鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞
吊車梁為典型的直接承受動力重復(fù)荷載的構(gòu)件，鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞是焊接吊車梁破壞的主要原因。
根據(jù)斷裂力學(xué)理論，鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞是裂紋在重復(fù)或交變荷載作用下的不斷開展，最后達(dá)到臨界尺寸而出現(xiàn)的斷裂。一般地說，鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞經(jīng)歷三個階段：裂紋的形成，裂紋的緩慢擴(kuò)展和最后迅速斷裂。對于鋼結(jié)構(gòu)，實際上只有后兩個階段，因為鋼材內(nèi)部總會存在細(xì)小的缺陷，這些缺陷就起著裂紋的作用。對焊接構(gòu)件，裂源往往出現(xiàn)在焊縫趾處，因為該處常有焊渣侵入。有的焊接構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞起源于焊縫內(nèi)部缺陷，如氣孔、欠焊、夾渣等。通過試驗發(fā)現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度與應(yīng)力幅有關(guān)，但應(yīng)力集中是鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞最關(guān)鍵的因素。
2.2 鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞的影響因素
鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞是一個裂紋逐漸擴(kuò)展的過程，造成鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞的因素很多，也有很大的隨機(jī)性，其主要影響因素有以下幾方面。
1)材料。裂紋始于鋼材內(nèi)部的缺陷，鋼材的熔煉及軋制過程決定了鋼材的力學(xué)和化學(xué)性能。鋼材中的硫、磷等雜質(zhì)含量高，將影響鋼材的力學(xué)性能及焊接接頭的裂紋敏感性，使吊車梁在加工焊接時出現(xiàn)裂紋或引起應(yīng)力集中。
2)設(shè)計。應(yīng)力集中是鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞的最主要原因，而應(yīng)力集中在很大程度上是由節(jié)點(diǎn)構(gòu)造決定的。設(shè)計中一些不利的節(jié)點(diǎn)或末考慮的不利因素是造成吊車梁鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞的主要原因。
3)施工。鋼材及其焊縫存在的一些缺陷會直接導(dǎo)致應(yīng)力的集中，而鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞往往就起源于這些缺陷，故吊車梁在施工過程中對焊縫形式的選擇、施焊工藝、質(zhì)量和焊后處理等都將直接影響焊接吊車梁的鋼結(jié)構(gòu)疲勞壽命。
4)維護(hù)。生產(chǎn)過程中隨意加大吊車吊重、增加吊車的使用頻率，或者隨意在吊車梁上加焊桿件，特別是在吊車梁下翼緣施焊，都將嚴(yán)重影響吊車梁的使用壽命。
5)環(huán)境。空氣中有氧且往往有一定的濕度，對鋼材有腐蝕作用，鋼材中的小裂紋在腐蝕介質(zhì)作用下會隨時間而擴(kuò)展，這種鋼結(jié)構(gòu)疲勞被稱為腐蝕鋼結(jié)構(gòu)疲勞。
3 防止鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞的措施
由于焊接吊車梁的破壞主要是鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞，鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞與應(yīng)力幅有關(guān)，應(yīng)力集中是鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞最主要的原因。因此，要防止鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞，提高鋼結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度，就應(yīng)采取措施減少或緩解應(yīng)力集中。
3.1 鋼材的選擇
圖4為構(gòu)件在兩個不同應(yīng)力幅Acii和Au2作用下的鋼結(jié)構(gòu)疲勞壽命曲線ABC和ADE。從圖中可以看出，如果將初始裂紋尺寸al減小到a1/2，則構(gòu)件的荷載循環(huán)次數(shù)將增加ANi，這個增加是很可觀的，因為裂紋在尺寸很小的時候擴(kuò)展速率很低。圖中C點(diǎn)和E點(diǎn)為對應(yīng)于同一裂紋尺寸n：，應(yīng)力幅由A盯，降低至△口。，荷載循環(huán)歡數(shù)增加ANz。在曲線ABC上，B點(diǎn)為低韌性材料裂紋緩慢擴(kuò)展區(qū)的終止點(diǎn)；C點(diǎn)為高韌性材料裂紋緩慢擴(kuò)展區(qū)的終止點(diǎn)；由B到C，荷載循環(huán)次數(shù)增加△N。。
由此可知，減小初始裂紋尺寸，降低構(gòu)件所承受的應(yīng)力（應(yīng)力幅）和采用高韌性的材料，都將增加荷載的循環(huán)次數(shù)，延長構(gòu)件的鋼結(jié)構(gòu)疲勞壽命。
