水工鋼結構第二章

1、第二章第二章 鋼結構的材料和計算方法鋼結構的材料和計算方法鋼鋼結結構構對對鋼鋼材材的的要要求求 有較高的強度有較高的強度 塑性好塑性好 沖擊韌性好沖擊韌性好 冷加工性能好冷加工性能好 可焊性好可焊性好 耐久性好耐久性好 第一節(jié)第一節(jié) 鋼材的主要性能鋼材的主要性能一、鋼材的破壞形式一、鋼材的破壞形式 鋼材的強度斷裂破壞：鋼材的強度斷裂破壞：塑性破壞、脆性破壞塑性破壞、脆性破壞 塑性破壞：伴隨有明顯的變形的破壞塑性破壞：伴隨有明顯的變形的破壞 第二章第二章 鋼結構的材料和計算方法鋼結構的材料和計算方法一、鋼材的破壞形式一、鋼材的破壞形式一、鋼材的破壞形式一、鋼材的破壞形式脆性破壞：沒有明顯變形征兆

2、的突然發(fā)生的破壞。脆性破壞：沒有明顯變形征兆的突然發(fā)生的破壞。 1972 1972年廊坊因一個桿脆斷屋架倒塌年廊坊因一個桿脆斷屋架倒塌19951995年韓國一大橋倒塌年韓國一大橋倒塌 19991999年四川綦（年四川綦（qiqi）江彩虹橋倒塌）江彩虹橋倒塌二、鋼材的主要機械性能二、鋼材的主要機械性能鋼材在常溫、靜載、單向一次均勻受拉時的機械性能鋼材在常溫、靜載、單向一次均勻受拉時的機械性能Lod dL Lo- -標距標距d d - -直徑直徑長試件長試件 L Lo=10o=10d d 短試件短試件 L Lo=5o=5d d條件：條件：標準試件標準試件(GB22863)(GB22863)， 表面

3、光滑，有內圓角表面光滑，有內圓角, ,常溫下常溫下緩慢加載，一次完成緩慢加載，一次完成軟鋼軟鋼VS硬鋼硬鋼含含C量量0.06% 0.15% 極軟鋼極軟鋼 0.15%0.30%軟鋼軟鋼 0.30%0.50%半硬鋼半硬鋼 0.50%0.80%硬鋼硬鋼 0.80%2.11%極硬鋼極硬鋼 二、鋼材的主要機械性能二、鋼材的主要機械性能鋼材在常溫、靜載、單向一次均勻受拉時的機械性能鋼材在常溫、靜載、單向一次均勻受拉時的機械性能ufOpfEBCDAEyfA.軟鋼應力應變曲線軟鋼應力應變曲線F2.11%生鐵A.A.軟鋼的應力應變曲線可以分為軟鋼的應力應變曲線可以分為四個階段四個階段： (1)(1)彈性及彈塑性

4、階段彈性及彈塑性階段(OB(OB段段) )OAOA段材料處于線彈性，段材料處于線彈性，即即: :EABAB段有一定的段有一定的非線性變形非線性變形, , 但但整個整個OBOB段卸載段卸載時，時，=0=0；E=206=20610103 3N/mmN/mm2 2( (適于各種鋼材）適于各種鋼材）比例極限（比例極限（A A點）點）ufOpfEBCDAEyf應力應變曲線應力應變曲線pfF（2 2）塑性階段（）塑性階段（BCD)BCD) 該段很短該段很短, ,表現(xiàn)出鋼材的非彈性性質表現(xiàn)出鋼材的非彈性性質; ; B B屈服上限屈服上限; ; C C屈服下限屈服下限( (取下限為屈服強度取下限為屈服強度f

5、fy y) )（3 3）自強階段（）自強階段（DE)DE) 該段該段基本基本 保持不變（水保持不變（水 平平),), 急劇急劇 增大增大, ,稱為屈稱為屈 服臺階或流服臺階或流 幅段幅段ufOpfEBCDAEyfyf屈服強度：重要的機械性能指標，作為鋼材強度的標準值屈服強度：重要的機械性能指標，作為鋼材強度的標準值抗拉強度抗拉強度ufF（4 4）頸縮階段）頸縮階段(EF(EF段段) )伸長率伸長率00100%lll 是衡量鋼材塑性性能的一項主要指標，愈大，塑性愈好。ufOpfEBCDAEyfFB.B.對無明顯屈服點的鋼材對無明顯屈服點的鋼材( (硬鋼硬鋼) ) 該種鋼材在拉伸過程中沒有屈服階段

6、，塑性變該種鋼材在拉伸過程中沒有屈服階段，塑性變 形小，破壞突然。形小，破壞突然。 fy=f0.20.2%fup應力應變曲線的簡化應力應變曲線的簡化因為因為:1):1)fy y與與fp p相差很小；相差很?。?2) 2)計算簡便計算簡便!（1 1）在鋼結構的）在鋼結構的中中, ,可以假定鋼材為可以假定鋼材為2.5%-3%fy 00.15%含義：鋼材在屈服點以前應力與應變含義：鋼材在屈服點以前應力與應變關系符合胡克定律，接近理想彈性體關系符合胡克定律，接近理想彈性體工作；屈服點以后塑性平臺階段又近工作；屈服點以后塑性平臺階段又近似于理想的塑性體。似于理想的塑性體。ufOpfEBCDAEyf （2

7、 2）以）以 f fy y 作為作為。因為：因為：1 1） 雖然雖然 f fu u f fy y ，但對應的變形非常大。，但對應的變形非常大。 2 2） 以以 f fy y 作為設計強度的依據，具有較大的作為設計強度的依據，具有較大的 強度儲備，若出現(xiàn)偶然因素，使人們有機會搶救強度儲備，若出現(xiàn)偶然因素，使人們有機會搶救. .O0.15%22%fufyfu-fy冷彎實驗（冷彎實驗（180彎曲試驗）彎曲試驗）以鋼材試件冷彎不出現(xiàn)裂縫或以鋼材試件冷彎不出現(xiàn)裂縫或分層為試驗合格。分層為試驗合格。冷彎試驗是冷彎試驗是鋼材的塑性、冷加工能力和顯鋼材的塑性、冷加工能力和顯示鋼材內部缺陷（分層、非金示鋼材內部

8、缺陷（分層、非金屬加渣）狀況的一項指標。屬加渣）狀況的一項指標。 彎心直徑彎心直徑附錄一附錄一表表4沖擊韌性（附錄一沖擊韌性（附錄一 表表2、表、表4） 衡量指鋼材在沖擊荷載作用下斷裂時吸收機械能的一種衡量指鋼材在沖擊荷載作用下斷裂時吸收機械能的一種能力，是衡量鋼材抵抗因低溫、應力集中、沖擊荷載作用而能力，是衡量鋼材抵抗因低溫、應力集中、沖擊荷載作用而脆性斷裂能力脆性斷裂能力的一項指標。的一項指標。沖斷試樣所消耗的能量的大小來衡量鋼材的沖擊韌性沖斷試樣所消耗的能量的大小來衡量鋼材的沖擊韌性AkvAkv（沖擊功）是衡量沖擊韌性的指標（沖擊功）是衡量沖擊韌性的指標三、鋼材的焊接性能、抗蝕性和防腐蝕

9、措施三、鋼材的焊接性能、抗蝕性和防腐蝕措施 1 1、鋼材的焊接性能、鋼材的焊接性能 是指在給定的構造型式和焊接工藝條件下獲得符合質是指在給定的構造型式和焊接工藝條件下獲得符合質量要求的焊縫連接的性能。量要求的焊縫連接的性能。 焊接性能差的鋼材在焊接區(qū)域容易發(fā)生脆性斷裂焊接性能差的鋼材在焊接區(qū)域容易發(fā)生脆性斷裂 。2 2、鋼材的抗蝕性、鋼材的抗蝕性用腐蝕速度來衡量用腐蝕速度來衡量每年腐蝕厚度的毫米數(shù)（每年腐蝕厚度的毫米數(shù)（mm/amm/a）單位時間內單位面積腐蝕減損的重量（單位時間內單位面積腐蝕減損的重量（g/g/（m m2 2aa）三、鋼材的焊接性能、抗蝕性和防腐蝕措施三、鋼材的焊接性能、抗蝕

10、性和防腐蝕措施 3 3、水工鋼結構防腐蝕措施、水工鋼結構防腐蝕措施 涂料保護涂料保護 噴鍍保護噴鍍保護 電化學保護電化學保護第二章第二章 鋼結構的材料和計算方法鋼結構的材料和計算方法第二節(jié)第二節(jié) 影響鋼材力學性能的主要因素影響鋼材力學性能的主要因素冶煉澆注軋制冶煉澆注軋制復雜應力和復雜應力和應力集中應力集中鋼材硬化鋼材硬化（冷作、時效）（冷作、時效）溫度溫度化學成分化學成分第二節(jié)第二節(jié) 影響鋼材力學性能的主要因素影響鋼材力學性能的主要因素一、化學成分的影響（附錄一一、化學成分的影響（附錄一 表表1 1、表、表3 3）碳素鋼和合金鋼碳素鋼和合金鋼化學成分強度塑性可焊性其他碳碳C C錳錳MnMn不

11、明顯不明顯過量過量改善冷脆性改善冷脆性硅硅SiSi不明顯不明顯過量過量改善冷脆性改善冷脆性釩釩V V過量過量抗腐蝕性抗腐蝕性硫硫S S熱脆熱脆抗腐蝕性抗腐蝕性氧氧O O磷磷P P冷脆冷脆抗腐蝕性抗腐蝕性氮氮N N二、鋼材冶煉、澆注和軋制的影響二、鋼材冶煉、澆注和軋制的影響 鋼材生產流程：鋼材生產流程：冶煉冶煉澆注成錠澆注成錠軋制軋制 1 1、冶煉主要是平爐和轉爐兩種、冶煉主要是平爐和轉爐兩種二、鋼材冶煉、澆注和軋制的影響二、鋼材冶煉、澆注和軋制的影響鋼材生產流程：鋼材生產流程：冶煉冶煉澆注成錠澆注成錠軋制軋制 2 2、澆注成錠、澆注成錠二、鋼材冶煉、澆注和軋制的影響二、鋼材冶煉、澆注和軋制的影

12、響鋼材生產流程：鋼材生產流程：冶煉冶煉澆注成錠澆注成錠軋制軋制 2 2、澆注過程中因脫氧程度不同而分為、澆注過程中因脫氧程度不同而分為沸騰鋼（沸騰鋼（F F）、半鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼（b b）、）、鎮(zhèn)靜鋼（鎮(zhèn)靜鋼（Z Z）和特殊鎮(zhèn)靜鋼）和特殊鎮(zhèn)靜鋼(TZ)(TZ)。（1 1）沸騰鋼：）沸騰鋼：用用MnMn作脫氧劑，脫氧不完全，能滿足一般承重結構作脫氧劑，脫氧不完全，能滿足一般承重結構的要求，應用較多。的要求，應用較多。（2 2）半鎮(zhèn)靜鋼：）半鎮(zhèn)靜鋼：用用MnMn和少量和少量SiSi作脫氧劑，脫氧程度介于上下兩者作脫氧劑，脫氧程度介于上下兩者之間。之間。（3 3）鎮(zhèn)靜鋼：鎮(zhèn)靜鋼：用用MnMn和和Si

13、Si作脫氧劑，脫氧過程中有大量氣體溢出。作脫氧劑，脫氧過程中有大量氣體溢出。適用于低溫并承受動力荷載的焊接結構和重要結構中。適用于低溫并承受動力荷載的焊接結構和重要結構中。（4 4）特殊鎮(zhèn)靜鋼：）特殊鎮(zhèn)靜鋼：補充補充AlAl作脫氧劑。作脫氧劑。澆注缺陷的影響澆注缺陷的影響 偏析偏析 金屬結晶后化學成分分布不均勻的現(xiàn)象。金屬結晶后化學成分分布不均勻的現(xiàn)象。主要是硫、磷偏析，其后果是主要是硫、磷偏析，其后果是偏析區(qū)鋼材的塑性、偏析區(qū)鋼材的塑性、韌性、可焊性韌性、可焊性變壞。變壞。裂紋裂紋 鋼材中存在的微觀裂紋。鋼材中存在的微觀裂紋。 非金屬夾雜非金屬夾雜 指鋼材中的非金屬化合物，如指鋼材中的非金屬

14、化合物，如硫化物、氧化物，他們使硫化物、氧化物，他們使鋼材性能變脆鋼材性能變脆。 氣泡氣泡 澆鑄時由澆鑄時由FeOFeO和和C C作用所生成的作用所生成的COCO氣體不氣體不能充分逸出而滯留在鋼錠那形成的微小空洞。能充分逸出而滯留在鋼錠那形成的微小空洞。 分層分層 澆鑄時的非金屬夾雜在軋制后可能造成鋼澆鑄時的非金屬夾雜在軋制后可能造成鋼材的分層材的分層, ,使鋼材厚度方向的受拉性能降低。使鋼材厚度方向的受拉性能降低。2022-3-12二、鋼材冶煉和軋制的影響二、鋼材冶煉和軋制的影響 3 3、軋制：把鋼錠再加熱至、軋制：把鋼錠再加熱至12001200至至13001300，用軋鋼，用軋鋼機將其扎成

15、所需要的形狀和尺寸。機將其扎成所需要的形狀和尺寸。軋制的影響：軋鋼機壓力作用可使鋼錠中的小氣泡軋制的影響：軋鋼機壓力作用可使鋼錠中的小氣泡和質地較梳松部分密實起來，消除缺陷和細化鋼的和質地較梳松部分密實起來，消除缺陷和細化鋼的晶粒，而且壓縮比愈大其強度和沖擊韌性也愈高。晶粒，而且壓縮比愈大其強度和沖擊韌性也愈高。鋼材軋制次數(shù)愈多愈薄，內部組織愈均勻，強度也鋼材軋制次數(shù)愈多愈薄，內部組織愈均勻，強度也愈高。故鋼材的機械性能要按厚度或直徑的大小進愈高。故鋼材的機械性能要按厚度或直徑的大小進行分組。行分組。（P32 P32 表表2-42-4）寬翼緣寬翼緣H型鋼型鋼軋制示意圖軋制示意圖三、復雜應力和應

16、力集中的影響三、復雜應力和應力集中的影響 1 1、復雜應力的影響、復雜應力的影響 單向應力條件下，鋼材進入塑性工作階段的條件是單向應力條件下，鋼材進入塑性工作階段的條件是 按照第四強度理論來衡量：鋼的塑性條件用折按照第四強度理論來衡量：鋼的塑性條件用折算應力來衡量算應力來衡量 三向主應力三向主應力)( 3)(222222zxyzxyxzzyyxzyxeq)(133221232221eqyeqf當當 時，鋼材處于彈性工作階段時，鋼材處于彈性工作階段當當 時，鋼材進入塑形工作階段時，鋼材進入塑形工作階段yeqfyf三、復雜應力和應力集中的影響三、復雜應力和應力集中的影響 1 1、復雜應力的影響、復

17、雜應力的影響同號平面應力狀態(tài)，即同號平面應力狀態(tài)，即 且且 二者同號二者同號0321)(133221232221eq1212221eq危險情況，應盡量避免危險情況，應盡量避免同號立體應力狀態(tài)同號立體應力狀態(tài)同上：危險情況，應盡量避免同上：危險情況，應盡量避免yyeqff有可能已經時，1三、復雜應力和應力集中的影響三、復雜應力和應力集中的影響 1 1、復雜應力的影響、復雜應力的影響異號平面應力狀態(tài)，即異號平面應力狀態(tài)，即 且且 二者異號二者異號yyeqff肯定時，10321)(133221232221eq1212221eq安全情況，可以出現(xiàn)安全情況，可以出現(xiàn)異號立體應力狀態(tài)異號立體應力狀態(tài)同上：

18、安全情況，可以出現(xiàn)同上：安全情況，可以出現(xiàn)三、復雜應力和應力集中的影響三、復雜應力和應力集中的影響 2 2、應力集中的影響（圖、應力集中的影響（圖2-52-5） 當承受動當承受動荷載時往往導荷載時往往導致脆性破壞。致脆性破壞。 當承受靜當承受靜荷載時，只要荷載時，只要構造合理，應構造合理，應力集中力集中一般不一般不影響截面的靜影響截面的靜力極限承載力力極限承載力，設計時可不考設計時可不考慮其影響。慮其影響。03切向正應力0r375. 0徑向正應力05切向正應力四、硬化的影響四、硬化的影響1 1、硬化、硬化 鋼材在彈性范圍內重復加、卸荷載一般不致改變鋼材在彈性范圍內重復加、卸荷載一般不致改變鋼材

19、的性能。當超過此范圍后將引起鋼材的性能變化，鋼材的性能。當超過此范圍后將引起鋼材的性能變化，表現(xiàn)為鋼材的屈服強度、彈性范圍增加，塑性和伸長表現(xiàn)為鋼材的屈服強度、彈性范圍增加，塑性和伸長率降低，這一性質稱為率降低，這一性質稱為硬化硬化。 四、硬化的影響四、硬化的影響3 3、時效硬化、時效硬化 鋼材隨時間進展將使屈服強度和抗拉強度提高、鋼材隨時間進展將使屈服強度和抗拉強度提高、伸長率和沖擊韌性降低，稱為伸長率和沖擊韌性降低，稱為時效硬化時效硬化。 隨著時間的增長碳、氮從純鐵中析出，形成滲隨著時間的增長碳、氮從純鐵中析出，形成滲碳體和氮化物，散布在晶粒的滑動面上，阻礙滑移、碳體和氮化物，散布在晶粒的

20、滑動面上，阻礙滑移、約束結構變形，使鋼變硬變脆。約束結構變形，使鋼變硬變脆。 2 2、冷作硬化、冷作硬化 鋼結構在制造過程中，在常溫下進行冷加工，鋼結構在制造過程中，在常溫下進行冷加工，產生了很大的塑性形變而引起的鋼的硬化現(xiàn)象，稱產生了很大的塑性形變而引起的鋼的硬化現(xiàn)象，稱為為冷作硬化冷作硬化。五、溫度影響五、溫度影響 鋼材的機械性能隨溫度的不同而有變化，鋼材鋼材的機械性能隨溫度的不同而有變化，鋼材的的塑性塑性和和沖擊韌性沖擊韌性會隨溫度的下降而降低。會隨溫度的下降而降低。 00C C150150C C200200C C250250C C300300C C600600C C脆性轉變溫度脆性轉變

21、溫度冶煉澆注軋制冶煉澆注軋制復雜應力和復雜應力和應力集中應力集中鋼材硬化鋼材硬化（冷作、時效）（冷作、時效）溫度溫度化學成分化學成分第三節(jié)第三節(jié) 鋼材的疲勞鋼材的疲勞一、鋼材疲勞破壞特點一、鋼材疲勞破壞特點 鋼材在循環(huán)應力反復作用下裂紋生成，擴展以至鋼材在循環(huán)應力反復作用下裂紋生成，擴展以至斷裂破壞的現(xiàn)象稱為鋼材的斷裂破壞的現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞破壞疲勞破壞 。疲勞破壞屬于疲勞破壞屬于脆性斷裂脆性斷裂，但又與一般的脆性斷裂不同。，但又與一般的脆性斷裂不同。 疲勞破壞一般經歷疲勞破壞一般經歷裂紋形成裂紋形成、裂紋緩慢擴展裂紋緩慢擴展和和最最后迅速斷裂后迅速斷裂三個階段。三個階段。 第二章第二章 鋼結

22、構的材料和計算方法鋼結構的材料和計算方法一、鋼材疲勞破壞特點一、鋼材疲勞破壞特點典型的疲勞斷口斑紋典型的疲勞斷口斑紋 ：裂紋擴展區(qū)裂紋擴展區(qū)和和脆性斷裂區(qū)脆性斷裂區(qū)一、鋼材疲勞破壞特點一、鋼材疲勞破壞特點 鋼材的疲勞破壞與鋼材的質量鋼材的疲勞破壞與鋼材的質量, ,構件的幾何尺構件的幾何尺寸和缺陷等因素有關。寸和缺陷等因素有關。 主要取決于循環(huán)荷載在鋼材內引起的主要取決于循環(huán)荷載在鋼材內引起的反復循環(huán)反復循環(huán)應力的特征應力的特征和和循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù)。 循環(huán)應力的特征可用應力隨時間變化的曲線即循環(huán)應力的特征可用應力隨時間變化的曲線即應力譜應力譜描述。描述。 一、鋼材疲勞破壞特點一、鋼材疲勞破壞特點

23、 疲勞試驗通常采用的幾種正弦應力譜，應力譜疲勞試驗通常采用的幾種正弦應力譜，應力譜的特征可用的特征可用應力比應力比。也可用。也可用應力幅應力幅 。maxmin/minmax應力循環(huán)次數(shù)應力循環(huán)次數(shù)n n（疲勞壽命）（疲勞壽命）應力循環(huán)次數(shù)應力循環(huán)次數(shù)n5510104 4，不需要進行疲勞計算。，不需要進行疲勞計算。 應力幅越低，作用循環(huán)次數(shù)越多，應力幅越低，作用循環(huán)次數(shù)越多，疲勞壽命越高。疲勞壽命越高。0 1N1 2N2 bf fy123456nX105應力幅與應力循環(huán)次數(shù)的關系應力幅與應力循環(huán)次數(shù)的關系二、常幅疲勞驗算二、常幅疲勞驗算 n曲線曲線 由實驗獲得由實驗獲得 為一常數(shù)直角坐標系直角坐

24、標系 雙對數(shù)坐標系雙對數(shù)坐標系二、常幅疲勞驗算二、常幅疲勞驗算 鋼結構設計規(guī)范鋼結構設計規(guī)范（GB50017GB5001720032003）規(guī)定常）規(guī)定常幅疲勞按下式進行驗算：幅疲勞按下式進行驗算： 1)(nc 試驗表明，在一定循環(huán)次數(shù)下，發(fā)生疲勞破壞試驗表明，在一定循環(huán)次數(shù)下，發(fā)生疲勞破壞的應力幅大小，主要取決于的應力幅大小，主要取決于構件或連接的細部構造。構件或連接的細部構造。 n n：應力循環(huán)次數(shù)；：應力循環(huán)次數(shù)；c c、：系數(shù)，根據不同形式的構件或連接而異：系數(shù)，根據不同形式的構件或連接而異附錄二，表附錄二，表2-12-1容許應力幅容許應力幅N/mmN/mm2 2二、常幅疲勞驗算二、常

25、幅疲勞驗算 附錄二：按照殘余應力和應力集中程度將構件和連接分類分附錄二：按照殘余應力和應力集中程度將構件和連接分類分成成8類（類（1類最輕，類最輕，8類最重）類最重）表表2-1例題例題2-1:一個軸心拉力的鋼板，一個軸心拉力的鋼板，Q345鋼，截面為鋼，截面為400mm20mm。在垂直拉力方向由對接焊縫連接，。在垂直拉力方向由對接焊縫連接，如下圖所示。焊縫表面加工磨平，質量一級。鋼板承如下圖所示。焊縫表面加工磨平，質量一級。鋼板承受重復荷載，預期循環(huán)次數(shù)受重復荷載，預期循環(huán)次數(shù)n106次，荷載標準值次，荷載標準值Nmax1300kN， Nmin0kN，試進行疲勞驗算。，試進行疲勞驗算。Q1Q1

26、：在給定荷載：在給定荷載的條件下，最多的條件下，最多可循環(huán)多少次？可循環(huán)多少次？Q2Q2：在指定的循環(huán)在指定的循環(huán)次數(shù)下，若次數(shù)下，若Nmin=0kN，求允許，求允許的最大的最大Nmax三、變幅疲勞驗算三、變幅疲勞驗算 正確的方法是結合結構實際變幅荷載進行疲勞正確的方法是結合結構實際變幅荷載進行疲勞計算。計算。鋼結構設計規(guī)范鋼結構設計規(guī)范根據根據線性累積損傷法則線性累積損傷法則，把變幅疲勞折合成常幅疲勞進行計算。把變幅疲勞折合成常幅疲勞進行計算。線性累積損傷法則假定疲勞破壞與不同水平的應力幅出現(xiàn)的線性累積損傷法則假定疲勞破壞與不同水平的應力幅出現(xiàn)的先后次序先后次序無關無關，雖然與實際有所不同，

27、但可簡化計算，且能，雖然與實際有所不同，但可簡化計算，且能保證安全。保證安全。三、變幅疲勞驗算三、變幅疲勞驗算步驟：步驟：1 1、實測使用期內變幅荷載規(guī)律，算出、實測使用期內變幅荷載規(guī)律，算出2 2、把不同應力幅按大小分成、把不同應力幅按大小分成n n級，并統(tǒng)計每一級的級，并統(tǒng)計每一級的循環(huán)次數(shù)，記為循環(huán)次數(shù)，記為n n1 1，n n2 2nnn n3 3、計算等效應力幅、計算等效應力幅4 4、驗算疲勞強度、驗算疲勞強度 容許應力幅不變容許應力幅不變n21.、1e)(iiinn）（1e)(nc例題例題2-2:某某Q345鋼構件焊接部位的疲勞類別屬于鋼構件焊接部位的疲勞類別屬于6類。類。經測試每

28、年的應力循環(huán)次數(shù)約經測試每年的應力循環(huán)次數(shù)約4萬次，其中各種應力萬次，其中各種應力幅及出現(xiàn)的頻率為：幅及出現(xiàn)的頻率為： =15N/mm2占占5%， = 35N/mm2占占20%， = 80N/mm2占占30%， = 100N/mm2占占25%， = 130N/mm2占占15%， = 160N/mm2占占5%。（1）按設計基準期）按設計基準期T=50年考慮，試驗算疲勞強度是年考慮，試驗算疲勞強度是否滿足要求？否滿足要求？（2）求該焊接部位的設計疲勞壽命（年）。）求該焊接部位的設計疲勞壽命（年）。1234651e)(iiinn）（四、疲勞計算應注意的問題四、疲勞計算應注意的問題直接承受動力荷載重復

29、作用的鋼結構構件和連接，直接承受動力荷載重復作用的鋼結構構件和連接，當應力循環(huán)次數(shù)當應力循環(huán)次數(shù)n50000n50000時，應進行疲勞計算。時，應進行疲勞計算。疲勞計算時，作用于結構的荷載取疲勞計算時，作用于結構的荷載取標準值標準值。在全壓應力（在全壓應力（不出現(xiàn)拉應力不出現(xiàn)拉應力）循環(huán)中，裂縫不會擴）循環(huán)中，裂縫不會擴展，故可不作疲勞驗算。展，故可不作疲勞驗算。試驗證明，鋼材靜力強度的不同，對大多數(shù)焊接類試驗證明，鋼材靜力強度的不同，對大多數(shù)焊接類的疲勞強度無明顯影響。的疲勞強度無明顯影響。第四節(jié)第四節(jié) 鋼材的鋼號及選用鋼材的鋼號及選用 一、建筑鋼的種類一、建筑鋼的種類 鋼結構常用的鋼材鋼結

30、構常用的鋼材: :碳素鋼碳素鋼和和低合金鋼低合金鋼兩類。兩類。 碳素鋼根據含碳量分：碳素鋼根據含碳量分：( (生鐵或鑄鐵生鐵或鑄鐵) ) 高碳鋼，中碳鋼，高碳鋼，中碳鋼，低碳鋼低碳鋼( (熟鐵熟鐵) )。 鋼結構用鋼要求鋼結構用鋼要求C0.22%C0.22%，焊接結構要求，焊接結構要求C0.2%C0Z0可靠狀態(tài)；可靠狀態(tài)；Z=0Z=0極限狀態(tài)；極限狀態(tài)；Z0Z0失效狀態(tài)。失效狀態(tài)。假設：假設：S S與與R R獨立獨立且都服從正態(tài)分且都服從正態(tài)分布，則布，則Z Z也服從也服從正態(tài)分布。正態(tài)分布。一、概率極限狀態(tài)設計法概要一、概率極限狀態(tài)設計法概要 0)()0(dZZfZPpf功能函數(shù)功能函數(shù)Z

31、Z的概率分布曲線：的概率分布曲線：失效概率為失效概率為P Pf f結構可靠度為結構可靠度為P PS S=1-P=1-Pf f只要結構的失效概率只要結構的失效概率小于預定的可接受的小于預定的可接受的程度，就認為結構是程度，就認為結構是安全的！安全的！一、概率極限狀態(tài)設計法概要一、概率極限狀態(tài)設計法概要 22SRSRZZ功能函數(shù)功能函數(shù)Z Z的概率分布曲線：的概率分布曲線：為平均值為平均值為標準差為標準差稱為可靠指標稱為可靠指標一、概率極限狀態(tài)設計法概要一、概率極限狀態(tài)設計法概要 可靠度指標可靠度指標1.01.52.02.5失效概率失效概率pf1.5910-16.6810-22.2810-26.2110-3可靠度指標可靠度指標3.03.54.04.5失效概率失效概率pf1.3510-32.3310-43.1710-53.4010-6可靠指標與失效概率的對應關系推倒：可靠指標與失效概率的對應關系推倒： )()()()() 0() 0(tPpZtZPZPZPZPpfZZZZZZZZZf標準化，令二、二、 按規(guī)范的計算方法按規(guī)范的計