焊接钢结构断裂与疲劳-同济大学钢与轻型结构研究室.PDF

硕士研究生课程 《高等钢结构理论》 焊接钢结构断裂与疲劳 同济大学 建筑工程系 童乐为 内容提要 焊接结构的发展和特点 绪论 焊接结构断裂与疲劳的事例 焊接结构断裂的基本概念和影响因素 断裂 断裂力学基本理论 防止焊接结构断裂的措施 焊接结构疲劳问题的基本概念 影响焊接结构疲劳强度的因素 疲劳 焊接结构疲劳设计的基本思想和方法 断裂力学在焊接结构疲劳问题上的应用 焊接结构变幅疲劳问题的评估 断裂与疲劳问题－参考书目 （1）[英]T.R. 格尔内，焊接结构的疲劳，机械工业出版社，1988。 （2 ）焦馥杰，焊接结构分析基础，上海科学技术出版社，1991。 （3 ）[德]D. 拉达伊，焊接结构疲劳强度，机械工业出版社，1994。 （4 ）霍立兴，焊接结构工程强度，机械工业出版社，1995。 （5 ）陈绍蕃，钢结构设计原理，科学出版社，2000 。 （6 ）[荷]J.Wardenier, 钢管截面的结构应用，同济大学出版社，2004 。 （7 ）N.E. Dowling, Mechanical Behavior of Materials, Pearson Prentice Hall, 20007 焊接结构的发展历史 公元前已经出现了金属焊接 19世纪末现代焊接技术开始发展 1910年药皮焊条开始得到推广 1920s电弧焊首次用于钢结构，第一艘全焊远洋轮船建成 1930s工业先进国家开始大规模制造焊接钢结构 目前焊接钢结构已用于建筑、桥梁、船舶、气柜、油罐、机械 设备、海洋平台等 国际上焊接结构的钢材强度极限已达到2000MPa水平 焊接钢结构的优点 焊接接头工作效能较高 接头系数＝（接头强度/母材强度）×100％ 一般对焊接头：系数可达100％， 铆栓接头：系数难以达到100％ 焊缝连接 水密性和气密性好 铆钉连接 节省钢材，减轻结构重量 比铆接、栓接结构轻10％～20 ％ 厚度基本上不受限制 螺栓连接 现代压力容器板厚已达300mm 。 构造简单，生产效率高，施工方便快速 焊接钢结构的缺点 焊接钢结构的止裂性能差 焊接结构如果裂纹一旦开始扩展，就难以止住；而铆 接、栓接结构中裂纹扩展到孔洞边缘处会终止 焊接过程易产生气孔、裂纹、夹渣等各类缺陷 焊接结构中存有残余应力和残余变形 对材料敏感 一些高强度钢焊接时极易产生裂纹，并对缺陷敏感 焊接钢结构的断裂、疲劳破坏 1920s年代以来，就不断出现焊接结构的破坏事故，直到 目前，还是时有发生。 虽然事故逐年下降，但由于焊接结构的应用范围十分普 遍，有些结构又极为重要，少数破坏事故造成人身和财产 的重大损失。 早期的破坏使人们对焊接结构的可靠性产生了怀疑。 美国气罐断裂破坏个案 • 1944年美国克里夫兰的气罐爆炸事故，首先从一个 直径24m、高13m的双层立式圆筒贮罐引发。 • 该气罐因施工焊接质量不好，产生大量裂纹，使用 时造成液化天然气外泄，引起大火，随后罐区中数 个圆筒形及球形贮罐相继爆炸。 • 事故造成128人死亡， 经济损失达680万美元 美国桥梁断裂破坏个案（续一） • 1967年12月15 日下午美国普莱森特角悬索桥因一吊杆断 裂而在60秒内倒塌。 • 46人丧生，37辆各种车辆掉入河中。