(本科）9ppt 疲劳试验.pptx

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1、课程主讲人：9ppt 疲劳试验第九章 疲劳试验 沈阳建筑大学土木工程学院Chapter 9 Fatigue Test2土木工程结构试验与检测土木工程结构试验与检测Testing and Inspection for Civil Engineering Structure Testing and Inspection for Civil Engineering Structure 9SHENYANG JIANZHU UNIVERSITY疲劳试验疲劳试验结构或材料受重复荷载作用后其物理力学性能将发生变化，其强度极限将低于相同静荷载作用下的极限值，这种现象称为结构或材料的疲劳。工程结构中存在着许多疲

2、劳现象，尤其在工业建（构）筑物中大量应用的吊车梁，带有悬挂吊车作用的屋架和屋面梁等结构构件，在对这些结构或构件设计时应考虑重复荷载作用对其极限承载力的影响，如图 9.1 所示。9.1 概述9.2 试验设备9.3 试验方法9.4 混凝土疲劳试验9.5 钢结构疲劳试验39SHENYANG JIANZHU UNIVERSITY疲劳试验疲劳试验材料的疲劳试验一般均在专门的疲劳试验机上进行，疲劳试验机是一种主要用于测定金属及其合金材料在室温状态下的拉伸、压缩或拉、压交变负荷的疲劳性能试验的机器。按照试验频率可分为低频疲劳试验、中频疲劳试验、高频疲劳试验、超高频疲劳试验。频率低于 30Hz 时称为低频疲劳

3、试验，30100Hz 时称为中频疲劳试验，100300Hz 时成为高频疲劳试验，300Hz 以上时称为超高频疲劳试验。49.1 概述9.2 试验设备9.3 试验方法9.4 混凝土疲劳试验9.5 钢结构疲劳试验9SHENYANG JIANZHU UNIVERSITY疲劳试验疲劳试验机械与液压式一般为低频，电机驱动一般为中频和低频，电磁谐振式为高频，气动式和声学式为超高频。电液伺服疲劳加载系统是以恒压伺服泵站作为动力源来进行疲劳试验的加载系统。电液伺服疲劳试验系统采用的是“电-液转换系统。常用的材料疲劳的电液伺服疲劳试验机有电液伺服拉压疲劳试验机、电液伺服扭转疲劳试验机和电液伺服腐蚀疲劳试验机。5

4、9.1 概述9.2 试验设备9.3 试验方法9.4 混凝土疲劳试验9.5 钢结构疲劳试验9SHENYANG JIANZHU UNIVERSITY疲劳试验疲劳试验结构疲劳试验按试验目的不同分为研究性试验和检验性试验。1. 试验荷载的取值疲劳荷载主要是规定其荷载的上限值，上限荷载 Q max 是根据构件在最大标准荷载最不利组合下产生的弯矩计算而得，荷载下限根据疲劳试验设备的要求而定。2. 疲劳荷载的频率选择荷载频率不应使构件及荷载架发生共振，同时应使构件在试验时与实际工作时的受力状态一致，为此荷载频率与构件自振频率之比应满足小于 0.5 或大于 1.3 的要求。9.1 概述9.2 试验设备9.3

5、试验方法 9.3.1 疲劳试验荷载 9.3.2 加载方法 9.3.3 测试内容 9.3.4 疲劳试件的安全装置9.4 混凝土疲劳试验9.5 钢结构疲劳试验69SHENYANG JIANZHU UNIVERSITY疲劳试验疲劳试验1. 加载制度 （1）等应力幅疲劳加载 等应力幅疲劳加载程序如图所示，荷载波型为正弦波，加载频率为5Hz。单级等幅疲劳加载过程中最大应力幅值fmax和最小应力幅值fmin保持不变；两级等幅疲劳加载时，fmax按先大后小或先小后大顺序变幅取值，fmin不变疲劳加载时为避免卸载至零时由千惯性引起试件的弹跳，位错现象，fmin基本保持为 试件强度的0.05倍左右。79.1 概

6、述9.2 试验设备9.3 试验方法 9.3.1 疲劳试验荷载 9.3.2 加载方法 9.3.3 测试内容 9.3.4 疲劳试件的安全装置9.4 混凝土疲劳试验9.5 钢结构疲劳试验9SHENYANG JIANZHU UNIVERSITY疲劳试验疲劳试验（2）变幅疲劳加载程序 工程中实际结构上重复作用的荷载或其材料的应力总有变化，甚至很大的变化，而且还随时间而改变。为此需要进行变幅的或随机的疲劳试验。89.1 概述9.2 试验设备9.3 试验方法 9.3.1 疲劳试验荷载 9.3.2 加载方法 9.3.3 测试内容 9.3.4 疲劳试件的安全装置9.4 混凝土疲劳试验9.5 钢结构疲劳试验9SH

7、ENYANG JIANZHU UNIVERSITY疲劳试验疲劳试验2加载过程（1）预加静载试验对构件施加不大于上限荷载20的预加静载12次，消除松动及接触不良，并使仪表运行正常。（2）正式疲劳试验第一步先做疲劳前的静载试验，其目的主要是为了对比构件经受反复荷载后受力性能有何变化。第二步进行疲劳试验，首先调节疲劳机上下限荷载，待示值稳定后读取第一次动载数据，以后每隔一定次数读取动载数据。第三步做破坏试验。99.1 概述9.2 试验设备9.3 试验方法 9.3.1 疲劳试验荷载 9.3.2 加载方法 9.3.3 测试内容 9.3.4 疲劳试件的安全装置9.4 混凝土疲劳试验9.5 钢结构疲劳试验9

8、SHENYANG JIANZHU UNIVERSITY疲劳试验疲劳试验 带裂缝的疲劳试验，静载可不分级缓慢地加到第一条可见裂缝出现为止，然后开始疲劳试验，带裂缝的疲劳试验的加载程序如图所示。还有在疲劳试验过程中变更荷载上限时的加载过程如图所示。提高疲劳荷载的上限，可以在达到要求疲劳次数之前，也可在达到要求疲劳次数之后。10带裂缝疲劳试验加载程序变更荷载上限加载程序9.1 概述9.2 试验设备9.3 试验方法 9.3.1 疲劳试验荷载 9.3.2 加载方法 9.3.3 测试内容 9.3.4 疲劳试件的安全装置9.4 混凝土疲劳试验9.5 钢结构疲劳试验9SHENYANG JIANZHU UNIV

9、ERSITY疲劳试验疲劳试验119.1 概述9.2 试验设备9.3 试验方法 9.3.1 疲劳试验荷载 9.3.2 加载方法 9.3.3 测试内容 9.3.4 疲劳试件的安全装置9.4 混凝土疲劳试验9.5 钢结构疲劳试验9SHENYANG JIANZHU UNIVERSITY疲劳试验疲劳试验1严格对中荷载架上的分布梁、脉冲千斤顶、试验构件、支座以及中间垫板都要对中，特别是千斤顶轴心一定要同构件断面纵轴在一条直线上。2保持平稳疲劳试验的支座最好是可调的，即使构件不够平直也能调整安装水平。3安全防护疲劳破坏通常是脆性断裂，事先没有明显预兆。应采取安全防护措施，避免人员和设备因试件突然破坏而受损。

10、129.1 概述9.2 试验设备9.3 试验方法 9.3.1 疲劳试验荷载 9.3.2 加载方法 9.3.3 测试内容 9.3.4 疲劳试件的安全装置9.4 混凝土疲劳试验9.5 钢结构疲劳试验混凝土的疲劳是混凝土材料特性逐渐变化的过程，是由于材料内部存在细微缺陷，如微裂缝、孔隙、低强界面或杂质等荷载的作用在这些缺陷附近产生应力集中现象，经过荷载的多次重复加卸，缺陷附近出现损伤，并不断地积累和扩展，减少了有效受力面积，形成不利的偏心受力和应力集中，导致结构承载力下降而突然破坏。影响混凝土疲劳强度或疲劳寿命的主要因素，除了应力变化幅度之外还有：应力梯度;混凝土的材料和组成;加载的频率;受拉疲劳强

11、度。9SHENYANG JIANZHU UNIVERSITY疲劳试验疲劳试验9.1 概述9.2 试验设备9.3 试验方法9.4 混凝土疲劳试验 9.4.1 混凝土疲劳 构件的疲劳试验9.5 钢结构疲劳试验139疲劳试验疲劳试验1受压疲劳试验（1）单轴受压疲劳试验（2）双轴受压疲劳试验（3）三轴受压疲劳试验2受弯疲劳试验（1）素混凝土的弯曲疲劳试验（2）钢筋混凝土梁的弯曲疲劳试验 3受拉疲劳试验（1）单轴受拉疲劳试验（2）多轴受拉疲劳试验149.1 概述9.2 试验设备9.3 试验方法9.4 混凝土疲劳试验 9.4.1 混凝土疲劳 构件的疲劳试验9.5 钢结构疲劳试验SHENYANG JIANZ

12、HU UNIVERSITY9SHENYANG JIANZHU UNIVERSITY疲劳试验疲劳试验一般来说，疲劳破坏其过程依次经历裂纹形成，裂纹缓慢扩张及迅速断裂三个阶段。实际上，对于钢结构来说，疲劳破坏过程只有后面两个阶段。材料已有微裂纹或加载使杂质附近发生应力集中，造成新的微裂纹，裂缝反复扩张、闭合，反复荷载下微裂纹尖端应力集中、材料硬化，裂纹开展，出现宏观裂纹，宏观裂纹发展，断面削弱，脆性断裂发生疲劳破坏。9.1 概述9.2 试验设备9.3 试验方法9.4 混凝土疲劳试验9.5 钢结构疲劳试验 9.5.1 钢结构疲劳破 坏机理 9.5.2 影响钢构件疲 劳破坏的主要因素 9.5.3 钢构

13、件疲劳试 验破坏标志 9.5.4 常幅疲劳试验.变幅疲劳试验159疲劳试验疲劳试验9.1 概述9.2 试验设备9.3 试验方法9.4 混凝土疲劳试验9.5 钢结构疲劳试验 9.5.1 钢结构疲劳破 坏机理 9.5.2 影响钢构件疲 劳破坏的主要因素 9.5.3 钢构件疲劳试 验破坏标志 9.5.4 常幅疲劳试验.变幅疲劳试验9SHENYANG JIANZHU UNIVERSITY疲劳试验疲劳试验疲劳破坏不同于静荷载作用下的破坏，主要表现为以下几点特点：1）破坏时的最大应力值低于静荷载时材料的极限强度，甚至低于屈服极限。2）疲劳破坏部位一般位于应力高度集中部位的截面，并非最大应力的截面。3）没有

14、明显的塑性变形和明显预兆，突发性极强，因而引发严重事故，造成巨大损失和伤亡。4）断口处分为拓展区和拉断区两个区域。拉断区一般为脆性颗粒状断口或带有一定韧性的断口。179.1 概述9.2 试验设备9.3 试验方法9.4 混凝土疲劳试验9.5 钢结构疲劳试验 9.5.1 钢结构疲劳破 坏机理 9.5.2 影响钢构件疲 劳破坏的主要因素 9.5.3 钢构件疲劳试 验破坏标志 9.5.4 常幅疲劳试验.变幅疲劳试验9SHENYANG JIANZHU UNIVERSITY疲劳试验疲劳试验189.1 概述9.2 试验设备9.3 试验方法9.4 混凝土疲劳试验9.5 钢结构疲劳试验 9.5.1 钢结构疲劳破

15、 坏机理 9.5.2 影响钢构件疲 劳破坏的主要因素 9.5.3 钢构件疲劳试 验破坏标志 9.5.4 常幅疲劳试验.变幅疲劳试验9SHENYANG JIANZHU UNIVERSITY疲劳试验疲劳试验试验应力循环内的应力幅随机变化时为变幅疲劳试验，如图 9.6 所示。并采用线性累计法则和将变幅疲劳折算成等效的常幅疲劳确定累积损伤和疲劳寿命。199.1 概述9.2 试验设备9.3 试验方法9.4 混凝土疲劳试验9.5 钢结构疲劳试验 9.5.1 钢结构疲劳破 坏机理 9.5.2 影响钢构件疲 劳破坏的主要因素 9.5.3 钢构件疲劳试 验破坏标志 9.5.4 常幅疲劳试验 .变幅疲劳试验9SHENYANG JIANZHU UNIVERSITY疲劳试验疲劳试验209.1 概述9.2 试验设备9.3 试验方法9.4 混凝土疲劳试验9.5 钢结构疲劳试验 9.5.1 钢结构疲劳破 坏机理 9.5.2 影响钢构件疲 劳破坏的主要因素 9.5.3 钢构件疲劳试 验破坏标志 9.5.4 常幅疲劳试验 .变幅疲劳试验谢谢聆听！谢谢聆听！THANK YOU FOR YOUR ATTENTIONSHENYANG JIANZHU UNIVERSITY21