第7章-钢桥1.pptVIP

钢桥 §7.4 钢桥的计算 稳定性是钢桥设计中一个较为突出的问题。若这个问题处理不好，将会造成不应有的损失。现代工程史上不乏因失稳而造成的钢结构事故。其中影响最大的是1907年加拿大魁北克一座大桥在施工中破坏，9 000多t钢结构全部坠人河中， 桥上施工的人员逾70人遇难。从上可以看出，钢结构中的稳定问题是钢结构设计中亟待解决的主要问题。 钢桥的稳定性 为了提高梁的抗弯强度，节省钢材，钢桥截面一般做成高而窄的形式，受荷方向刚度大而侧向刚度小。如果梁的侧向刚度较弱仅在支座处有侧向支撑，梁的弯曲会随荷载大小的不同而呈现两种截然不同的平衡状态。当荷载增大到某一数值后，粱在向下弯曲的同时，会突然产生侧向弯曲和扭转变形的破坏，这种现象称之为梁的整体失稳。 钢桥 §7.4 钢桥的计算 局部失稳： 组合梁一般由翼缘和腹板等板件组成，如果将这些板件不适当地减薄加宽，板中压应力或剪应力达到某一数值后。腹板或受压翼缘有可能偏离其平面位置，出现波形鼓出的现象，这种现象称之为梁的局部失稳。 根据稳定问题在实际设计中的特点提出以下两项原则并具体阐明这些原则： ? 梁的整体稳定的临界荷载与梁的侧向抗弯刚度、抗扭刚度、荷载沿梁跨分布情况及其在截面上的作用点位置有关。钢桥整体失去稳定时，梁将发生较大的侧向弯曲和扭转变形。故为提高梁的整体稳定承载能力。钢桥在其端部支承处都应采取构造措施，以防止其端部截面的扭转。 钢桥 §7.4 钢桥的计算 7.4.4 钢桥疲劳 一、钢桥疲劳的基本概念 1、疲劳破坏定义： 疲劳破坏是材料在低于强度极限的反复荷载作用下，由于缺陷局部微细裂纹的形成和发展直到最后发生脆性断裂的一种破坏。 2、疲劳破坏的过程 钢材疲劳破坏过程：裂纹形成—裂纹扩展—迅速断裂。 钢结构疲劳破坏过程：裂纹的扩展—迅速断裂。（钢材内部结构不均匀和结构应力不均匀引起） 对比可知：由于实际构建的多重因素，使得钢结构的疲劳复杂化。 钢桥 §7.4 钢桥的计算 3、疲劳破坏必要条件：（1）存在拉应力；（2）应力反复； （3）产生塑性变形。 4、疲劳破坏和脆性断裂破坏的区别：都为脆性断裂，但疲劳裂纹出现到断裂有相当一段稳定发展期;承受着反复荷载;断口呈波纹状。 5、疲劳破坏产生的原因 钢桥在反复交变荷载作用下，先在其缺陷处生成一些极小的裂痕，此后这种微观裂痕逐渐发展成宏观裂缝，试件截面削弱，而在裂纹根部出现应力集中现象，使材料处于三向拉伸应力状态，塑性变形受到限制，当反复荷载达到一定的循环次数时，材料终于破坏，并表现为突然的脆性断裂。 钢桥 §7.4 钢桥的计算 6、疲劳强度的影响因素 疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用而不会产生破坏的最大应力，称为疲劳强度或疲劳极限。实际上，金属材料并不可能作无限多次交变载荷试验。 （1）疲劳强度的主要影响因素是材料、内部结构与外部因素等，而与钢材的静力强度无关（但与钢材的质量有关）。 内因： ①钢材材性：钢材性能、构件尺寸、结构表面状况 。 ②结构构造：结构形式、构件连接形式和构造细节 。 外因： ①应力幅值，应力循环特征值 。 ②荷载循环次数 。 ③环境：接触疲劳、高温疲劳、热疲劳和腐蚀疲劳，应力状态 。 （2）疲劳强度的测定，主要是通过从小试件到大型构件实物疲劳试验，获得疲劳性能的真实数据，最终确定相应使用荷载环境下的强度。 钢桥 §7.4 钢桥的计算 焊接钢桥疲劳破坏的基本特点： （1）钢桥疲劳破坏是多次重复荷载作用下产生的破坏，通常要经历一定的时间，与静力荷载作用下受拉构件屈服和受压构件屈服的一次性破坏不同。 （2）焊接钢桥疲劳裂纹通常发生在焊接接头几何形状发生突变或焊接缺陷等应力集中处。 （3）疲劳裂纹的发生大体可以分为三个阶段，第一阶段由裂纹源向与荷载作用方向大体成45°的方向发展，第二阶段向垂直于最大主应力的方向发展，第三阶段为裂纹快速扩展的阶段，直至破坏的阶段。 （4）疲劳破坏断裂前通常没有宏观显著的塑形变形，且断口平齐，与脆断破坏由许多相同或相近的特点，但其本质却与一般的脆性破坏有明显不同。疲劳破坏的断口上总是呈现出两个区域：一部分是暗淡光滑区，也即疲劳裂纹发生和扩展区；另一部分是光亮晶粒状区，也即快速断裂区。 钢桥 §7.4 钢桥的计算 （5）焊接钢桥的疲劳破坏属于高周疲劳的范畴，即构件的名义应力远远低于材料的屈服强度，疲劳破坏的循环次数较多而且多在106次以上。 研究表明，应力对每一构造细节的疲劳至伤率是线性积累的，按Palmgren-Miner线性损伤积累准则，损伤度D可