钢结构设计原理

疲劳断裂是微观裂纹在反复应力下扩展为宏观裂纹所致的脆性破坏。影响因素主要是构造细节（应力集中与残余应力）、应力幅与循环次数，与钢材静力强度无明显对应关系。规范规定循环次数 $n\ge 5\times 10^4$ 时应进行疲劳计算。

常幅疲劳应力幅 $\Delta\sigma=\sigma_{\max}-\sigma_{\min}$。应力比 $\rho=\sigma_{\min}/\sigma_{\max}$：$\rho=-1$ 完全对称循环，$\rho=0$ 脉冲循环。焊接残余应力可达 $f_y$，使实际循环常处于受拉区间，焊接结构疲劳对应力幅敏感。

双对数坐标下疲劳直线：$\lg n=b_1-\beta\lg(\Delta\sigma)$ 或 $n(\Delta\sigma)^\beta=C_1$。设计取均值减 $2s$（保证率约 97.7%）：$n(\Delta\sigma)^\beta=C$，容许应力幅 $[\Delta\sigma]=(C/n)^{1/\beta}$。

规范按构造与受力将构件和连接分为 8 类，给出 $C$、$\beta$。类别 1、2 取 $\beta=4$，类别 3–8 取 $\beta=3$。类别序号越大，疲劳强度一般越低。

焊接部位常幅验算：$\Delta\sigma=\sigma_{\max}-\sigma_{\min}\le[\Delta\sigma]$。非焊接部位残余应力较低，取 $\Delta\sigma=\sigma_{\max}-0.7\sigma_{\min}\le[\Delta\sigma]$。

变幅疲劳按 Miner 线性累积损伤：各级应力幅 $\Delta\sigma_i$ 实际循环 $n_i$，对应常幅寿命 $N_i$，要求 $\sum n_i/N_i\le 1$。亦可折算为等效常幅应力幅再与 $[\Delta\sigma]$ 比较。

疲劳断口常分光滑区（裂纹扩展反复开合磨光）与粗糙区（最终瞬间脆断）。提高疲劳性能重在改善构造细节、降低应力集中与控制应力幅，而非简单改用更高静力强度钢材。