的缺口宽度缩小到两壁相碰,那就是裂纹;图示的ab缺口 底部尖锐,c、d则呈國弧状,所以,其所引起的应力集中是 有区别的。图2-8()和(分别表示内部有方孔和圆孔情 况。其蔟劳开裂都将是发生在过缺口底部、基材最受削弱的 横截面。 (a) 图2-8单鈍受拉平板内的应力流示意图 图2-9(a)表示对接焊缝在a处过度隆高在b处咬肉, 在c处则没有焊满y由这些缺口所造成的应力集中,都是和 图2-8(b)所示者相近。图2-9b和(c)则分别和图2-8 (f)和(e)相近。图2-8(d)表示对接焊在焊后不加工时所能 达到的最优情况,内部无缺陷,而隆高也不过高。 图2-10表示搭接头用横向角焊鏠传力情况。图2-10 、(a)的角焊缝隆高过量,使其a处的基材横截面极易发生疲 26
}82 c D 图2—9对挟焊可能出现的各种应力集中情况 ( 图2—10接头用横向角焊缝传力旴的应力流 劳开裂;在焊根b处,应力流也比较集中,相应的疲劳开裂 面将通过焊缝喉部。图2-10(b)的角焊缝呈凹而,其应力 集中显然有所缓和。图2—10(∞)表示焊根没有焊到,共焊 缝喉部当极易发生疲劳开裂 需要指出:在图2—8至2-10内所举的严重应力集中 情况,都是觋行设计和制造規范所不容许的。蒋它们列出, 只是为了引起读者重视,不要让它们出现。至于不同构造按 疲劳抗力的分级,其具体内容则将在下文陆续给出。 在怎样对(疲劳开裂的)安全给予保证方面,现在也已 有一共同认识。它的主要点是:对于常幅疲芳试验讲,和应 力指标∫各具体值所对应的致伤次数N,是一按对数正态概 率分布的随机变量,可以从试验数据将logN的均值和标准 差求出;从IogN的均值减去其两个标准差,可以为每个∫大
致得到置信度是95%的N。这样,就可以将置信度是95% 的∫一N在双对数坐标图上作出。凭这样的线来制订∫的限 值(容许值)那就合理了。今将其具体做法列在附录B 现在当介绍美国和英国对于上述各问题所作的研究。 1,美国 NCHRP的两份报告和随后关于钠构造的(疲 劳抗力)分级 美国公路研究协作规划( NCHRP= National Coorpera- tive Highway Research Program)管理机构在1970年和 1974年先后发表了它的102和147号报告〔70—1,74-3)。 前一报告所讲的疲劳试验是在1966年10月至1969年1月 完成(计40个月),后一报告所讲的试验是在1970年T月 至1972年12月完成(计30个月)。主办单位是 Lehigh大 学士木工程系,协作单位是 Drexel大学机械及土木工程系。 试验所预期的目的,是: (1)检验钢种对疲劳抗力的效应的显著程度; (2)检验能香只用应力脉∫R来做焊接构造疲劳抗力的 应力指标y (3)将几种主要构造的疲劳抗力同致伤次数关系〔即 N关系)确定下来 (4)将致伤次数联系到断裂力学进行研究。 为了检验钢种,其102号报告所涉及的焊接试件是采用 A36(屈服点保证值是28MPa)A44(屈服点29MPa), A514(服点630Ma)这三个钢种制造。在用方差分析 (见附录A)论证钢种对焊接构造疲劳抗力的效应不显著之 后,其147号报告所涉及的试件就以采用A441制造为主了。 为了检验f的显蓍程度,主要以变动∫m1的水平和它 28
作对比(若用p作对比,则变动一次p的水平,就涉及f 和f两参数的变动,使所需试件数量加多)。所使用的 主要方法也是方差分析 参照过去的经验,知道疲劳抗力最高的焊接构造应是单 纯焊接梁,最低的则是有中断〔外层)盖板的焊接梁,所 以,为了尽可能早地知道焊接构造疲劳抗力上界及下界, 102号报告就以硏究它们为主。腹板在横肋焊连处,翼缘在 焊连件相连处,其疲步抗力当介于上述两构造之间,就将它 们列入在147号报告的研究范围之内。 两份报告,共计包括531根钢梁的疲劳试验 在进行疲劳试验之前,曾对当时拥有的经验和资料进行 了一次较全面的小结和分析。 今将这两份报告的要点综述如下。 (1)对经验和文献的回顾 认为下列三因态当共在一定范围内时,对疲劳的影响不 大:①加载速率一一从每分钟加力150次到每分钟加力800 次,经证实并无多大区别②休息一一某些试件曾因非技术 原因而在试验过程中卸载体息达一年之久,并未发现共有多 大影响;③环境—一若使温度并不异常,试验则是在漬洁的 空气之中(湿度正常,没有特地引入什么腐蚀性介质)进行, 则这一因素的影响也可不计。 从文献中,曾查到低碳钢梁式试件数据300例,低合金 钢梁式试件数据100例。其有畚考意义的內容,是:①其在 翼缘之内有对接焊缝的,有100例,但共大多数的对接焊是 在焊后不加工,对疲劳的抗力较低,且离散性也大,现在当 以将试件改为焊后加工者进行试验为恰当;②对于外层盖板
中断的焊接梁,曾想用变更中断盖板端头几何形状的方法来 提高疲芳抗力,但收效不大,现在不必再在那一方面下功夫 了;③有横肋焊连的腹板疲劳数据相当多,其开裂来自腹板 主应力者有68例,来自弯曲法应力者44例,因横肋同时焊于 受拉翼缘而从翼缘先裂者23例;以往所做的试验为使开裂来 自主拉应力者,其使梁所受的剪应力对弯曲法应力对之比洵 属过大,现在要改正那一儆法;④梁的腹板宽厚比太大的(例 如,大于240),在疲劳试验屮,腹板发生激振,使疲劳开 裂发生在腹板和横肋相遇处:由于其试验所用的腹板宽厚比 已经是在设计规范容许值之外,可以不必继续研究。 (2)试纠的设计 就构造讲,分为下列六种: ①单纯轧制梁为检验其和单纯焊接梁的区别而列 入;而且,在焊铵(例如,加焊连件)将使梁的疲劳抗力大 为降低得到论证后,将有若干试件被设计为在单纯轧制梁之 上(而不是在单纯焊接梁之上)加焊接。这祥,对于发生在 焊接处的疲劳抗力当没有影响。考虑各方面情况(试验机能 力,公路梁桥常用的高跨比等),有39根试件的截面是14 WF30,其梁高是3556毫米(14英寸),翼缘宽173毫米, 厚9.4毫米,腹板厚度7。1毫米;试验时,按跨度为3048毫 米的简支梁在跨度之中的两点加载。对于强度高的A514轧 制梁,有20根试件的截面改为用10WF25(高度254毫米, 翼绿宽146毫米,厚10毫米,腹板厚65毫米,按跨度为 2286毫米加载)。 ②单纯焊接梁“单纯”,指在貿缘焊缝之外,没有 仼何其它焊接的梁。计56根。截面各由三块板形成:2 30