童乐为《焊接钢结构断裂与疲劳》讲稿-断裂

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1、硕士研究生课程《高等钢结构理论》焊接钢结构断裂与疲劳同济大学建筑工程系童乐为交流地址：tonglw@tongji.edu.cn13818283300课件地址：advancedtonglewei@163.com密码：advanced123为什么要学断裂与疲劳？1.以往钢结构学习主要立足于稳定、不涉及裂纹的塑性强度问题2.钢结构加工过程中不可避免存在裂纹、或类似裂纹的缺陷3.工程中许多问题、事故源于局部细节未处理好4.有初始裂纹的钢结构断裂、疲劳是土木工程中常见的问题5.未来土木工程重点将向海洋装备工程、新能源工程转移6.未来钢材朝更高强度方向发展

2、7.耐久性问题更加受到关注、研究本部分要达到怎样的学习目标？掌握断裂力学的基本概念掌握分析断裂问题的基本方法更深层次地掌握疲劳问题的理论和评估方法内容提要焊接结构的发展和特点绪论焊接结构断裂与疲劳的事例焊接结构断裂的基本概念和影响因素断裂断裂力学基本理论防止焊接结构断裂的措施焊接结构疲劳问题的基本概念影响焊接结构疲劳强度的因素疲劳焊接结构疲劳设计的基本思想和方法断裂力学在焊接结构疲劳问题上的应用焊接结构变幅疲劳问题的评估断裂与疲劳问题－参考书目（1）[英]T.R.格尔内，焊接结构的疲劳，机械工业出版社，1988。（2）焦馥杰，焊接结构分析

3、基础，上海科学技术出版社，1991。（3）[德]D.拉达伊，焊接结构疲劳强度，机械工业出版社，1994。（4）霍立兴，焊接结构工程强度，机械工业出版社，1995。（5）陈绍蕃，钢结构设计原理，科学出版社，2000。（6）[荷]J.Wardenier,钢管截面的结构应用，同济大学出版社，2004。（7）N.E.Dowling,MechanicalBehaviorofMaterials,PearsonPrenticeHall,2007（8）国家标准，钢结构设计规范GB50017－2003（9）Eurocode3:Designofsteelstruc

4、tures–Part1-9:Fatigue,EN1993-1-9,2005.焊接结构的发展历史公元前已经出现了金属焊接19世纪末现代焊接技术开始发展1910年药皮焊条开始得到推广1920s电弧焊首次用于钢结构，第一艘全焊远洋轮船建成1930s工业先进国家开始大规模制造焊接钢结构目前焊接钢结构已用于建筑、桥梁、船舶、气柜、油罐、机械设备、海洋平台等焊接钢结构的优点构造简单，生产效率高，施工快速焊接节点工作效能较高节点系数＝接头强度/母材强度一般对焊接头：系数可达100％铆、栓接头：系数难以达到100％焊缝连接螺栓连接水密性和气密

5、性好节省钢材，减轻结构重量比铆接、栓接结构轻10％～20％厚度基本上不受限制铆钉连接现代压力容器板厚已达300mm焊接钢结构的缺点焊接过程易产生气孔、裂纹、夹渣等各类缺陷焊接结构中存在残余应力和残余变形焊接钢结构易开裂、止裂性能差，而铆接、栓接结构中裂纹扩展到孔洞边缘处会终止高强度钢材对缺陷敏感焊接残余应力焊接残余变形焊接钢结构断裂、疲劳事故1944年美国克里夫兰的气罐爆炸事故，首先从一个直径24m、高13m的双层立式圆筒贮罐引发。该气罐因施工焊接质量不好，产生大量裂纹，使用时造成液化天然气外泄，引起大火，随后罐区中数个圆筒形及

6、球形贮罐相继爆炸。事故造成128人死亡，当时经济损失达680万美元焊接钢结构断裂、疲劳事故（续一）1967年12月15日下午美国普莱森特角悬索桥因一吊杆断裂而在60秒内倒塌。46人丧生，37辆各种车辆掉入河中。普莱森特角悬索桥（3跨）焊接钢结构断裂、疲劳事故（续二）吊杆耳环断裂普莱森特角桥梁整体倒塌焊接钢结构断裂、疲劳事故（续三）1978~1981年美国对其20个州和加拿大安大略省的钢桥进行调查，81%的桥梁有疲劳裂纹出现。从桥梁建成通车到出现疲劳裂纹，最长的33年，最短的5年，大多数是10多年时间。美国桥梁疲劳破坏个案YellowM

7、illPond桥•热轧工字钢和184mm厚钢筋混凝土板共同工作的简支结合梁桥•1958年建成通车，1970～1976年间共发现疲劳裂纹40多条主梁腹板上裂纹（长400mm）主梁翼缘焊趾裂纹美国原子能电站焊接钢结构破坏原因的统计破坏原因占总数的比例（％）设计不良18.3材料选择不当30.1制造质量欠佳10.6安装、施工不好12.6使用操作不当27.207年韩国集装箱吊车破坏事故起吊臂架断裂事故原因：结构选材、设计不当，加工质量差我国土木工程领域断裂、疲劳破坏大量断裂、疲劳破坏发生在工业厂房吊车梁、桥梁、海洋石油平台等破破坏坏前后08年5月30日

8、，上海沪东造船厂600吨龙门吊断裂事故：3名吊车司机死亡我国土木工程领域断裂、疲劳破坏（续）09年广东一体育场钢管结构断裂事故我国土木工程领域断裂、疲