高等橋梁設(shè)計(jì)理論——鋼橋疲勞設(shè)計(jì)理論第一頁(yè)，共21頁(yè)。1.基本概念

疲勞破壞定義：

疲勞破壞是材料在低于強(qiáng)度極限的反復(fù)荷載作用下，由于缺陷局部微細(xì)裂紋的形成和發(fā)展直到最后發(fā)生脆性斷裂的一種破壞。疲勞破壞必要條件：

存在拉應(yīng)力；應(yīng)力反復(fù)；產(chǎn)生塑性變形。

疲勞和脆性斷裂破壞的區(qū)別:都為脆性斷裂，但疲勞裂紋出現(xiàn)到斷裂有相當(dāng)一段穩(wěn)定發(fā)展期。第二頁(yè)，共21頁(yè)。2.抗疲勞設(shè)計(jì)原理2.1應(yīng)力比準(zhǔn)則疲勞檢算原理：

構(gòu)件最大拉應(yīng)力；應(yīng)力循環(huán)特征系數(shù)；、以絕對(duì)值定義；疲勞強(qiáng)度，時(shí)，材料疲勞強(qiáng)度；

K疲勞強(qiáng)度曲線斜率。第三頁(yè)，共21頁(yè)。2.抗疲勞設(shè)計(jì)原理交變應(yīng)力圖第四頁(yè)，共21頁(yè)。2.抗疲勞設(shè)計(jì)原理Goodman圖第五頁(yè)，共21頁(yè)。2.抗疲勞設(shè)計(jì)原理

應(yīng)力比疲勞檢算原則適應(yīng)范圍：常幅應(yīng)力作用下的鉚接、栓接結(jié)構(gòu)。在焊接結(jié)構(gòu)中，由于焊接殘余應(yīng)力的存在，采用應(yīng)力幅準(zhǔn)則檢算疲勞比較符合實(shí)際情況。2.2應(yīng)力幅疲勞檢算準(zhǔn)則:

構(gòu)件最大拉應(yīng)力；

構(gòu)件最小應(yīng)力。

第六頁(yè)，共21頁(yè)。2.抗疲勞設(shè)計(jì)原理2.3交變應(yīng)力幅疲勞強(qiáng)度檢算原則：

——應(yīng)力幅作用次數(shù)；

——相應(yīng)應(yīng)力幅作用下疲勞破壞次數(shù)；

D——損傷度，當(dāng)時(shí)，未產(chǎn)生疲勞破壞；當(dāng)時(shí)，產(chǎn)生疲勞破壞。第七頁(yè)，共21頁(yè)。2.抗疲勞設(shè)計(jì)原理2.4S—N

曲線

在一定平均應(yīng)力(或一定的應(yīng)力比)，在不同應(yīng)力幅（或不同的最大應(yīng)力）的常幅應(yīng)力進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，測(cè)出試件斷裂時(shí)對(duì)應(yīng)的疲勞壽命N，以（或）為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)做出兩者對(duì)應(yīng)關(guān)系的曲線（接近直線），稱為S—N曲線。

第八頁(yè)，共21頁(yè)。2.抗疲勞設(shè)計(jì)原理S—N

曲線圖第九頁(yè)，共21頁(yè)。2.抗疲勞設(shè)計(jì)原理S—N

曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

N——疲勞循環(huán)次數(shù)；

1/m——S—N曲線的斜率；

lgC——S—N曲線的橫坐標(biāo)的截距；

1/m，lgC跟材料有關(guān)常數(shù)

第十頁(yè)，共21頁(yè)。2.抗疲勞設(shè)計(jì)原理等效應(yīng)力幅的概念（把變幅等效成等幅，損傷度相同）

假定一變幅應(yīng)力作用下結(jié)構(gòu)疲勞損傷度為：

其等效應(yīng)力幅作用下疲勞破壞次數(shù)N0

為

以等損傷度原則令:Db=D0第十一頁(yè)，共21頁(yè)。2.抗疲勞設(shè)計(jì)原理2.5疲勞極限的概念

定義：一般情況下，交變應(yīng)力值越高，疲勞破壞時(shí)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)越低，疲勞壽命越短。疲勞壽命無窮大時(shí)的最大交變應(yīng)力值稱為疲勞極限，小于該交變應(yīng)力區(qū)段的荷載也不會(huì)造成疲勞破壞。第十二頁(yè)，共21頁(yè)。3.荷載譜與應(yīng)力譜3.1荷載譜定義：

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)構(gòu)件所經(jīng)歷實(shí)際運(yùn)營(yíng)荷載按其大小及出現(xiàn)次數(shù)全部羅列即為荷載譜，也稱活載頻值譜。 主要處理方法：計(jì)算方法；

實(shí)際調(diào)查測(cè)試；典型列車或典型車輛。第十三頁(yè)，共21頁(yè)。3.荷載譜與應(yīng)力譜應(yīng)力譜定義由荷載譜產(chǎn)生構(gòu)件的應(yīng)力就叫做應(yīng)力譜。根據(jù)荷載譜計(jì)算產(chǎn)生應(yīng)力歷程，計(jì)算時(shí)須考慮動(dòng)力的作用，即沖擊系數(shù)的發(fā)大作用等；也可以從實(shí)測(cè)得到應(yīng)力歷程然后根據(jù)應(yīng)力歷程，不同應(yīng)力幅大小及次數(shù)的集合，即應(yīng)力譜。第十四頁(yè)，共21頁(yè)。3.荷載譜與應(yīng)力譜3.2應(yīng)力歷程計(jì)算 如何統(tǒng)計(jì)應(yīng)力歷程各應(yīng)力幅的次數(shù)的兩種方法。雨流法 應(yīng)力歷程轉(zhuǎn)動(dòng)90度，假想雨水沿應(yīng)力歷程流動(dòng)，由此統(tǒng)計(jì)各應(yīng)力幅的數(shù)量，具體方法如下 （1）從古點(diǎn)開始流動(dòng)的雨水到達(dá)峰點(diǎn)時(shí)豎直下滴，流到下層屋面并繼續(xù)往下流，當(dāng)流到某一層層面遇見一個(gè)來源于比本次谷點(diǎn)更低的谷點(diǎn)的雨水，則停止流動(dòng)。同理，從峰點(diǎn)開始流動(dòng)的雨水到達(dá)谷點(diǎn)時(shí)豎直下滴，流到下一層面并繼續(xù)往下流，當(dāng)流到某一層面遇見一個(gè)來源于比本次峰點(diǎn)更高的峰點(diǎn)的雨水，則停止流動(dòng)。 （2）任何情況下，在某一層層面流動(dòng)的雨水遇見上一層面屋面流下的雨水，則停止流動(dòng)。 （3）每次雨流的起點(diǎn)和終點(diǎn)作為半個(gè)應(yīng)力循環(huán)。第十五頁(yè)，共21頁(yè)。3.荷載譜與應(yīng)力譜雨流法圖第十六頁(yè)，共21頁(yè)。3.荷載譜與應(yīng)力譜泄水法圖第十七頁(yè)，共21頁(yè)。3.荷載譜與應(yīng)力譜

泄水法統(tǒng)計(jì)應(yīng)力歷程個(gè)應(yīng)力幅次數(shù)的計(jì)算原則 （1）鏡像同樣的應(yīng)力歷程圖，對(duì)稱于與豎坐標(biāo)軸平行的對(duì)稱軸，將兩個(gè)最大峰值點(diǎn)5和用水平虛線相連，把該虛線以下部分圖形看作一個(gè)水池的橫斷面。 （2）選擇最低的谷點(diǎn)泄水。如果有兩個(gè)或更多相等的最低谷點(diǎn)，則可以選擇任何一個(gè)谷點(diǎn)泄水，以水面到該谷點(diǎn)的泄水深度作為一次循環(huán)的應(yīng)力幅。 （3）對(duì)泄不出去的剩余水，重復(fù)第二步，直到水池的水全部泄完為止，并將每次泄水深度作為一次循環(huán)的應(yīng)力幅。第十八頁(yè)，共21頁(yè)。4.鋼橋疲勞設(shè)計(jì)方法4.1基本要求：預(yù)測(cè)整個(gè)設(shè)計(jì)壽命期間完整的荷載序列-荷載譜；計(jì)算荷載下結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)；繪制各類細(xì)部構(gòu)造的疲勞曲線；根據(jù)疲勞檢算原則