建筑钢材耐疲劳性判定及应用

任务目标

1.能够进行建筑钢材疲劳强度判定。

2.能够对建筑钢材疲劳强度进行相关工程应用。

基本知识

疲劳强度是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。钢材抵抗疲劳破坏的能力即耐疲劳性，可以用疲劳强度或疲劳极限来表示。疲劳破坏经常是突然发生的，因而具有很大的危险性，往往造成严重事故，在设计承受反复荷载且须进行疲劳验算的结构时，应当了解所用钢材的疲劳强度。一般把钢材承受交变荷载106～107次时不发生破坏的最大应力作为疲劳强度。

建筑钢材疲劳强度测定主要是钢筋的疲劳测定，一般有两种方法：一种是直接进行单根原状钢筋轴拉试验；另一种是将钢筋埋入混凝土中使其重复受拉或受弯的试验。我国采用直接做单根钢筋轴拉试验的方法。《混凝土结构设计规范（2015年版）》（GB 50010—2010）规定了不同等级钢筋的疲劳应力幅度限值，并规定该值与截面同一纤维上钢筋最小应力与最大应力比值有关，对预应力钢筋，当ρf≥0.9时可不进行疲劳强度验算。

研究表明，钢材的疲劳破坏是拉应力引起的，首先在局部开始形成微细裂纹，其后由于裂纹尖端处产生应力集中而使裂纹迅速扩展直至钢材断裂。影响钢材耐疲劳性的因素很多，包括以下几个方面：

（1）屈服强度：材料的屈服强度和疲劳极限之间有一定的关系，一般来说，材料的屈服强度越高，疲劳强度也越高。

（2）表面状态：材料表面粗糙度越小，应力集中越小，疲劳强度也越高。

（3）尺寸效应：材料的尺寸越大，由于各种冷加工和热加工工艺所造成的缺陷可能性越高，产生表面缺陷的可能性也越大，这些原因都会导致耐疲劳性下降。

（4）冶金缺陷：非金属夹杂物、气泡、元素的偏析及存在于表面的夹杂物是应力集中源，会导致夹杂物与基体界面之间过早地产生疲劳裂纹。

（5）腐蚀介质：材料在腐蚀介质中工作时，由于表面产生点蚀或表面晶界被腐蚀而成为疲劳源，在变应力作用下就会逐步扩展而导致断裂。

（6）温度：碳素钢的疲劳强度随着所处温度的变化而有所变化，从室温到120℃时下降，从120℃到350℃又上升，温度高于350℃以后又将呈现下降趋势。

任务准备

计算机、演示文稿等。

任务组织(www.xing528.com)

（1）五人一组，其中一名学员担任组长，负责组织其余学员在日常生活、学习中，收集影响建筑钢材疲劳强度的相关指标和影响因素。

（2）每组按照各自收集的影响建筑钢材疲劳强度的影响因素和相关指标的大小，进行建筑钢材疲劳强度判定，并在此基础上对相关技术性质进行工程应用。

（3）每组完成后，其他组同学对其进行点评和补充。

注意事项

（1）主讲人注意着装、语言组织与表达、体态表达。

（2）注意组员之间的团队协作与沟通。

（3）鼓励团队构思创意、自主创新，在遇到问题时可以打破常规，寻求解决问题的新路径。

（4）注意在能力训练过程中追求精益求精，培养工匠精神。

微课：钢材的耐疲劳性

任务训练流程

实训项目：建筑钢材耐疲劳性判定与应用

续表

问题情景

在工程上检测钢材疲劳强度有何意义？

由于承受重复性荷载的作用，钢筋的疲劳强度低于其在静荷载作用下的极限强度，主要为了检验经受一定次数循环荷载后发生疲劳破坏的最大应力值。