鋼結構工作特性重復荷載作用

鋼結構構件及其連接在重復荷載作用下，結構的抗力及性能都會發(fā)生重要變化，結構的平均應力雖然低千抗拉強度甚至低千屈服點，也會發(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、裂紋緩慢擴展和最后突然發(fā)生斷裂。對于建筑鋼結構，嚴格來講，不存在裂紋的形成階段，因為建筑鋼結構材料和制造過程中不可避免地存在著各種缺陷（類裂紋），加之構件截面形狀改變和連接構件的不均勻，局部區(qū)域會出現(xiàn)應力集中，

峰值常為平均應力的數(shù)倍，其值足以引起小范圍內的塑性變形，在多次重復荷載作用下逐漸形成微觀裂紋。這些微觀裂紋將隨著應力的重復作用而擴展為宏觀裂紋，裂紋兩邊的材料時而相互擠壓、時而分離．形成光滑區(qū)，裂紋擴展的結果使截面削弱，最終導致構件突然斷裂，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。

實踐證明，荷載值變化不大或重復次數(shù)不多，重復荷載引起的應力如果不出現(xiàn)拉應力的鋼結構一般不會發(fā)生疲勞破壞，結構計算中不必考慮疲勞的影響。但長期承受頻繁的重復荷載的結構及其連接，例如承受重級工作制CA6~A8 級）吊車的吊車梁和重級、中級工作制(A4~A5 級）吊車銜架等，在結構設計中就必須考慮結構的疲勞問題。

國家標準《鋼結構設計標準》GB 50017-2017 規(guī)定對使用期內應力變化循環(huán)次數(shù)n等于或大于50000礦次的構件即應按容許應力幅方法進行疲勞計算，設計時應嚴格按構件和連接類別控制容許應力幅以及合理的構造設計。在建筑鋼結構中因疲勞損壞造成事故，絕大多數(shù)是工廠中的重級工作制吊車（特別是硬鉤吊車）的吊車梁。工程師在疲勞設計時應注意以下幾點：

1. 現(xiàn)行國家標準中，疲勞計算一章仍沿用以往做法采用容許應力法，而靜力強度和穩(wěn)定計算均采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法；

2. 疲勞計算的荷載采用標準值，不考慮荷載分項系數(shù)。疲勞計算中所有數(shù)據(jù)都來源于試驗，動力影響巳經(jīng)在內，計算疲勞時，動態(tài)荷載不乘動力系數(shù)；

3. 建筑鋼結構中很少遇到疲勞的情況，標準規(guī)定的疲勞計算，最常用的是重級工作制的吊車梁和重級、中級丁作制的吊車析架的計算。而其他的變幅疲勞，當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算；

4. 由試驗證明，結構和連接類別的容許應力幅與鋼材牌號尤關，因此，由疲勞控制的構件不宜采用較高強度的鋼材牌號，否則不經(jīng)濟。