Fatigue process of steel in building structures - assessment criteria and methods of analysis

• Autorzy: Rowiński Sławomir

Identyfikatory

DOI

10.15199/33.2025.05.06

Warianty tytułu

PL

Proces zmęczenia stali w konstrukcjach budowlanych - kryteria oceny i metody analizy

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The aim of this study was to analyze the mechanism of fatigue crack propagation in steel and to assess the fatigue strength of structures based on the stress intensity factor. The article presents the stages of crack initiation and propagation in steel elements subjected to cyclic loading. The static load-bearing capacity condition in the presence of material defects is discussed. A key part of the study is the analysis of the Paris curve. The application of Wöhler fatigue curves in the assessment of steel fatigue durability is also presented.

PL

Celem pracy była analiza mechanizmu propagacji pęknięć zmęczeniowych w stali oraz ocena wytrzymałości zmęczeniowej konstrukcji na podstawie współczynnika intensywności naprężenia. W artykule przedstawiono etapy inicjacji i propagacji pęknięć w elementach stalowych poddanych obciążeniom cyklicznym. Omówiono warunek nośności statycznej w obecności defektów materiałowych. Kluczową częścią pracy jest analiza krzywej Parisa. Przedstawiono również zastosowanie krzywych zmęczeniowych Wöhlera w ocenie trwałości zmęczeniowej stali.

Słowa kluczowe

EN

material fatigue; stress intensity factor; Paris curve; Wöhler curve; steel structure; calculation method; fatigue strength; fatigue crack

PL

zmęczenie materiału; współczynnik intensywności naprężenia; krzywa Parisa; krzywa Wöhlera; konstrukcja stalowa; metoda obliczeń; wytrzymałość zmęczeniowa; pękanie zmęczeniowe

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Materiały Budowlane
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 5
• Strony: 40--49
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., il.

Twórcy

autor

Rowiński Sławomir

• Politechnika Wrocławska, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego

• https://orcid.org/0000-0001-5512-7381

Bibliografia

• [1] He L., Tian Y., Akebono H., Sugeta A. Prediction of fatigue crack propagation behavior in elastic plastic region under block loading for type 316 steel via artificial neural network approach. International Journal of Fatigue. 2025; 192, 108725: 1-17.
• [2] Safaei S., Bernasconi A., Carboni M., Martulli L.M. A novel implementation of the cohesive zone model for the fatigue propagation of delamination in composites using a sequential static fatigue algorithm. International Journal of Fatigue. 2025; 192, 108712: 1-12.
• [3] Paysan F., Melching D., Breitbarth E. Plasticity-induced crack closure identification during fatigue crack growth in AA2024-T3 by using high-resolution digital image correlation. International Journal of Fatigue. 2025; 192, 108703: 1-14.
• [4] Chiocca A., Pedranz M., Zanini Z., Carmignato S., Fontanari V., Benedetti M., Frendo F. Application of the Effective critical plane approach for the fatigue assessment of ductile cast iron under multiaxial and non-proportional loading conditions. International Journal of Fatigue. 2025; 192, 108716: 1-14.
• [5] Dastgerdi J.N., Jaberi O., Hensel J. Characterization of surface irregularities and fatigue strength evaluation of wire arc additive manufactured high strength steel specimens. International Journal of Fatigue. 2025; 192, 108737: 1-15.
• [6] Gericke A., Thomas von Borstel, Goeran G., Strandberg M., Knuth-Michael Henkel. Fatigue strength of blast cleaned and stress relief annealed butt joints made of structural steel S355J2+N for offshore wind support structures. International Journal of Fatigue. 2025; 192, 108711: 1-17.
• [7] Rowiński S. Effect of steel-cutting technology on fatigue strength of steel structures: tests and analyses. Materials. 2021, vol. 14, nr 20, art. 6097, s. 1-15.
• [8] Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych. Część 1-9: Zmęczenie.
• [9] Griffith A.A. The Phenomenon of Rupture and Flow in Solids, Philosophie Transactions of Royal Society, Serie A, 1921: 163-198.
• [10] PN-87/H-04335. Metoda badania odporności na pękanie w płaskim stanie odkształcenia.
• [11] Barsom J.M., Rolfe S.T. Fracture and Fatigue Control in Structures, Prentice-Hall, Inc. 1987.
• [12] Girienko W.S., Diadin W.P. Zawisimosti mieżdu udarnoj wjazkostju i kritierijami miechaniki razruszenija konstrukcjonnych stalej i ich swarnych sojedinienij. Awtomaticzeskaja Swarka. 1985, No 9, s. 13-20.
• [13] Kalana K. Hodnotenie odolnosli proti krehkemu poruseniu zvaranych ocelovych konstrukcji. Zvaranie 1990, No 9, s. 265-271.
• [14] PD, Guidance on Methods for Assessing the Acceptability of Flaws in Fusion Welded Structures BSI, 1991.
• [15] Rykaluk K. Pęknięcia w konstrukcjach stalowych, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2000.
• [16] Kocańda S., Szala J. Podstawy obliczeń zmęczeniowych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997.
• [17] Paris P.C., Erdogan F.A. A Critical Analysis of Crack Propagation Laws, Journal of Basic Engineering ASME Transaction, Serie D, 85, No 4, 1963, pp. 528-534.
• [18] Sedlacek G., Stranghöner N., Stötzel G., Dahl W., Lungenberg P., Liessem A. Die Tragsicherheit, die Ermüdungssicherheit und das Sprödbruchproblem, Der Stahlbau 1996, H. 11, s. 407-414.
• [19] Feldmann M., Hegger J., Hechler O., Rauscher S. Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten von Verbundmitteln unter ruhender und nichtruhender Belastung bei Verwendung hochfester Werkstoffe, Abschlussbericht Institutsbericht- Nr. 169/2006 des Lehrstuhls für Stahlbau und Leichtmetallbau und Instituts für Massivbau der RWTH Aachen, Aachen 2007.
• [20] Rykaluk K. Nośność połączeń i węzłów pod obciążeniem zmęczeniowym, referat XXVII Konferencji „Warsztaty pracy projektanta konstrukcji”, Szczyrk 2012, t. 3, s. 129 - 176.
• [21] Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych. Część 1-9: Zmęczenie.
• [22] PN-90/B-03200. Konstrukcje stalowe. Obliczenia statyczne i projektowanie.
• [23] PN-EN 1090-2:2009. Wykonanie konstrukcji stalowych i aluminiowych. Część 2: Wymagania techniczne dotyczące konstrukcji stalowych.
• [24] Rowiński S. Czynniki wpływające na wytrzymałość zmęczeniową konstrukcji stalowych. Builder. 2020; R. 24, nr 4, s. 51-53.
• [25] Fustar B., Lukacević I., Dujmović D. Review of Fatigue Assessment Methods for Welded Steel Structures. Advances in Civil Engineering. Volume 2018, ID 3597356, 16 stron.