疲劳计算与吊车梁设计.ppt

《疲劳计算与吊车梁设计.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第10章疲劳计算和吊车梁设计10.1关于疲劳计算的基本概念（1）疲劳破坏：钢结构构件和其连接在多次重复加载和卸载作用下，在其强度甚至低于钢材屈服点的情况下突然断裂，称为疲劳破坏。特点：断裂时，截面上的应力低于材料的抗拉强度，甚至低于屈服强度；属于脆性破坏，塑性变形极小，没有预兆，危险性较大。疲劳断裂分为三个阶段：裂纹的形成、裂纹缓慢扩展与最后迅速断裂。所以在工作繁重的吊车梁、吊车桁架和工作平台梁等构件的设计中要考虑疲劳问题我国钢结构设计规范GB50017-2003中规定凡构件或其连接的应力变化循环次数n≥5万次，均应对其进行疲劳计算（2）疲劳破坏的模式钢结构中总是

2、存在裂纹，如焊缝中的微观裂纹、孔洞、夹渣等缺陷；非焊接结构中的冲孔、剪边、气割等也存在微观裂纹。在多次重复荷载作用下，微细裂痕缓慢扩展，最后发展到削弱了原有截面，使构件或连接因净截面强度不足而突然破坏。在疲劳断口截面上，可以发现存在以某点为中心、向外扩展呈半椭圆状的光滑区和余下的粗糙区。多次重复荷载作用下，裂纹的张和闭使裂纹逐渐扩展而形成断口的光滑区，被突然拉断的断口为粗糙区。（3）构件和连接的构造形式和加工情况对钢结构的疲劳性能的影响1．钢材的内部缺陷，如偏析、夹渣、分层、裂纹等；2．制作过裎中剪切、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，

3、如：气孔、夹渣、咬肉、未焊透等；5．非焊接结构的孔洞、刻槽等；6．构件的截而突变；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构件和连接中应力集中大小和残余应力对钢结构的疲劳强度影响显著（4）应力循环1）应力比＝min/max连续重复荷载之下应力从最大到最小重复一周叫做一个循环。应力循环特征常用应力比来表示，拉应力取正值，压应力取负值。=－1时，称为完全对称循环；=0时，称为脉冲循环；=1时，为静荷载；0＜＜1时，为同号应力循环；－1＜＜0时，为异号应力循环。静力荷载脉冲循环2）应力幅——在循环荷载作用下，应力从最大max到最

4、小min重复一次为一次循环，最大应力与最小应力之差为应力幅。即=maxmin上图中b到e图为等幅循环完全对称循环变幅循环（5）应力循环次数（n）对疲劳强度的影响纵坐标为疲劳强度，横坐标为致损循环次数或疲劳寿命应力循环次数: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。应力比变化时，疲劳强度的极限就不同焊接结构的疲劳例如焊接结构中，焊接工字型板梁在其与腹板相交处的翼缘板内存在着较大的残余应力，其值

5、可达钢材的屈服点，对疲劳强度影响非常大研究表明：焊缝附近真实应力比的大小取决于应力幅Ds的大小通过大量试验研究表明，控制焊接结构疲劳寿命最主要的因素是构件和连接的类型、应力幅Ds以及循环次数n，而与应力比无关。残余应力的分布10.2疲劳计算我国规范疲劳计算采用容许应力幅方法，采用荷载标准值，应力按弹性状态计算（1）疲劳计算的条件：我国钢结构设计规范GB50017-2003中规定凡构件或其连接的应力变化循环次数n≥5万次，均应对其进行疲劳计算（2）常幅疲劳验算计算：[]——焊接结构的应力幅=maxmin；非焊接部位的应力幅=max0.

6、7min，应力拉为正，压为负。[]——常幅疲劳的容许应力幅容许应力幅是根据大量实验资料经统计分析提出。图中各黑点是对某一构件或连接所得的试验点，表示应力幅和致损循环次数的关系，实线为统计平均值直线，所得容许应力幅的保证率为50%;虚线为从统计平均值直线减去2倍的标准差得到，所得容许应力幅的保证率为97.7%可将变幅疲劳折算为等效的常幅疲劳，然后按常幅疲劳检算式检算。按下式进行计算（3）变幅疲劳计算(10.4)e—等效常幅疲劳应力幅。[]—常幅疲劳的容许应力幅。计算根据累积损伤原理可将变幅疲劳折合为等效常幅疲劳，将随机变化的应力幅折算为等效应力幅e

7、按下式进行疲劳计算：(10.5)公式10.5是根据总的损伤按线性叠加计算设计重级工作制吊车的吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架时，应力幅是按满载得出的，实际上常常发生不同程度欠载情况。GBJl7--设计规范引入欠载效应系数，按常幅疲劳进行计算（4）吊车梁疲劳计算（10.6）—欠载效应的等效系数—循环次数为n=2×106次的容许应力幅,按50年考虑。【例题10.1】某由双角钢组成的轴心受拉构件，钢材为Q235-B，截面为2∠75x8，截面积A=2x11.50=23.Ocm2。节点板厚12mm，与角钢用四条侧面角焊缝相连如图10.5所示。拉杆承受等幅循环荷载，预期应力循

8、环次数n=