《16.2  —疲劳计算 》 》 16.2.1】  本？条在原规范第—6.：2.1条的基—础，上增补了许多—内容：和说明并将原规范第！6.2.1条一分为！二形成第16.2】.1条、《第1：6.2.《2条两条当结构所受！的应力幅较低时【可采用式(1—6.2？.1：。-1)和式(16.！2.1-《。4)快速验算疲【劳强度国际上—的试：验研究表明无论【是常幅？疲劳还是变》。幅疲劳低于疲劳截止！。限的应力幅一般不】会导致疲劳》破坏 》。     本】次修订参考欧洲【。钢结构设《计规范？EC3D《esign of ！steel —structure！。s-Part1【-9：Fat？i，gue增加》。了少量针《对构造细节》受剪应力幅》的疲劳强《度计算？；同时针对正应力幅！的疲劳问题引—入板厚修《正系数？γt来？考虑壁厚效应—对横向受力焊缝疲】。劳强度的影响国【内外大量的疲—劳试验采用的—试件钢板厚度一般都！小于25mm 】     对！于板厚大于25mm！的构件？和连接主要是横【向角焊缝和对接【焊缝等横《向传力焊《缝试验？和理论分析表明【由于板厚引》起的焊趾《位置的应《力集中或应力梯度变！化疲劳？强度随着板》厚的增加有一定程】度的降低因此—需要对？容许应力幅针对具体！。的板厚进行修正【板厚修正系数γt的！计，算公式(1》。。6.2.1-7【)，参考了国际上—钢结：构疲劳？设，计规范？如日本标准》JS：SC欧洲钢结—构设计规范EC【3 —     考虑【到，非焊接与焊接构件以！及连接的不同即前者！一，。。般不存在很高的残】余应力？其疲劳？寿命：不，。仅与应？力幅有关也与—名义最大应力有关】。。因此为了疲劳强【度计算统一采用【应力幅的形式对【非焊接构件以及【连接引入折算—应力：幅以考虑σma【x的影响折》算，应力：幅，的表达方《式，为 】 ，。  》   式中k系数】。按钢结构设计规范】TJ 17-7【4，规定对主体》金，属3号钢取k—＝0.5《16Mn钢取k＝】0.6；对》角，。焊缝3号《钢取k＝《0.816》Mn：钢取k＝0.85；！    ！       [δ！。p0]应《力比ρ(ρ＝σ【mi：n/σma》x)＝0时疲劳容】许拉应力其值与【[△σ]相当 【     ！在，钢结构设《计规范TJ 17-！。74中[σp0]】考虑了欠载效应【系数1.15和【动力：系数：1.1故其值—较，高但本条仅》。考虑：常幅疲劳《应取：消欠载效《应，系数且[△σ]【是试验值已包含【动载效应所以亦不】考虑动力系数因此[！△σ]的取值相当于！[σ：。p0]/《(1.1《5×1？.1)＝0.—7，9[：σp0]另外88】版规范以《高强螺栓摩擦型【连接：和带孔试《件为代表将》。试验：数据统计分析取【k＝0.7因—此△：σ＝σmax0.7！σmi？n 【   ？。 原：规范：之前的修订工作针对！常，幅疲劳容许应力【幅做了两方面的工作！一是收集和汇总各种！。构件：和连接形式》的疲劳试验资料【；二是以几种主要的！形式为？出发点？把众多？的构件和连接—形，式归纳？分类每？。种具：体连接以其所属类别！给出S-N疲劳曲线！和相关参数为—进行统？计分析工作汇集了】。国，内现有资料》个别连接形式(如T！形对接焊接》等)适当《参考了国外资—料根据？不同：钢，号、不同尺寸—。的同一连《接形式的所有试验】资料汇总《后按应力幅计算【式进行统计分析以9！5％置信度取2×1！06次疲劳应力【幅，下限值也就是疲劳】试验数据《线性：回归值(平均—值)减去2倍标准】。差按各种《连接形？式疲劳强度的统【计参：数[：非焊接？连接形式考虑了最】大应力(应力比)实！际存在的影响]以】构件母材、高强度】螺栓连接《、带孔？、翼缘焊缝、横向加！劲肋、？横向：。。角焊：。。缝连接和节点板连】接等几种《主要形式为》出发点适当》照顾S-N曲线族的！。等间距设置把连接方！式和：受力特点相似、疲劳！强度相近的形—式归成同一类最后】确定构件和连接分类！有，8种分类后》需要确定S-N曲线！斜率值？根据试验结》果绝大多数焊接连接！的斜率在3.0～】3.：5，之间部分介》。于2.5～3—.0：之间构件母材—和非焊接连接则按斜！率小于4《为简化计算取用3】和4两种斜率而在】N＝2？×106次疲劳强度！取值略予调整—以免在低循环次【数，出现疲劳强度过高的！现象S-N曲线【确定：后可据？此求：出任何？循环次数下》的容许应力幅(即疲！劳强：度)  ！   近2》0多：年来世？界上一？些先进国家在钢结】构疲劳性《能，和设计方《面开展了大量基【础性的试验研究工作！取得：了许多成《果发展了钢结构疲劳！设计：水平：提，出了许多《构造细？。节的疲？劳强度数据而我国这！方面：所做的？基础性工《。作十分有限鉴—于此现？状本次标准》修订时对国际—上各国的研究状况】和成果进行》了广泛的调》研和对比分析在保】持原规范疲劳—设计已有特点的【基础上借《鉴和吸收了》。欧洲钢结构设计规范！EC3钢《结构：疲劳设计《的概念和做法增加了！许多新的内容使我】国可进行钢结构疲】劳计算的构》造细节更加丰富【具体如下 ！ ，。    1  将原！来8：个类别的S-N曲】线增加到针对正应力！。幅疲：劳计算的有14个】类别为Z1～Z14！(见正？文表：。16.2.》1-1)；针对剪】应力幅疲劳计算的】有3个？类别为J1～—J3(详见正—文表：16.2.》1-2) 【   》  2 《 原来？的类别1和2—保，持不变即《为现：在的类别Z》1和Z2原》来的类别《3、4、5、6、】7、8分《别放入到《最接近现在》的类别Z4、Z5、！Z6、？Z7、Z8、Z【10中在N＝2×1！06时的新》老容许应《力幅的差别均—在5％以内》在工程上可以接【受原来针对角焊【缝疲劳？计算的类别8—放入到现在的—类，别J1 》 ，     3 ！ 国际上研》究表明？对变幅？疲劳问题《低应力幅《在高周循环阶段的疲！劳损：伤程度有所较低【且存在一个不—会疲劳损伤的截止限！为此针？对正应力《幅疲劳强度计算的】S-N？曲线在N＝》。5×1？06次之前的斜率】为βZ在N＝5×1！06～1×108次！之间的斜率为β【Z＋2(见图—。4，6)但是针对剪应力！幅疲劳强度计算【的S-N曲》线斜：率保持仍《不变为βJ(见图】4，7)无论是正应力幅！还是剪？应力幅均取》N＝1？。×，。108次时》的应力幅《为疲劳截止》限，    ！ 4  在》保持：原，规范19个项次的】构造细？节的基础上新增加】了23个细》节构：成共计？38个项次》并按：照非：焊接、纵向传力焊】缝、横？向，传力焊缝、》非传力焊缝、钢【管截面？、剪应力作用等情况！将构造？细节进行归类重新】编排同时构造细节】的图例？。表示得？。更清楚见《附录表K-1～K-！6 ： ？    》 表22《以200万次—的疲劳强度为例【给出了原有》构造细节在修订前】后的比较并指明了】新增加的构造细节】欧，洲钢结构《设计规范EC3构】造细节的疲》劳强度确定的方法】与我国？是，一致的？即依据疲《劳试验数据的线【性回归值(平均值)！减去2倍标》准差 【。 表22 》 各构造细节2【0，0万次的类别—及其疲劳强度(针对！附，录K-1《～K-？6) ？ — ！。。     正【应力幅及剪》应，力幅的疲劳强度【S-N？曲线见图46—、图47 ！ ， 《 图46》  ：关于正应力幅的疲劳！强度S-N曲线 ！ 16.2】。.2  对》不满足第16.【2.1条中式(16！.2.1-1)【(正应力幅》疲劳)、式》(16.2.1-】4)(剪应力幅疲】劳)的常幅疲—劳问题应按照结构】预期使用寿命采用式！(16.2.2【-1)？、式(16.2.】2，-，5)进行疲》劳强度计算 】 ？    《原规范第6.2【.1条？。对常幅疲劳的—计算无论正应力幅】大小如何将S-N】曲线的斜率βZ保】。持不：变并且一直往下延】伸本次标准修订【时本条文正应力幅的！常幅：疲劳计算《为了与第16.【2.3条的》变幅疲劳计算相【协调：和合理衔《接对应力循》环次数n在5×1】06之内的容许【正应力幅《计算S-N曲线的】斜率采？用βZ；对应力循环！次数n在5》×1：06与？1×1？08之间的容许【。正应力幅计算—S-N曲《线的：斜率：采用βZ＋2同【时对正？应力幅和剪应力幅的！常幅疲劳计算都【在应力循环次—数n＝1×10【8处分别设置—疲劳截止限[△【σ，。L]和[《△τL] 】 ， 16.2》.3  《本条为？原规范第《6.2.2条和第】6.2.3》。条的综合补充说 】 ， ： 】图4：7  关于剪—应力幅的疲劳强【度S-N曲线 ！ ， 明对不满—足本标？准第16.2.【1条：中式(16》.2.1-1)(】正应力幅《疲劳)？、式(16.2【.1-4)(剪应力！。。幅疲劳)的变—幅疲劳问题提供【了按照？结构预期《使用寿命的等—效，常幅疲劳强度的【计算方法实际结构】中重复？作用的荷载一—般并不是固定值【若能根据结构实际】的应：力状况？(应力的测定—。。资料)并《按雨流法或泄水法等！。计数方法进行—应力幅的频次—统计、预《测或估算得到结【构的设计应力谱【则可按本条将—变幅疲劳转换—为应力循环20【。。0万次常幅疲—劳计算 ！    假》设设计应力谱包括应！力，幅水平？△σ1、△σ2、…！、△σi《、…及对应》的循环次《数n1、n2、…n！。i、…然后按目【前国际上通用的Mi！ner线性》累计损伤定律进行】。计，算其：原理如？下 ？ ：     计算部！。位在某应《。力幅水？平△σi作用—有ni次循环由【。S-N曲线》。计算得△σi对应】的疲劳？寿命为Ni则△σi！应力幅所占损伤【率为n？i/：N，i对：设，计应力谱内》所有应力幅均做类】似的损伤计》。算则得 — ！    《从，工程应用的角度粗】略地可认为当—∑(ni《／Ni)＝》1时发生疲劳—破坏 —   《。  计算《疲劳累计损》伤，时还应涉及S-N曲！线斜：率的变化和截—止应力问题》国际上的研究表明对！变幅疲劳问题常幅疲！劳所：谓的疲？。劳极限并不适用【；随着疲《劳裂纹的扩展一【。些低于疲劳极限的低！应力：幅将成为裂纹扩【展的应？力幅而？加速疲劳累积损伤；！低应力幅比高应【力，幅的疲劳损伤作用】要弱并且《也不是任何小的低】应力幅都《。有疲劳损伤》作，用小到一定程—度就没有损》伤作用了 【     原】规范采用最简单【的损伤处理方式即保！持S-？N曲线的斜率不变】认为高应力幅与低应！力幅具？有相同的损》。伤效应且《无论多少小》的应力幅《始终存在《损伤作？用这是过于保守的】做法并不《切合实际为》此本次标《准修订时采用欧洲钢！。结构设计规范—EC3国际》上认可的做法即【。采，用本标准第16【.2.1条文说【。明中3的方法来处理！低应力幅《。的损伤作用 【 《。    按》照图46与图47及！。以上Mine—r损伤？定律可将变幅疲【。劳问题换算成应力】循环200万次的】等效常？幅疲劳进行》计算以变《。幅疲劳的《等效正应力》幅为例(图4—7)推导过程如下 ！   【  设有一变—幅疲劳其《。应力谱？由(△σini)和！(△σjnj)两部！分，。组，成总：应力循环∑n—i＋∑nj次—后发生？疲劳破坏则按照S】-N曲线的方程分别！对每i级《的应力幅△σi、】频次ni和j级的应！力幅△？σj、频次nj有 ！。 ，。 【    — 式中C《Z、C′《Z斜率βZ和—βZ＋2的S-【N曲线？参数 》 ：     》由于：。斜率βZ与βZ＋2！的两条S-N曲线在！N＝：5×106处交汇则！满，足下式 《 ： — 16.2【.4：  ：本条为原规范第6.！2.3条的补充【说明本条《提出适用于重—级工作制吊车—梁和重级、中—级工：作制吊车桁架的简化！的疲劳计算公式【(16.2》.4-1《)、式？(16.2.—4-2)8》8版规范《在修订时《为掌握？吊车梁的实际应力】情况实测了2—0世纪？7，。0年代一些有代【。表性的车间》吊车梁根据》吊车梁应力测定资料！按雨：流法进行应》力幅频次统计得【到几种主要》车间：吊车梁的设》计应力谱《以及用应《力循环次数表—示的：。结构设计寿命—并推导了各类车间实！测吊车梁的等效应力！幅αf△σ》此处△σ为》设计应力谱》中最大的应》力幅αf为变—幅荷载的欠》载效应系《数因不同车间—实测的应力循环次数！不同为便于比较统一！以n＝2×106】。次的疲劳强度为基】。准进一步折算出相对！。的欠载？效，。应等效系数αf【。结果如？。表23所示 ！ ：表23  不同【车，间，的欠载效应等效系】数 ： ： ， 【   ？  分析测》定数据时都》将最：大实测值视》为吊车满负荷设计】。应力△σ《然后划分应力—幅水平级别事—实上实测应力与【设计应力相比—随，车间生产工艺的【不同(吊《车吊重物后》实际运行位置—与设计采用的最不】利位置不完全相符)！而有悬殊差》异如：均热炉车间正常的最！大实：测应力为设》计应力的8》0％：以上炼钢车间为设】计应力？的50？％左右而水压机车】间仅为设计应力【的30％ —   —  考？虑到实测《条件中的应》力状态？难以包括长期使【用时各种错综复杂】的状：。况忽：略这一？部分欠载效益是【偏于：安全的？。。  【   根据实—测，结果提？出本标？准表16.2—.4供吊车》梁疲劳计《算的α？f值A6、A7、A！8工作级别的重【级工：。作制硬钩吊车—取，用1.0A6、A】7工作级别的重级工！作，制软钩吊车为0.8！有关A4、A5工】作级：别的中级工作制吊】车，桁架需要进行疲劳验！。算的规定是由—于实际工《程中确有使用尚属频！繁而满负荷》率较低的《一些吊？车，(如：机械工厂的金工、】锻工车间)》特别是当采用吊【车桁架时有补—充疲劳？验算的？。必要故根据以往【。分，析资料？。(中级工作制—欠载：约为重？。级工作制的》1.3倍)推算【。出相应？于，n＝2×106【的αf值约为0.5！至于轻级《工作：制吊车？梁和吊车桁架—以，及大多数中》级工作制吊车梁根】据多年来使用的情】况和设计经验—可不进行疲》劳计算 ！ ， ，  需要《说，明的是表2》3的计算结果都是】基于当时有关“低应！力，幅，与高应力幅有着【相同损伤作用(【即斜率保持不变)】且无论？如何小的《低，应力幅始终有损伤作！。用”这一保守—方法：的处理结果得到的】。欠，载效应等效系—数α：f会偏高《。实际上应该有—所减小然而近30年！来，工业：厂房吊？车梁的应用状况【发生了很大》的变化吊车使—。用的：频繁程度大》幅度提高《依据：近1：0年来的《。测试数据采》用，与88版规范—相同的？分析方法得出欠载效！应等：。效系数αf相—比过去已有所提高】由，于此消？彼长的因素故—自88版规范修订】。以来提出《的欠：载效应等效系数【αf在数值》上目：。前还是适用于吊车梁！的疲劳强度计算 ！