1. 前言　　 橋式起重機(jī)箱形主梁是整機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件,是一種典型的焊接鋼結(jié)構(gòu)。由于母材和焊縫不可避免地存在著各種缺陷,在起重機(jī)服役期間,主梁開焊、開裂甚至斷裂的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。橋式起重機(jī)的使用壽命很大程度上取決于主梁的壽命。起重機(jī)的工作特點(diǎn)決定了隨機(jī)載荷作用下的疲勞破壞是此類結(jié)構(gòu)失效的主要形式[1]。但是,疲勞失效前主梁結(jié)構(gòu)往往不會(huì)出現(xiàn)明顯的宏觀塑性變形,因而破壞十分突然,經(jīng)常造成災(zāi)難性的事故[2]。有關(guān)文獻(xiàn)規(guī)定:"起重機(jī)主要受力構(gòu)件如主梁、支腿等,有兩處以上開焊,其開焊長(zhǎng)度超過(guò)100mm,經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)后仍發(fā)生開焊者,應(yīng)報(bào)廢[3]"。而主梁的報(bào)廢則意味著整機(jī)壽命的終結(jié),往往造成幾十甚至幾百萬(wàn)元的損失,其代價(jià)是高昂的。所以,對(duì)主梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞分析,對(duì)于指導(dǎo)橋式起重機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù),預(yù)防疲勞斷裂事故的發(fā)生具有重要意義?！　?文章以現(xiàn)代疲勞理論為基礎(chǔ),以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件為工具,分析主梁在近似實(shí)際工作條件下的壽命,將主梁的疲勞壽命分布直觀地呈現(xiàn)在人們而前。讓設(shè)計(jì)者更精確、更方便地評(píng)估主梁設(shè)計(jì)方案的疲勞性能,有利于改善產(chǎn)品性能,縮短開發(fā)周期,降低開發(fā)成本。　　2. 橋式起重機(jī)箱形主梁結(jié)構(gòu)疲勞破壞特性　　 橋式起重機(jī)主梁是典型的焊接結(jié)構(gòu),其疲勞破壞有以下特點(diǎn):　　 (1) 開裂起源于最大交變應(yīng)力截面及附近的焊縫,對(duì)于拉壓或彎曲應(yīng)力,裂紋常從焊縫處開始,沿垂直于主應(yīng)力的方向往母材擴(kuò)展。　　 (2) 在循環(huán)應(yīng)力(最大應(yīng)力)遠(yuǎn)低于材料的強(qiáng)度極限,甚至遠(yuǎn)小于材料屈服極限的情況下,疲勞破壞也可能發(fā)生,疲勞斷裂在宏觀上表現(xiàn)為無(wú)明顯塑性變形的脆性突然斷裂,即疲勞斷裂一般表現(xiàn)為低應(yīng)力脆斷?！　?(3) 影響結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的主要因素是材料種類、試件尺寸、最大應(yīng)力和有無(wú)橫向支撐,而是應(yīng)力幅值、連接形式和初始裂紋?！　?具體的對(duì)于焊接箱形梁來(lái)說(shuō),疲勞裂紋主要起源于橫向加筋板與腹板焊縫的焊趾上,此后一般以半橢圓表明裂紋的形式向內(nèi)擴(kuò)展,當(dāng)裂紋穿透試件厚度后便快速擴(kuò)展,最后發(fā)生失穩(wěn)斷裂;疲勞破壞還可能發(fā)生在拉應(yīng)力最大的跨中腹扳與下蓋扳的縱向連續(xù)貼角焊縫上,此時(shí)裂紋從焊縫內(nèi)圓形缺陷的圓心開始向外擴(kuò)展,直至穿透下蓋板外表而纖維之后變?yōu)槿舜┩噶鸭y。另外,橋式起重機(jī)主梁端部拐角處出現(xiàn)裂紋的可能性也很大?！　?. 疲勞累積損傷理論　　 疲勞破壞是一個(gè)累積損傷的過(guò)程,累積損傷理論則是在疲勞試驗(yàn)和理論分析的基礎(chǔ)上尋找出材料的累積損傷規(guī)律,亦即揭示每一次載荷循環(huán)與該循環(huán)造成的材料損傷之間的相互關(guān)系。按照疲勞累積損傷規(guī)律,目前所提出的疲勞累積損傷理論大致可歸納為以下三類:　　 3.1 線性疲勞累積損傷理論　　 線性累積損傷理論認(rèn)為每個(gè)應(yīng)力循環(huán)下疲勞損傷是獨(dú)立的,總損傷等于每個(gè)循環(huán)下的損傷之和,當(dāng)總損傷達(dá)到某一數(shù)值對(duì),構(gòu)件即發(fā)生破壞,如工程中常用的Miner線性累積損傷理論認(rèn)為,損傷與應(yīng)力循環(huán)數(shù)成線性關(guān)系,當(dāng)總損傷度時(shí),材料即發(fā)生疲勞。　　 3.2 雙線性疲勞累積損傷理論　　 上面的線性疲勞累積損傷理論,沒有考慮載荷順序?qū)ζ趽p傷的影響。主要是因?yàn)镸iner線性累積損傷理論無(wú)法將疲勞過(guò)程中的裂紋形成和裂紋擴(kuò)展兩個(gè)階段區(qū)分開來(lái)。于是Grove和Manson提出了雙線性疲勞累積損傷理論,則將疲勞過(guò)程中的裂紋形成和裂紋擴(kuò)展分成兩個(gè)階段求損傷。并用兩條直線分別表示這兩個(gè)階段。　　 3.3 非線性疲勞累積損傷理論　　 非線性疲勞累積損傷理論則認(rèn)為材料在各個(gè)應(yīng)力循環(huán)下的損傷不能簡(jiǎn)單地相加,應(yīng)考慮載荷間的相互作用。其中最有代表性的是科爾頓和多蘭(Carten-Dolan)理論。該理論認(rèn)為在構(gòu)件的表面的許多地方可能出現(xiàn)損傷,損傷核的數(shù)目由材料所承受的應(yīng)力水平?jīng)Q定,由此導(dǎo)出的多級(jí)應(yīng)力循環(huán)情況下的疲勞壽命公式。　　4. 橋式起重機(jī)箱形主梁結(jié)構(gòu)疲勞實(shí)例分析