钢材在持续反复荷载作用下，在其应力远低于强度极限，甚至还低于屈服极限的情况下，也会发生破坏，这种“积劳成疾”的现象称为钢材的疲劳。

 

能够导致钢结构疲劳的荷载是动力的或循环性的活荷载，如桥式吊车对吊车梁的作用，车辆对桥梁的作用，海浪对海洋结构的作用，剧烈的地震使结构物反复摇摆等。过去土建钢结构考虑疲劳计算主要是对铁路桥梁，但是，随着焊接结构的发展，疲劳破坏也有增无减，焊接吊车疲劳破坏时有发生，焊接公路钢桥的疲劳破坏也屡见不鲜。

钢材在疲劳破坏之前，并没有明显变形；疲劳破坏是一种突然发生的断裂，断口平直。所以疲劳破坏属于反复荷载作用下的脆性破坏。

 

一般地说，疲劳破坏经历3个阶段，即裂纹的形成，裂纹的缓慢扩展，裂纹的迅速断裂。对于钢结构，实际上只有后两个阶段，因为在钢材生产和结构制造等过程中，不可避免地在结的某些部位存在着局部微小缺陷，如钢材化学成分的偏析、非金属杂质；非焊接构件表面上的刻痕、轧钢皮的凹凸、轧钢缺陷和分层以及制造时的冲孔、剪边、火焰切割带来的毛边和裂纹；焊接构件中有焊渣侵入的焊缝趾部、存在于焊缝内的气孔与欠焊，这些缺陷都是可能产生裂纹的主要部位，它们本身也起着类似于微裂纹的作用，故可称其为“类裂纹”。应力集中可以使个别晶粒很快出现塑性变形及硬化等，从而大大降低了钢材的疲劳强度。由此可见，钢材的疲破坏首先是由于钢材内部结构不均匀（微小缺陷）和应力分布不均所引起的。

 

钢结构构件中存在的几何改变、微观裂纹或类似的缺陷会导致应力集中。在多次反复荷载作用下，微观裂纹不断开展，应力集中现象也会越来越严重。当荷载反复循环达到一定次数（疲劳寿命）n时，裂纹扩展使得净截面承载力不足以承受外力作用时，构件突然断裂，发生疲劳破坏。

 

钢结构中一般的应力集中，在静力荷载作用下，常因钢材的塑性发展其高峰应力相对减小，较低应力部位的应力增大，故使截面的不均匀应力趋于均匀，因而不影响截面的极限承载力，设计时可不考虑其影响。但较严重的应力集中，在高峰应力区域内总是存在着较大的应力场，使钢材的塑性变形困难而出现脆性断裂，特别是在动力荷载作用下，常是结构发生疲劳破坏的重要原因。

 

在钢结构和钢构件中，产生应力集中的原因极为复杂。钢结构和钢构件在截面改变处都会产生应力集中，如构件之间的连接节点、柱脚、构件的变截面处以及截面开孔等削弱处。此外，对于非焊接结构，有钢材表面的凹凸麻点、刻痕，轧钢时的夹渣、分层，切割边的不平整，冷加工产生的微裂纹以及螺栓孔等等；对于焊接结构还有焊缝外形及其缺陷，缺陷包括气孔、咬肉、夹渣、焊根和灭弧处的不平整、焊接裂纹等等。