1、同济大学建筑工程系研究生课程 高等钢结构原理断裂与疲劳部分 （授课教师童乐为） 学生作业 一、作业要求 1 每位学生自选 5道概念论述题 和 1道 计算题 。 2 应仔细审题，答 题 清楚到位。鼓励有全面深入的高质量论述。 3 相互抄袭很容易识别，均按 无 作业 成绩处理 。请独立思考答题。 4 概念 论述题 照抄授课教师讲稿， 作业 成绩最高只能得 60分。 5 书面答题，统一做在 A4 纸上，打印和手写均可，封面写上系（所）别、学号和姓名 、硕士生或博士生 。校外旁听生写上单位名称。 6 作业可 集中 给班长 统一提交 到土木大楼 A717室 ，截至时间 2017年 10月 30日 7 本
2、 课程考核方式为期末 考试 和平时作业考核相结合，最终成绩为 40%期末考试与60%平时作业成绩之和。 二、参考书目 （ 1） 英 T.R. 格尔内，焊接结构的疲劳，机械工业出版社， 1988。 （ 2）焦馥杰，焊接结构分析基础，上海科学技术出版社， 1991。 （ 3） 德 D. 拉达伊，焊接结构疲劳强度，机械工业出版社， 1994。 （ 4）霍立兴，焊接结构工程强度，机械工业出版社， 1995。 （ 5）陈绍蕃，钢结构设计原理，科学出版社， 2000。 （ 6） 荷 J.Wardenier, 钢管截面的结构应用，同济大学出 版社， 2004。 （ 7） N.E. Dowling, Mech
3、anical Behavior of Materials, Pearson Prentice Hall, 2007 （ 8）国家标准，钢结构设计规范 GB50017 2003 （ 9） Eurocode 3 : Design of steel structures Part 1-9 : Fatigue,EN 1993-1-9, 2005. 三、概念论述题 1 焊接钢结构的缺点及其原因 2 焊接结构可能出现哪些类似裂纹的缺陷 3 影响焊接钢结构脆性断裂的主要因素及 其效应 4 线弹性断裂力学的研究对象和应用范围 5 裂纹类型和裂纹尖端附近的应力场特点 6 应力强度因子的 一般表达式和 用途 7
4、应力强度因子与应力集中系数的区别 8 冲击韧性与断裂韧性的区别 9 应变时效的要义 10 高强度钢材在动力荷载、低温条件下应用需要特别关注什么问题 11 防止焊接钢结构脆性断裂的基本措施 12 焊接与非焊接钢结构在疲劳性能上的异同点 13 为什么焊接结构疲劳性能比非焊接结构差 14 焊接结构疲劳裂纹出现的位置和扩展有什么特点 15 钢结构疲劳寿命离散性具有怎样的特点 16 解释应力幅是评价焊接钢结构疲劳强度的一个指标 17 采用高强度钢材是否有助于改善焊接钢结构疲劳性能 18 无限寿命、安全使用寿命、破损安全等疲劳设计思想的基本要义 19 基于构造分类的疲劳设计方法的特点 20 何谓热点应力
5、21 基于热点应力的疲劳设计方法的特点 22 断裂力学在焊接钢结构疲劳分析中有何用武之地 23 如何运用断裂力学裂纹扩展原理来预测焊接钢结构的疲劳寿命 24 如何运用结构损伤原理来评估变幅疲劳问题 25 可采取哪些措施来 改善焊接钢结构疲劳性能 四、计算题 1. 有 一 宽度 很大的平 钢 板 ， 中心有一长度为 2a 的初始裂纹， a=10mm，两侧 受到 均匀拉 应力 ，钢材为高强度钢， 屈服强度 fy =550MPa， 断裂韧性 KIC =3000 MPa mm1/2。 假定 ：裂纹 尖端的应力强度因子 的 计算公式为 KI = 。 试问 该钢板 发生 破坏时是 断裂 破坏还是 屈服 破
6、坏 ？ 为什么 ？ 2. 某 厂房 吊车梁在 使用过程 中受 到 循环变幅 荷载 的 作用。 经分析统计 ， 该 吊车梁中最大 受 拉应力处 所 承受的应力幅 及其 对应的 循环次数 列于 表 1 中。 已知 该梁的疲劳 强度 S-N 曲线 计算 式为 ： 3 N = 3.91 1012 试 采用 Miner 线性累积损伤定律 验算该吊车梁是会 疲劳断裂 。 表 1 应力幅及 其 循环次数统计表 编号 应力幅 （ MPa） 循环次数 ni（万次） 1 30 250 2 45 200 3 85 180 4 110 100 5 150 50 3. 下图 为 一 车间 的 简支吊车梁 ， 跨度 6m，为 焊接 H 型钢 ， 已知 ： 吊车每天运行 通过吊车梁 平均100 次 ， 作用 在吊车梁 上 的轮压 平均值 P=200kN（ 标准值） ， 可变荷载分项系数 1.4。吊车梁钢材料Q235B，截面惯性矩 Ix = 4134 105 mm4。吊车梁 H型钢 纵向角 焊缝 构造 细节 的 疲劳 强度 (容许应力幅 ) 寿命 (N)的 计算 公式为： 。 试问 ：该 吊车梁预期具有 多少年 Y的疲劳寿命（一年按 360 天 计）。 裂纹2a6m吊车轮压 P 300104001414x xI x = 413 4 10 5 mm 4
