《钢结构事故分析与处理》教案6.docVIP

徐州建筑职业技术学院授课教案 第 页 班 级 周 次 星 期 第 节 时 数 序 号 授 课 形 式 钢构07-1，-2 10 五 6-7 2 8 讲授 授课章节 第六章 钢结构的疲劳破坏事故 §6-1 疲劳破坏的概念及影响因素 §6-2 提高和改善疲劳性能的措施 §6-3 疲劳设计准则及疲劳计算的简要方法 §6-4典型实例分析 教学目的 通过本章学习，初步了解造成疲劳破坏的基本特征和产生原因，掌握疲劳破坏的设计准则和简单的计算方法；熟悉提高和改善疲劳性能的措施；学会对疲劳破坏所 造成的事故进行分析判断。 教学重点 难 点 重点：1、疲劳破坏的形成原因； 2、提高和改善疲劳性能的措施。 难点：1、疲劳破坏的影响因素分析； 2、钢结构疲劳计算方法。 内容更新 1、将部分章节进行了合并，突出重点； 2、加强了对典型实例的分析以及对事故的处理。 作 业 1、疲劳破坏与塑性破坏和脆性破坏相比具有哪些特点？ 2、提高和改善疲劳性能可采取哪些有效措施？ 课后体会 教学内容应该力求结合实际，使学生容易理解并能加深印象。要培养岗位职业能 力型的新型人才，就必须做到理论和实际结合起来。 第 页 主 要 内 容 教 学 设 计 第六章 钢结构的疲劳破坏事故 §6-1 疲劳破坏的概念及影响因素 疲劳破坏的概念 钢结构疲劳破坏的定义 ——是指钢材或构件在反复交变荷载作用下在应力远低于抗拉极限强度甚至屈服点的情况下发生的一种破坏。就断裂力学的观点而言，疲劳破坏是从裂纹起始、扩展到最终断裂的过程。 疲劳破坏的特点 比较塑性破坏和脆性破坏，疲劳破坏具有以下特点： 疲劳破坏是钢结构在反复交变动载作用下的破坏形式，而塑性破坏、脆性破坏是钢结构在静载作用下的破坏形式； 疲劳破坏虽然具有脆性破坏的特征，但不完全相同。疲劳破坏经历了裂缝起始、扩展和断裂的漫长过程，而脆性破坏往往是在无任何先兆的情况下突然发生的； 从疲劳破坏断口来看，一般分为疲劳区和瞬断区，与脆性破坏所形成的断口显然不同。 疲劳破坏的影响因素分析 1、应力幅△σ ——为每次应力循环中最大拉应力σ max与最小拉应力σmin或压应力之差值。 △σ=σ max-σmin 常幅循环应力谱 ——所有应力循环内的应力 幅保持常量，不随时间变化。 变幅循环应力谱 ——应力循环内的应力幅随时间随机变化。 2、循环次数N ——应力循环系数是指在连续重复荷载作用下应力由最大到最小的循环次数。应力幅愈大，循环次数愈小；反之，循环次数愈大。 构造细节 ——即钢结构及构件内部和外部细小部位的表面形状和几何尺寸。构造细节是应力集中产生的根源，而应力集中对钢结构的疲劳性能影响显著。 钢材的内部缺陷：偏析、夹渣、分层、裂纹等； 制作过程中剪切、冲孔、切割； 焊接结构中产生的残余应力； 焊接缺陷的存在：气孔、加渣、咬肉、未焊透等； 非焊接结构的孔洞、刻槽等； 构件的截面突变； 结构由于安装、温度应力、不均匀沉降等产生的附加应力集中。 《钢结构设计规范》把构造和连接形式按应力集中的影响程度由低到高分为8类。 §6-2 提高和改善疲劳性能的措施 精心选材 精心设计 精心制作 精心施工 精心使用 修补焊缝 对于对接焊缝，磨去焊缝表面部分，如对接焊缝的余高； 对于角焊缝，应打磨焊趾； 对于角焊缝的趾部，用气体保护钨弧重新熔化，可以起到消除切口的作用； 在焊缝及附近金属表层采用喷射金属丸粒或锤击等方法引入残余压应力，是改善疲劳性能的一个有效的方法 §6-3疲劳设计准则及简要计算方法 设计准则 无限寿命设计 ——设计的许用应力必须低于疲劳极限。但此种设计造价过高，很少采用。 有限寿命设计 ——即安全寿命设计。设计准则要求零部件或结构在给定的使用周期内不能产生任何疲劳裂纹，因此必须准确掌握整个使用寿命期间可能承受的载荷。但在事实上很难预测使用期间的所有载荷条件，只有把安全系数取值足够大，才能使疲劳破坏的可能性降低到最小。 破损—安全设计 ——其设计理念是允许裂缝出现，结构能够进行载荷多路径传递转移，使得裂缝的出现不会导致整个结构的破坏。这就要求定期进行检查和维修，以便及时发现裂缝而采取补强加固措施。 钢结构疲劳计算方法 常幅疲劳计算 △σ≦[△σ] △σ=σ max-σmin [△σ]——常幅疲劳的容许应力幅（ N/mm2） 变幅疲劳计算 △σe≦[△σ] △σe----变幅疲劳的等效应力幅 吊车梁及吊车桁架疲劳计算 吊车梁可按常幅疲劳计算： αf×△σ≦[△σ]2×106 αf -------------欠载效应的等效系数； [△σ]2×106------循环