ISO 24035:2020《起重机钢结构疲劳评估方法》标准解读

疲劳评估基本流程

ISO 24035:2020规定的疲劳评估流程包括以下步骤——载荷谱收集（获取起重机在全生命周期内的载荷-时间历程数据和载荷循环统计）、结构应力分析（对疲劳评估部位进行有限元分析或应变片实测，获得各工况下的应力谱）、S-N曲线选用（根据钢材类型、连接细节和应力比选择对应的S-N曲线）、疲劳损伤累积计算（采用Miner线性累积损伤法则计算总损伤D=∑ni/Ni）和安全寿命评估（根据累积损伤D评估疲劳寿命，D≤1.0时结构安全）。

评估部位的选择——疲劳评估应覆盖钢结构中的所有应力集中区域（接头焊缝、截面突变处、开孔、焊趾等）和承受交变应力较大的区域（主梁跨中、端梁连接处、支腿根部等）。对每台起重机至少选取3~5个疲劳敏感部位进行评估。评估结果用于制定起重机的定期检测计划和疲劳寿命管理策略。

S-N曲线的选用

标准根据钢结构连接细节将S-N曲线分为若干等级——母材（无焊缝）采用FAT160曲线（160MPa@2×106次）、对接焊缝经磨平处理采用FAT125曲线、对接焊缝（保持焊态）采用FAT112曲线、角焊缝和T形接头采用FAT100曲线、十字接头和加筋板焊缝采用FAT80曲线。疲劳极限对应的应力循环次数为2×106次（钢结构中通常取5×106次作为疲劳极限对应的循环数）。

S-N曲线的斜率——应力范围Δσ与疲劳寿命N的关系在双对数坐标中为斜率为m的直线，m一般取3（焊态）或5（母材和磨平焊缝）。高应力区的S-N曲线在超过2×106次循环后存在疲劳极限（低于此应力水平不再发生疲劳破坏）。在变幅载荷条件下应使用等效应力范围Δσeq = (∑ni×Δσi³/Ntotal)^(1/3)计算等效损伤应力。

应力循环计数与损伤累积

应力谱的建立——采用雨流计数法（Rainflow Counting）对载荷-时间历程进行循环计数，提取各应力循环的应力范围和平均应力。雨流法是目前公认的疲劳循环计数标准方法。根据计数结果绘制应力范围直方图（Δσi-ni分布），Miner线性累积损伤法则——D = ∑(ni / Ni)，ni为第i级应力范围的实测循环数、Ni为对应应力范围在S-N曲线上查得的允许循环数。

当D < 1.0时结构安全，D = 1.0时达到疲劳寿命设计值。标准要求的疲劳安全系数——如果评估过程中采用计算载荷谱（而非实测载荷谱），安全系数取≥1.25。对于不可目视检查的焊缝（封闭截面内部焊缝），安全系数取≥1.5。对于载人起重机（如用于吊运人员），安全系数取≥2.0。

评估报告与寿命管理

疲劳评估报告应包含——评估依据的标准、被评估起重机的技术参数和使用历史、载荷谱（来源和统计方法）、应力分析结果（有限元模型和分析结果或应变片实测数据）、S-N曲线选用依据和FAT等级、损伤累积计算结果和安全寿命评估结论和检测维护建议（重点检查部位和检查周期）。克鲁德重工提供起重机钢结构疲劳评估服务。

常见问题