钢结构工作特性重复荷载作用

钢结构构件及其连接在重复荷载作用下，结构的抗力及性能都会发生重要变化，结构的平均应力虽然低千抗拉强度甚至低千屈服点，也会发生疲劳破坏。疲劳破坏有其特殊的发展过程，即裂纹形成、裂纹缓慢扩展和最后突然发生断裂。对于建筑钢结构，严格来讲，不存在裂纹的形成阶段，因为建筑钢结构材料和制造过程中不可避免地存在着各种缺陷（类裂纹），加之构件截面形状改变和连接构件的不均匀，局部区域会出现应力集中，

峰值常为平均应力的数倍，其值足以引起小范围内的塑性变形，在多次重复荷载作用下逐渐形成微观裂纹。这些微观裂纹将随着应力的重复作用而扩展为宏观裂纹，裂纹两边的材料时而相互挤压、时而分离．形成光滑区，裂纹扩展的结果使截面削弱，最终导致构件突然断裂，这一特征和脆性断裂相同，但疲劳破坏的断口在距裂源较近处是灰暗的光滑区，较远处是粗糙晶粒状。脆性断裂的断口大部分呈闪光的晶粒状。

实践证明，荷载值变化不大或重复次数不多，重复荷载引起的应力如果不出现拉应力的钢结构一般不会发生疲劳破坏，结构计算中不必考虑疲劳的影响。但长期承受频繁的重复荷载的结构及其连接，例如承受重级工作制CA6~A8 级）吊车的吊车梁和重级、中级工作制(A4~A5 级）吊车衔架等，在结构设计中就必须考虑结构的疲劳问题。

国家标准《钢结构设计标准》GB 50017-2017 规定对使用期内应力变化循环次数n等于或大于50000矿次的构件即应按容许应力幅方法进行疲劳计算，设计时应严格按构件和连接类别控制容许应力幅以及合理的构造设计。在建筑钢结构中因疲劳损坏造成事故，绝大多数是工厂中的重级工作制吊车（特别是硬钩吊车）的吊车梁。工程师在疲劳设计时应注意以下几点：

1. 现行国家标准中，疲劳计算一章仍沿用以往做法采用容许应力法，而静力强度和稳定计算均采用以概率理论为基础的极限状态设计方法；

2. 疲劳计算的荷载采用标准值，不考虑荷载分项系数。疲劳计算中所有数据都来源于试验，动力影响巳经在内，计算疲劳时，动态荷载不乘动力系数；

3. 建筑钢结构中很少遇到疲劳的情况，标准规定的疲劳计算，最常用的是重级工作制的吊车梁和重级、中级丁作制的吊车析架的计算。而其他的变幅疲劳，当缺乏可用资料的情况下，变幅疲劳也可偏千安全地近似按常幅疲劳计算；

4. 由试验证明，结构和连接类别的容许应力幅与钢材牌号尤关，因此，由疲劳控制的构件不宜采用较高强度的钢材牌号，否则不经济。