如何运用结构损伤原理来评估变幅疲劳问题？
答：材料在复杂的环境作用下(如荷载、温度等)将会受到不同程度的损伤, 影响损伤的因素具有随机性。当荷载是循环往复应力时, 引起的材料力学性能劣化过程称为疲劳损伤。当前国内外学者在疲劳累积损伤领已经提出了许多损伤理论和计算模型，但是由于疲劳积累损伤时一个受众多因素影响的随机事件，所以至今还没有一个统一的、实用的、比较符合累积损伤发展规律的疲劳累积损伤理论及计算模型。现在经常实用到的大致有如下几种：1、线性疲劳累积损伤理论；2、双线性疲劳累积损伤理论；3、非线性疲劳累积损伤理论；4、基于热力学势的疲劳累积损伤理论；5、概率疲劳累积损伤理论等。在此，便用经典的Miner线性累积损伤理论评估变幅荷载疲劳问题。
Miner线性累积损伤理论将疲劳损伤D定义为使用应力下循环次数n与该应力下材料疲劳寿命N的比值：D=n/N。认为在多级不同的应力幅值作用下，疲劳破坏发生时有：
ni?N?1i式中：ni——第i级应力水平下的循环次数； Ni——第i级应力水平下的疲劳寿命。
Miner线性累积损伤理论同时假定：1、在任一给定的应力水平下，每一次循环产生等量的损伤；2、累积损伤速度与以前载荷历程无关；3、加载顺序的变化不影响耐疲劳寿命。
下图为两级载荷作用下线性累积损伤规律示意。横坐标为第一级应力循环比n1/N1，纵坐标为第二级应力循环比n2/N2。
Miner理论显著简化了疲劳机理。事实上，疲劳破坏是材料在循环应力作用下内部结构发生的一种不可逆劣化过程。不同的外加载过程引起不同的内部结构变化，损伤的程度以及损伤累积发展过程也不同。Miner线性累积损伤理论认定损伤累积式线性的，且与载荷先后顺序无关，因此未能很好地体现疲劳累积发展规律，但由于该理论计算模型形式简单、实用，所以仍在工程上得到应用。
下面便用Miner理论评估变幅疲劳问题。作用在实际结构中的交变荷载一般并不是我们所熟悉的常幅循环荷载，而是变幅随机荷载，例如吊车梁和桥梁的荷载。显然变幅疲劳的计算也比常幅疲劳的计算复杂很多。如果能够预测出结构在使用寿命期间各级应力幅水平所占
频次百分比及预期寿命（总频次）
?n所构成的设计应力谱，则可以根据Miner理论，将
i变幅应力幅折算成常幅等效应力幅??e，然后按照常幅疲劳进行校核。计算公式仍为：
??e?[??]
假设构件或连接类别相同的变幅疲劳和常幅疲劳具有相同的疲劳曲线，如下图所示，该图给出了具有三个应力幅水平的变幅疲劳的例子。与常幅疲劳相同，每一个应力幅水平均可列出下述公式：
设想另有一等效常幅疲劳应力幅??e，循环则有：
将上述各式代入下式 有 可得 则：
??（??）=C=?n（???）?niiieC?N（??）=C 或 N=iii?（??i）?n次后，也使该类别的部件产生破坏，
iC?n（???）=C 或 n=?ie?i（??）?enininnn1n2?????????????1?NNNNiNni12?nn(??n)??ni(??i)n1(??1)?n2(??2)??+???+??1CCCC??en(??)????[]n?ii1/i式中，
?n为以应力循环次数表示的结构预期使用寿命；n为预期寿命内应力幅水平为
ii??i的应力循环次数。
线性累积损伤准则假定疲劳破坏与不同水平的应力幅出现的先后次序无关，虽与实际有所不同，但可简化计算，且能保证安全。据此，可按工程方法如水库计数法（也称泄水池法）等由设计应力谱找出不同水平的应力幅??i和与其相应的频次ni。下图给出了水库计数法的分析示意图。该法的计算流程为：首先在设计应力谱中找出波峰应力所在点，在该点切断曲线，并将该点之前的曲线段平移至尾端，形成两端高的“水库”，最大水深即为??1；在水库的最深处排水后，形成的新水面内相应最大水深尾??2；重复上一步，直到把水排空，依次找到其他应力幅??i，比较大小，并计算出频次ni。
参考文献
[1]陈绍蕃.钢结构设计原理[M].科学出版社，2000
[2][英]T.R.格内尔，焊接结构的疲劳，机械工业出版社，1998 [3]张耀春 周绪红.钢结构设计原理.高等教育出版社，2004
[4]冯胜 程燕平 赵亚丽.线性疲劳损伤累积理论的研究.哈尔冰工业大学学报，2003年第5期
[5]刘建伟.疲劳累积损伤理论发展概述.山西建筑.2008年8月
[6]鞠杨 樊承谋.疲劳累积损伤理论研究.哈尔冰建筑工程学院学报.1994年第五期 [7]倪侃.随机疲劳累积损伤理论研究进展.力学进展.1999年第1期
可采取哪些措施来改善焊接钢结构疲劳性能？
答：应力集中、焊接接头焊趾处的焊接缺陷以及焊接残余应力的组合作用，造成了焊接钢结构疲劳幅度大幅度地低于母材的疲劳强度。所以焊接钢结构的疲劳强度多取决于接头的疲劳性能，改善焊接钢结构接头的疲劳性能应在结构设计和施工阶段予以考虑。
1、在结构设计过程中，任何降低应力集中的构造处理措施都有助于改善焊接钢结构的疲劳性能。
1）、焊接构件传力路线走直线，尽量避免力线在传递过程中发生强烈的弯折，从而影响焊接结构的疲劳性能，如避免采用直角板，采用圆弧板代替；
2）、注意接头形式的选择，应尽量选择应力集中系数小的接头形式：如对接接头，T型接头，避免多根杆件连接在一块节点板上的形式；
3）、焊缝布局应尽量远离高应力区，使缺口效应尽量分散，跨中，支座处尽量避免焊接； 4）、合理选材，随着钢材强度提高，其断裂韧性和可焊性都有不同程度下降，选材时不宜 选用比实际所需强度更高的材料，特别不应单纯追求强度指标，而忽视了其他性能；
5）、对特别危险部位采用螺栓接头。
2、在施工过程中，不良的施焊会导致焊趾部位存在有大量不同类型的缺陷，这些不同类型的缺陷导致疲劳裂纹早期开裂和使母材的疲劳强度急剧下降（下降到80%）。焊接缺陷大体上可分作两类：面状缺陷(如裂纹、未熔合等)和体积型缺陷（气孔、夹渣等），它们的影响程度是不问的，同时焊接缺陷对接头疲劳强度的影响与缺陷的种类、方向和位置有关。 因此，使用较大电流焊接，合理设计坡口，保持坡口清洁等方法来避免未焊透和未熔合等缺陷，严格控制焊缝形状，焊缝应与母材平滑过渡。
除了上述注意以外，国内外一些专家学者也提出了不少适用的方法，常用的有：1、打磨法。打磨法主要是用砂轮来打磨焊接接头来减小焊趾部位的应力集中程度。但是用砂轮打磨焊接结构的焊趾时，很可能会在焊趾部位留下较深的划痕。这些划痕虽然不会很深，但非常尖锐，很可能会在很大程度上影响焊接接头的疲劳强度。尤其是与应力方向垂直的划痕对疲劳强度的影响更为严重。实际的焊接结构往往比较复杂，而且存在焊缝交叉，这就给整个焊接接头的打磨增加了相当大的难度，而且在实际应用过程中还会要求打磨的效率。2、TIG熔修法。TIG即非熔化极气体保护焊，是利用外加气体作为保护介质的一种电弧焊方法，其优点是电弧和熔池可见性好，操作方便，没有熔渣或很少熔渣，无需焊后清渣。TIG焊接所得到的焊接接头通常外形良好，在焊趾上没有熔渣楔块，疲劳强度较高。于是人们利用这一现象对已经焊接好的焊缝再进行TIG熔修，来消除熔渣楔块，使焊缝部位能够平滑地过渡，减小应力集中，从而提高焊接钢结构焊缝处的疲劳强度。3、锤击法。锤击法属于一种冷加工的方法。这种方法是用顶端装有半球的气锤敲打焊趾区域来改善焊接结构的疲劳性能。其作用是在焊趾表面形成压缩应力，并且可以改善缺口的敏锐度，因而可以降低由于焊接造成的应力集中程度，并大大提高焊接结构的疲劳强度。这种方法成本低、效果好，加工方便，所以是当前使用比较多的方法，但这种方法人力劳动强度较大，效果不够稳定，而且伴随敲击会产生很大的噪声。
参考文献
[1]陈绍蕃.钢结构设计原理[M].科学出版社，2000
[2][英]T.R.格内尔，焊接结构的疲劳，机械工业出版社，1998 [3]张耀春 周绪红.钢结构设计原理.高等教育出版社，2004 [4]霍立兴.焊接结构工程强度.机械工业出版社，1995 [5]焦馥杰.焊接结构分析基础.上海科学技术出版社.1991
[6] 霍立兴，王东坡，王文先.提高焊接接头疲劳性能的研究进展和最新技术.焊接快讯，2004 [7]倪侃.随机疲劳累积损伤理论研究进展.力学进展.1999年第1期