鋼結構工程吊車梁疲勞計算的基本概念

　　鋼結構工程吊車梁疲勞計算的基本概念：疲勞是鋼結構工程吊車梁構件特有的一種受力機理與致損主因，進行梁的疲勞計算時，應了解以下的基本概念：

　　一、容許應力的設計準則

　　由于現階段對不同類型構件連接的疲勞裂縫形成、擴展以至斷裂這一全過程的極限狀態還研究不足，同時試驗研究表明，梁疲勞損傷的擴展并非最大應力控制，而是由應力循環的最大應力幅（循環中最大應力與最小應力的差值）控制，故 1988 年版《鋼結構設計規范》 GB 50017-88 即對早期的疲勞應力計算原則與方法作了重要修改，規定了構件疲勞計算應以容許應力幅為控制指標的方法進行計算。

　　二、局部應力集中的影響

　　工程經驗與試驗研究表明，在重復荷載作用下，構件的疲勞性能都是由局部應力集中部位的應力狀態所決定的。結構焊接部位通常是截面不連續處，此處高額殘余應力與應力集中相重疊，形成疲勞損傷迅速發展的薄弱區，故需驗算部位多為焊縫附近的主體金屬。

　　規范對焊接構件按不同連接方式，應力集中與殘余應力狀態及其對疲勞效應的影響程度，將連接構造劃分為 （z1~z14)與 (J1~ J3) 17 個級別，并針對各級別連接分別規定了其相應的容許應力幅作為設計應遵守的限值指標。工程設計中，宜盡量避免選用級別過高的連接構造。

　　三、一臺吊車輪壓荷載不考慮荷載分項系數和動力系數

　　計算疲勞時梁上僅考慮一臺最大重級吊車的作用，同時由于按容許應力幅方法計算，所計算的輪壓荷載應采用標準值，不考慮荷載分項系數。此外，還由于疲勞計算中所有數據，所以《鋼結構設計標準》 GB 50017-2017 中明確規定，計算疲勞時，輪壓荷載不乘動力系數。由千上述梁上荷載作用的這些特點，故較小跨度的梁易受疲勞計算控制截面的選擇。

　　四、常幅疲勞與欠載效應系數

　　《鋼結構設計標準》 GB 50017 2017 確定容許應力幅時，所依據的試驗研究，都是按各項循環為相同應力幅，即常幅疲勞條件進行的，但實際鋼結構工程吊車梁（桁架）構件各項重復荷載的應力循環都是不等的應力幅，即為變幅疲勞狀態。

　　五、不同強度鋼材可采用相同的容許應力幅

　　試驗證明，鋼材靜力強度不同，對大多數焊接連接部位的疲勞強度沒有明顯差別，故為簡化計算，對各不同強度鋼材仍可采用相同的容許應力幅。但當鋼結構工程吊車梁由疲勞控制設計并采用較高強度鋼種時，此種計算方法的經濟合理性稍差，故梁的鋼材強度級別以不超過 390MPa 為宜。

　　六、梁上部受壓區易出現疲勞裂紋與損傷

　　使用情況調查表明，重級特別是硬鉤吊車的鋼結構工程吊車梁，常在梁上部受壓區腹板與上翼緣焊縫區過早的出現疲勞裂紋與損傷。國內外研究一致認為，其主要成因是與軌道輪壓對腹板中心的偏心作用，導致該焊縫區受扭產生較大的附加橫向應力，加之該區已有較高的正應力與局部壓應力形成復雜的復合應力狀態；再是此類吊車荷載大，使用率高，疲勞效應強。

　　七、《鋼結構設計標準》 GB 50017 2017 規定僅適用于高周低應變性質的疲勞

　　“現”規定的的疲勞計算方法，僅適用于鋼結構工程吊車梁疲勞這一類總應變幅小，破壞前荷載循環次數多的高周低應變疲勞。對千總應變幅大，破壞前荷載循環次數少的低周高應變疲勞，有其自身的疲勞破壞機理特點，目前研究和所積累起來的疲勞數據尚不充分，不能按“現“規定的計算方法進行計算。另外，對于焊后經熱處理消除殘余應力的結構構件及其連接，因材料性能已發生變化，也不能采用“現”規定的方法進行疲勞應力幅計算。

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