沈祖炎在同濟(jì)大學(xué)的研究指出，鋼結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度與其承受的反復(fù)力大小和作用時(shí)間密切相關(guān)。在理想彈性強(qiáng)化情況下，鋼材的疲勞壽命可以通過以下公式計(jì)算：σ = σb + K * f_a * N，代表應(yīng)力，σb是材料的屈服強(qiáng)度，f_a是循環(huán)次數(shù)，N是總的循環(huán)次數(shù)。通過調(diào)整K的值，可以預(yù)測(cè)不同類型和狀態(tài)的鋼材在不同應(yīng)力水平下的疲勞壽命。沈祖炎還強(qiáng)調(diào)了材料微觀結(jié)構(gòu)對(duì)疲勞壽命的影響，并提出了通過控制熱處理過程來優(yōu)化鋼材性能的方法。這些研究成果為鋼結(jié)構(gòu)的疲勞設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)，有助于提高建筑結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。

《同濟(jì)大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)基本原理（沈祖炎）課后習(xí)題答案相關(guān)內(nèi)容》

一、部分章節(jié)習(xí)題答案示例

（一）第二章相關(guān)習(xí)題答案

1. 2.1題
   • 在鋼材單向拉伸狀態(tài)下應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線中關(guān)于彈性階段和非彈性階段關(guān)系式如下：
     • 對(duì)于理想彈性 - 塑性情況：
       • 彈性階段：$\sigma = E\varepsilon$σ=Eε（$E$E為彈性模量，$\sigma$σ為應(yīng)力，$\varepsilon$ε為應(yīng)變）；非彈性階段：$\sigma = f_y$σ=fy?（$f_y$fy?為屈服強(qiáng)度，應(yīng)力不隨應(yīng)變?cè)龃蠖兓?/li>
     • 對(duì)于理想彈性強(qiáng)化情況：
       • 彈性階段：$\sigma = E\varepsilon$σ=Eε；非彈性階段：$\sigma = f_y+E'(\varepsilon - \varepsilon_y)$σ=fy?+E′(ε?εy?)（$E'$E′為強(qiáng)化階段的模量，$\varepsilon_y$εy?為屈服應(yīng)變）
2. 2.3題
   • 鋼材曲線與反復(fù)應(yīng)力大小和作用時(shí)間關(guān)系：
     • 當(dāng)構(gòu)件反復(fù)應(yīng)力處于彈性階段時(shí)，反復(fù)應(yīng)力作用下鋼材材性無變化，不存在殘余變形，鋼材曲線基本無變化；當(dāng)處于彈塑性階段，反復(fù)應(yīng)力會(huì)引起殘余變形，若加載 - 卸載連續(xù)進(jìn)行，鋼材曲線基本無變化，若加載 - 卸載有時(shí)間間隔，會(huì)使鋼材屈服點(diǎn)、極限強(qiáng)度提高，而塑性韌性降低（時(shí)效現(xiàn)象），鋼材曲線會(huì)相對(duì)更高而更短。另外，在一定作用力下，作用時(shí)間越快，鋼材強(qiáng)度會(huì)提高、變形能力減弱，鋼材曲線也會(huì)更高而更短。
   • 鋼材疲勞強(qiáng)度與反復(fù)力大小和作用時(shí)間關(guān)系：
     • 反復(fù)應(yīng)力大小對(duì)鋼材疲勞強(qiáng)度的影響以應(yīng)力比或應(yīng)力幅（焊接結(jié)構(gòu)）來量度。一般來說，應(yīng)力比或應(yīng)力幅越大，疲勞強(qiáng)度越低；而作用時(shí)間越長(zhǎng)（指次數(shù)多），疲勞強(qiáng)度也越低
3. 2.4題
   • 導(dǎo)致鋼材發(fā)生脆性破壞的原因如下：
     • 化學(xué)成分方面：鋼材的化學(xué)成分，如碳、硫、磷等有害元素成分過多。
     • 生成過程缺陷：鋼材生成過程中造成的缺陷，如夾層、偏析等。
     • 加工使用影響：鋼材在加工、使用過程中的各種影響，如時(shí)效、冷作硬化以及焊接應(yīng)力等影響。
     • 工作溫度影響：鋼材工作溫度影響，可能會(huì)引起藍(lán)脆或冷脆。
     • 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響：不合理的結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)影響，如應(yīng)力集中等。
     • 受力性質(zhì)影響：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受力性質(zhì)，如雙向或三向同號(hào)應(yīng)力場(chǎng)。
     • 荷載性質(zhì)影響：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件所受荷載性質(zhì)，如受反復(fù)動(dòng)力荷載作用。
4. 2.5題
   • 名詞解釋：
     • 延性破壞（塑性破壞）：破壞前有明顯變形，并有較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間，應(yīng)力超過屈服點(diǎn)$f_y$fy?、并達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度$f_u$fu?的破壞。
     • 損傷累積破壞：隨時(shí)間增長(zhǎng)，由荷載與溫度變化，化學(xué)和環(huán)境作用以及災(zāi)害因素等使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生損傷并不斷積累而導(dǎo)致的破壞。
     • 脆性破壞（脆性斷裂）：破壞前無明顯變形、無預(yù)兆，而平均應(yīng)力較小（一般小于屈服點(diǎn)$f_y$fy?）的破壞。
     • 疲勞破壞：鋼材在連續(xù)反復(fù)荷載作用下，應(yīng)力水平低于極限強(qiáng)度，甚至低于屈服點(diǎn)的突然破壞。
     • 應(yīng)力腐蝕破壞（延遲斷裂）：在腐蝕性介質(zhì)中，裂紋尖端應(yīng)力低于正常脆性斷裂應(yīng)力臨界值的情況下所造成的破壞。
     • 疲勞壽命：指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中在一定恢復(fù)荷載作用下所能承受的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。
5. 2.7題
   • 符號(hào)意義：
     • Q235AF：屈服強(qiáng)度、質(zhì)量等級(jí)A（無沖擊功要求）的沸騰鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼）。
     • Q345D：屈服強(qiáng)度、質(zhì)量等級(jí)D（要求提供 - 20°C時(shí)縱向沖擊功）的特殊鎮(zhèn)靜鋼（低合金鋼）。
     • Q390E：屈服強(qiáng)度、質(zhì)量等級(jí)E（要求提供 - 40°C時(shí)縱向沖擊功）的特殊鎮(zhèn)靜鋼（低合金鋼）。
     • Q235D：屈服強(qiáng)度、質(zhì)量等級(jí)D（要求提供 - 20°C時(shí)縱向沖擊功）的特殊鎮(zhèn)靜鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼）。
6. 2.8題
   • 鋼材選擇：
     • 在北方嚴(yán)寒地區(qū)建造廠房露天倉(cāng)庫(kù)使用非焊接吊車梁，承受起重量Q500KN的中級(jí)工作制吊車，要求鋼材具有良好的低溫沖擊韌性性能、能在低溫條件下承受動(dòng)力荷載作用，可選Q235D、Q345D等。
     • 一廠房采用焊接鋼結(jié)構(gòu)，室內(nèi)溫度為 - 10°C，要求滿足低溫可焊性條件，可選用Q235BZ等。

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范解讀

鋼結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度計(jì)算方法

鋼結(jié)構(gòu)脆性破壞預(yù)防措施

鋼結(jié)構(gòu)材料選擇指南