同 的应力集中系数。
(2)螺纹尺寸 通常构件尺寸愈大，缺陷出现的概率愈大，疲劳
强度也愈低。试验研究表明，随着高强螺栓直径的 增加，疲劳强度呈下降态势，如图所示。
6.2.3 构造细节
应力集中对钢结构的疲劳性能影响显著， 而构造细节是应力集中产生的根源。构造细 节常见的不利因素如下： (1) 钢材的内部缺陷，如偏析、夹渣、分层、 裂纹等； (2) 制作过程中剪切、冲孔、切割；
(3) 焊接结构中产生的残余应力； (4) 焊接缺陷的存在，如：气孔、夹渣、咬肉、 未焊透等； (5) 非焊接结构的孔洞、刻槽等； (6) 构件的截面突变； (7) 结构由于安装、温度应力、不均匀沉降等 产生的附加应力集中。
2.有限寿命设计
有限寿命设计准则要求零部件或结构在给定的使用周期内 不能产生任何疲劳裂纹。为满足此要求，必须准确掌握整个 使用寿命期间可能承受的载荷；然后通过分析和实验找出关 键物件在这一荷载谱作用下的预期寿命．再引入安全系数以 达到安全寿命。但事实上，我们很难预测使用期间所有的载 荷条件，且疲劳实验结果又有很大的离散性。因此，安全系 数确定中有许多不定因素，只有取的足够大，才能使疲劳破 坏的可能性降到很低。
(3)材料缺陷 钢材中总是存在各种各样的缺陷，它们对
疲劳强度有很大髟响。其影响的程度取决于 缺陷的大小、形状、数量、位置、方向。
2 构造及加工
构造细节对高强螺栓疲劳性能的影响十分显著，它主要反 映了应力集中的严重程度。如螺栓的螺纹形式、键槽、螺帽 过渡圆角以及制作工艺和热处理加工等。
通常，高强螺栓的疲劳危险区有三处：①与螺栓球节点连 接处第一螺纹牙根部，经理论分析，各螺纹牙上的应力分配 是不均匀的，一般第一螺纹牙传递的应力为最大；②螺栓头 与螺杆的过渡圆角处；③螺纹与光滑部分的过渡处。试验表 明：疲劳破坏大都发生存第①最险区。
3. 针对M20、M30、M39三种规格的高强螺栓共50个试件进 行了常幅疲劳试验和程序块变幅疲劳试验，建立了常幅疲 劳的设计方法以及变幅疲劳的寿命估算方法。
4. 通过金相断口分析，对疲劳破坏机理进行了深入研究。
6.6.4 高强螺栓的疲劳影响因素分析
疲劳是一个非常复杂的过程，受很多因素的影响。在静力 问题中，对材料和构件影响很小的因素，在疲劳问题中会表 现得非常显著。实际结构的疲劳强度，不仅跟材料性质有关， 而且与其几何形状、尺寸大小、应力集中、加工工艺和工作 应力等密切相关。正是由于众多因素的影响，才导致了疲劳 试验数据的离散性。只有搞清这些因素的影响，才能有效地 提高结构的疲劳强度，防止疲劳破坏的发生。
Байду номын сангаас
(2)金相组织
从金相组织来看，所有的金属材料都是不均一的。 组织的不均一性导致了许多部位的局部应力较高。 细颗粒材料的疲劳性能一般比粗颗粒材料好。这是 因为颗粒愈细则其拉伸性能愈好，虽然局部应力有 时超过屈服强度．但相邻晶粒之间的塑性约束量也 增多。而且，颗粒愈细意味着裂纹阻碍也愈多．裂 纹长度也愈短。
1. 通过对随机荷载谱相关问题的理论研究，编制了我国螺栓 球节点网架疲劳载荷谱程序。
2. 借助有限元分析软件，对螺栓球节点相关的高强螺栓、锥 头、封板等部件进行了应力分析，求得了各种螺纹形式下 的高强螺栓螺纹根部的应力集中系数，为今后疲劳累积理 论估算疲劳寿命或以热点应力幅为参量建立疲劳验算方法 奠定了基础。
3. 破损-安全设计
破损--安全设计准则首先是在航空工程中发展起 来的。它认为裂纹可以出现，但在整个裂纹被检测 和进行修理前，所出现的裂纹不会导致整个结构的 破坏。这就要求定期检查和维修，以便及时发现裂 纹，同时要求裂纹扩张速度较慢。此外，希望所设 计的结构能够进行载荷多路径传递转移，即将结构 某一环节破坏后，载荷能够被转移并重新分布。
制作安装缺陷;螺栓的预紧力 4. 工作应力
应力幅;平均应力
1材料性能 (1)钢材种类 目前，螺栓球节点网架中高强螺栓的钢材种
类有：40Cr、20MnTiB、35VB、35CrMo钢材 种类对于疲劳强度的影响可以通过极限强度值 反映出来。凡具有相同屈服强度或极限强度的 各种钢材，其疲劳强度一般没有太大的差别。
螺栓球节点网架的疲劳性能取决于节点的疲劳性能，而节 点的疲劳性能又在很大程度上取决于高强螺栓的疲劳性能。 高强螺栓疲劳影响因素主要有以下四个方面：
1. 材料性能 钢材种类;金相组织;材料缺陷
2. 制作及加工 螺纹形式;螺纹尺寸;牙根圆角半径;螺纹的牙形