1、第8章 鋼結構的脆性斷裂和疲勞8.1 鋼結構脆性斷裂及其防止8.1.1 脆性斷裂破壞脆性破壞: 結構的最終破壞是由于其構件的脆性斷裂導致的。特點：無塑性發(fā)展或很小，斷裂時伸長量極其微小，沒有破壞的預兆。 脆性破壞分類過載斷裂:由于過載,強度不足而導致的斷裂。特點：破壞速度快，主要是鋼絲束、鋼絞線和鋼絲繩等。非過載斷裂:塑性很好的鋼構件在缺陷、低溫等因素影響下突然呈脆性斷裂 應力腐蝕斷裂:在腐蝕性環(huán)境中承受靜力或準靜力荷載作用的結構,在遠低于屈服極限的應力狀態(tài)下發(fā)生的斷裂，強度越高則對應力腐蝕斷裂越敏感。疲勞斷裂與腐蝕疲勞斷裂:在交變荷載作用下,裂紋的失穩(wěn)擴展導致的斷裂，高周：循環(huán)周數(shù)在105以

2、上者，低周：只有幾百或幾十次, 環(huán)境介質(zhì)導致或加速疲勞裂紋的萌生和擴展稱為腐蝕疲勞。 氫脆斷裂: 氫使材料韌性降低而導致的斷裂鋼結構的非過載脆性破壞P3028.1.2脆性斷裂的防止 構件不出現(xiàn)非過載脆性斷裂的條件KI=KIC（含義見書） 為了防止脆性斷裂,需要從三個方面著手：1.鋼材選擇（保證足夠韌性KIC）材料韌性指標：沖擊韌性。碳素鋼：夏比V形缺口沖擊功不低于27J；低合金高強度結構鋼：夏比V形缺口沖擊功不低于34J；公路鋼橋和吊車梁在翼緣板厚度不超過4Omm，按所處最低溫度加40級別要求； 公路鋼橋和吊車梁在翼緣板厚度超過 4Omm, 降低最低溫度；低溫地區(qū)避免用厚度大的鋼板，必須用厚板

3、時,應提高對沖擊韌性的要求或進行全厚度韌性試驗。2.初始裂紋：減小初始裂紋，避免形成裂縫間隙，保證焊縫質(zhì)量,限制和避免焊接缺陷，焊縫表面不得有裂紋；3.應力：緩和應力集中，減小應力值，避免受到約束而產(chǎn)生高額殘余應力4.結構形式與構造細節(jié)：超靜定結構優(yōu)于靜定結構：由于地基不均勻沉陷會導致嚴重不利的內(nèi)力重分布。靜定結構采用多路徑傳遞荷載優(yōu)于單路徑傳遞荷載。單個構件：多路徑組織要優(yōu)于單路徑組織焊接受彎構件的受拉翼緣，當彎矩很大,需要選取較厚的翼緣時,從抗斷裂的角度看,后者要比前者有利。前者一旦開裂,即一裂到斷,后者在一層板開裂后,不會波及其他板層。翼緣和腹板采用不焊透的焊縫連接,有利于阻止裂縫的發(fā)展

4、。但只適用于翼緣和腹板之間無垂直于間隙的拉力時才允許。否則,構造間隙的類裂紋作用十分有害。在它近旁的高度應力集中,高額的焊接殘余應力,以及因熱塑變形而時效硬化導致的基體金屬的脆性提高,經(jīng)常扮演誘發(fā)裂紋的角色。8.2 鋼結構抗疲勞設計8.2.1 疲勞破壞疲勞破壞是裂縫形成，擴展及最終斷裂的過程。鋼結構本身內(nèi)部存在微小裂紋，所以鋼結構疲勞只有后2階段。影響結構疲勞因素主要有疲勞荷載（外因），還有內(nèi)因的斷裂韌性，及描述缺陷應力狀態(tài)的應力集中程度。對于等幅交變荷載其幅值P=Pmax-Pmin對疲勞壽命影響顯著。增加荷載幅值,試件的疲勞壽命呈減少趨勢，同樣的荷載幅值作用下,試件的疲勞壽命隨初始裂紋長度的增大而減少，荷載比(或應力比)=Pmin/Pmax對裂縫擴展速度較小。應力集中系數(shù)大(相應地,應力集中程度越高)，構件的抗疲勞性能越差。8.2.2 應力幅準則建立在應力幅基礎上的疲勞校核準則：（允許應力幅）=(C/n)1/不同構件式連接的,C值見表8-2，308頁例題見311頁。8.2.3 變幅疲勞荷載對于隨機荷載譜，用最大應力幅max計算偏于保守。實用的方法是從隨機譜中提出若干個應力譜i并確定和它們相對應的頻數(shù)ni,然后,按照線性累積損傷準則 ,找出一個等效應力幅e,代替前MMe=ni(i)/nii=1i=11/ni：預期