钢构件及其连接总是存在着微观裂纹。在循环荷载作用下，构件及连接的微观裂纹不断扩展、有效截面不断被削弱，直至其承载能力不足而导致断裂破坏。这种破坏即为疲劳破坏。疲劳破坏属脆性破坏，破坏非常突然，几乎以2000m/s的速度断裂，比塑性破坏产生的危害更为严重和危险。
1.疲劳破坏的因素
钢材的疲劳强度取决于应力集中（或缺口效应）程度和应力循环次数。构件截面形状突变所产生的应力集中及钢材中的残余应力，将会显著降低材料的疲劳强度。实际上，应力集中或残余应力的峰值应力处为双向或三向拉应力场，在循环应力作用下首先出现微观裂纹，而后裂纹逐渐开展形成宏观裂缝，使构件或连接的有效截面面积不断减小。当循环荷载达到一定循环次数时，由于截面削弱过多不能经受过高应力的作用，构件或连接发生突然断裂，即为疲劳破坏。简而言之，构件或连接之所以发生突然破坏（脆性破坏），原因在于峰值应力处为双向或三向拉应力场，使材料的塑性变形受到限制，或由于峰值应力的作用使材料的塑性变形能力耗尽。
试验观察发现，钢材疲劳破坏后的断口截面一般具有两个区域：光滑的和粗糙的。光滑部分表现出裂缝的张开与闭合及逐渐开展的过程，说明达到疲劳破坏需要经历一定的应力循环次数。粗糙部分与拉伸试验的断口性质颇为相似，说明其形成是在钢材最终断裂的一瞬间。
2.疲劳计算
（1）疲劳断裂 疲劳断裂是指构件或结构在循环荷载作用下其内部的微观裂纹不断发展，使受力截面越来越小，当截面残留部分不足以抵抗外力时，构件突然断裂。疲劳断裂是一种没有明显变形的突然破坏，危险性极大。
疲劳断裂的过程可分为三个阶段：微观裂纹形成，在循环应力作用下裂纹缓慢扩展，最后突然断裂。
建筑结构中微观裂纹总是存在的，例如，焊接结构的焊缝中常有微观裂纹、孔洞、夹渣等缺陷；非焊接结构中的冲孔、剪边、气割等处也存在微观裂纹。
（2）循环应力（图1-17） 表征循环应力的特性有：应力比ρ=σmin/σmax，拉应力为正值；应力幅Δσ=σmax-σmin，总是正值；平均应力σm=（σmax+σmin）/2，其值可正、可负、可为零，表示某种循环下平均受力的大小。常幅应力循环是指一次应力循环中应力幅为常数。
图1-17 循环应力谱
（3）Δσ-n曲线 构件的疲劳破坏和应力幅Δσ及应力循环次数n有关。
根据试验数据画出构件的应力幅Δσ与相应的致损坏循环次数n的关系曲线，如图1-18a所示。这种曲线是疲劳验算的基础，因为它反映了应力幅Δσ和致损坏循环次数，也称为疲劳寿命n的对应关系。
用双对数坐标轴，使曲线改为直线，如图1-18b所示。疲劳方程的表达式（图中实直线）为
lgn=b-mlgΔσ （1-21）
式中 b——n轴上的截距；
m——直线的斜率。
任一n值下有50%的试验点处于实线下方，即在荷载确知的条件下构件不破坏的保证率有50%，采用下方的平行虚线，方程为
lgn=b-mlgΔσ-2σn （1-22）
式中 σn——试验得出的lgn的标准差。
由式（1-22）得出，常幅疲劳的容许应力幅为
图1-18 Δσ-n曲线(www.zuozong.com)
a）算术坐标的Δσ-n曲线 b）双对数坐标的Δσ-n曲线
（4）疲劳验算及容许应力幅[Δσ] 直接承受重复荷载作用的构件，如吊车梁、工作平台梁等及它们的连接，当应力循环次数n＞105时应进行疲劳验算。
疲劳验算按容许应力法计算，这是因为有关的一些研究还不足。
疲劳验算按可变荷载标准值进行，因为恒荷载产生的应力为不变值，没有应力幅。荷载计算中不乘以吊车梁的动力系数。
常幅疲劳验算公式为
Δσ≤[Δσ] （1-24）
式中 Δσ——应力幅，对焊接构件的应力幅Δσ=σmax-σmin，对非焊接部位应力幅Δσ=σmax-0.7σmin，应力以拉为正；
[Δσ]——常幅疲劳的容许应力幅，规范规定其计算式为
即将式（1-23）中的
改为C，m改为β。
《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）依据疲劳性能由高到低排列，把常见的钢结构构件和连接分为8个类别（见表1-4），也即得出了8条如图1-18b所示的下限直线。表1-5给出了各类别用于计算容许应力幅[Δσ]的β和C值。
表1-4 疲劳计算的构件和连接分类
（续）
（续）
注：1.所有对接焊缝及T形对接和角接组合焊缝均需焊透。所有焊缝的外形尺寸均应符合现行国家相关标准的规定。
2.角焊缝应符合《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）第8.2.7条和8.2.8条的要求。
3.项次16中的剪应力幅Δτ=τmax-τmin，其中τmin与τmax同方向时，取正值，与τmax反方向时，取负值。
4.第17、18项中的应力应以净截面面积计算，第19项应以毛截面面积计算。
表1-5 参数C，β
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