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荷载频率对结构钢及其焊接节点疲劳寿命的影响

2021-02-27童乐为袁一鑫牛立超郁琦桐

同济大学学报(自然科学版) 2021年1期

童乐为,袁一鑫,牛立超,郁琦桐,颜 阳

(1.同济大学土木工程学院,上海200092;2.同济大学浙江学院,浙江嘉兴314051;3.中铁上海设计院集团有限公司,上海200070)

钢结构在建筑、桥梁、铁路、公路、水工、海工、港口等各类工程结构中的应用已经非常普遍。在动力荷载、交变荷载的作用下,钢结构发生累积损伤、裂纹形成、裂纹扩展、最终断裂这一过程的高周疲劳问题,是工程结构日常服役中常见的破坏形式。为确保钢结构耐久地使用,研究其高周疲劳问题具有重要的现实意义。应力工作在弹性范围、寿命(应力循环次数)通常在1×104~5×104以上的疲劳问题称为高周疲劳(简称疲劳)。鉴于钢结构疲劳问题的复杂性,目前还主要依赖于试验进行研究。

对于结构钢母材及其小尺度焊接件的疲劳试验,可采用标准试样在疲劳试验机上进行。目前国内外生产的疲劳试验机由于设备工作原理的不同,按照加载频率可分为低频、中频、高频和超高频等疲劳试验机。一般而言,加载频率f≤30Hz的称为低频疲劳试验机,采用电液伺服工作原理;30<f≤100Hz的称为中频疲劳试验机,采用机电驱动工作原理;100<f≤300Hz的称为高频疲劳试验机,采用电磁谐振工作原理;f>300Hz的称为超高频疲劳试验机,采用气动和声学工作原理[1]。在我国,对服务于工程结构研发、检测的试验室,通常配备的是低频(一般在30Hz以内)或者中高频(一般在100Hz左右,为便于叙述统称中高频)疲劳试验机。由于疲劳试件多、试验时间长和费用高,不少研究者为了节省成本,采用中高频疲劳试验机进行试验。……

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