鋼結(jié)構(gòu)工作特性重復(fù)荷載作用

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接在重復(fù)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的抗力及性能都會(huì)發(fā)生重要變化，結(jié)構(gòu)的平均應(yīng)力雖然低千抗拉強(qiáng)度甚至低千屈服點(diǎn)，也會(huì)發(fā)生疲勞破壞。疲勞破壞有其特殊的發(fā)展過程，即裂紋形成、裂紋緩慢擴(kuò)展和最后突然發(fā)生斷裂。對(duì)于建筑鋼結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格來講，不存在裂紋的形成階段，因?yàn)榻ㄖ摻Y(jié)構(gòu)材料和制造過程中不可避免地存在著各種缺陷（類裂紋），加之構(gòu)件截面形狀改變和連接構(gòu)件的不均勻，局部區(qū)域會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中，

峰值常為平均應(yīng)力的數(shù)倍，其值足以引起小范圍內(nèi)的塑性變形，在多次重復(fù)荷載作用下逐漸形成微觀裂紋。這些微觀裂紋將隨著應(yīng)力的重復(fù)作用而擴(kuò)展為宏觀裂紋，裂紋兩邊的材料時(shí)而相互擠壓、時(shí)而分離．形成光滑區(qū)，裂紋擴(kuò)展的結(jié)果使截面削弱，最終導(dǎo)致構(gòu)件突然斷裂，這一特征和脆性斷裂相同，但疲勞破壞的斷口在距裂源較近處是灰暗的光滑區(qū)，較遠(yuǎn)處是粗糙晶粒狀。脆性斷裂的斷口大部分呈閃光的晶粒狀。

實(shí)踐證明，荷載值變化不大或重復(fù)次數(shù)不多，重復(fù)荷載引起的應(yīng)力如果不出現(xiàn)拉應(yīng)力的鋼結(jié)構(gòu)一般不會(huì)發(fā)生疲勞破壞，結(jié)構(gòu)計(jì)算中不必考慮疲勞的影響。但長期承受頻繁的重復(fù)荷載的結(jié)構(gòu)及其連接，例如承受重級(jí)工作制CA6~A8 級(jí)）吊車的吊車梁和重級(jí)、中級(jí)工作制(A4~A5 級(jí)）吊車銜架等，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中就必須考慮結(jié)構(gòu)的疲勞問題。

國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50017-2017 規(guī)定對(duì)使用期內(nèi)應(yīng)力變化循環(huán)次數(shù)n等于或大于50000礦次的構(gòu)件即應(yīng)按容許應(yīng)力幅方法進(jìn)行疲勞計(jì)算，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按構(gòu)件和連接類別控制容許應(yīng)力幅以及合理的構(gòu)造設(shè)計(jì)。在建筑鋼結(jié)構(gòu)中因疲勞損壞造成事故，絕大多數(shù)是工廠中的重級(jí)工作制吊車（特別是硬鉤吊車）的吊車梁。工程師在疲勞設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1. 現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)中，疲勞計(jì)算一章仍沿用以往做法采用容許應(yīng)力法，而靜力強(qiáng)度和穩(wěn)定計(jì)算均采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法；

2. 疲勞計(jì)算的荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值，不考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)。疲勞計(jì)算中所有數(shù)據(jù)都來源于試驗(yàn)，動(dòng)力影響巳經(jīng)在內(nèi)，計(jì)算疲勞時(shí)，動(dòng)態(tài)荷載不乘動(dòng)力系數(shù)；

3. 建筑鋼結(jié)構(gòu)中很少遇到疲勞的情況，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的疲勞計(jì)算，最常用的是重級(jí)工作制的吊車梁和重級(jí)、中級(jí)丁作制的吊車析架的計(jì)算。而其他的變幅疲勞，當(dāng)缺乏可用資料的情況下，變幅疲勞也可偏千安全地近似按常幅疲勞計(jì)算；

4. 由試驗(yàn)證明，結(jié)構(gòu)和連接類別的容許應(yīng)力幅與鋼材牌號(hào)尤關(guān)，因此，由疲勞控制的構(gòu)件不宜采用較高強(qiáng)度的鋼材牌號(hào)，否則不經(jīng)濟(jì)。