钢结构疲劳破坏及其影响因素

钢结构疲劳破坏是焊接吊车梁破坏的主要原因。以吊车梁为典型的直接承受动力重复荷载的构件为例，根据断裂力学理论，钢结构疲劳破坏是裂纹在重复或交变荷载作用下的不断开展，最后达到临界尺寸而出现的断裂。一般地说，钢结构疲劳破坏经历三个阶段：裂纹的形成，裂纹的缓慢扩展和最后迅速断裂。对于钢结构，实际上只有后两个阶段，因为钢材内部总会存在细小的缺陷，这些缺陷就起着裂纹的作用。对焊接构件，裂源往往出现在焊缝趾处，因为该处常有焊渣侵入。有的焊接构件钢结构疲劳破坏起源于焊缝内部缺陷，如气孔、欠焊、夹渣等。通过试验发现，钢结构疲劳强度与应力幅有关，但应力集中是钢结构疲劳破坏最关键的因素。

钢结构疲劳破坏的影响因素

钢结构疲劳破坏是一个裂纹逐渐扩展的过程，造成钢结构疲劳破坏的因素很多，也有很大的随机性，其主要影响因素有以下几方面。

材料——裂纹始于钢材内部的缺陷，钢材的熔炼及轧制过程决定了钢材的力学和化学性能。钢材中的硫、磷等杂质含量高，将影响钢材的力学性能及焊接接头的裂纹敏感性，使吊车梁在加工焊接时出现裂纹或引起应力集中。

设计——应力集中是钢结构疲劳破坏的最主要原因，而应力集中在很大程度上是由节点构造决定的。设计中一些不利的节点或末考虑的不利因素是造成吊车梁钢结构疲劳破坏的主要原因。

施工——钢材及其焊缝存在的一些缺陷会直接导致应力的集中，而钢结构疲劳破坏往往就起源于这些缺陷，故吊车梁在施工过程中对焊缝形式的选择、施焊工艺、质量和焊后处理等都将直接影响焊接吊车梁的钢结构疲劳寿命。

维护——生产过程中随意加大吊车吊重、增加吊车的使用频率，或者随意在吊车梁上加焊杆件，特别是在吊车梁下翼缘施焊，都将严重影响吊车梁的使用寿命。

环境——空气中有氧且往往有一定的湿度，对钢材有腐蚀作用，钢材中的小裂纹在腐蚀介质作用下会随时间而扩展，这种钢结构疲劳被称为腐蚀钢结构疲劳。

防止钢结构疲劳破坏的措施

由于焊接吊车梁的破坏主要是钢结构疲劳破坏，钢结构疲劳破坏与应力幅有关，应力集中是钢结构疲劳破坏最主要的原因。因此，要防止钢结构疲劳破坏，提高钢结构疲劳强度，就应采取措施减少或缓解应力集中。

钢材的选择——当构件在两个不同应力幅Acii和Au2作用下的钢结构疲劳寿命曲线ABC和ADE。如果将初始裂纹尺寸al减小到a1/2，则构件的荷载循环次数将增加ANi，这个增加是很可观的，因为裂纹在尺寸很小的时候扩展速率很低，荷载循环欢数增加ANz。由此可知，减小初始裂纹尺寸，降低构件所承受的应力(应力幅)和采用高韧性的材料，都将增加荷载的循环次数，延长构件的钢结构疲劳寿命。（来源：建筑时报）