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

openaccess, Vol. 633 (5) 2025 / czwartek, 22 maja, 2025

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

(Open Access)

DOI: 10.15199/33.2025.05.06

citation/cytuj: Rowiński S. Fatigue process of steel in building structures – assessment criteria and methods of analysis. Materiały Budowlane. 2025. Volume 633. Issue 05. Pages 40-49. DOI: 10.15199/33.2025.05.06

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 ofWöhler fatigue curves in the assessment of steel fatigue durability is also presented.

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.
material fatigue; stress intensity factor; Paris curve; Wöhle rcurve.

zmęczenie materiału; współczynnik intensywności naprężenia; krzywa Parisa; krzywa Wöhlera.
  1. He L, Tian Y, Akebono H, Sugeta A. Prediction of fatigue crack propagation behavior in elastic plastic region nder 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 LM. 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 inAA2024-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 ductilecast iron under multiaxial and non-proportional loading conditions. International Journal of Fatigue. 2025; 192, 108716: 1 – 14.
  5. Dastgerdi JN, 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 AA. 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 JM, Rolfe ST. Fracture and Fatigue Control in Structures, Prentice- -Hall, Inc. 1987.
  12.  Girienko WS, Diadin WP. 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 forAssessing theAcceptability of Flaws in Fusion WeldedStructures 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 PC, Erdogan FA. 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 zumTrag- - und Verformungsverhalten von Verbundmitteln unter ruhender und nichtruhender Belastung bei Verwendung hochfesterWerkstoffe,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.
dr inż. Sławomir Rowiński, Politechnika Wrocławska, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego
ORCID: 0000-0001-5512-7381

dr inż. Sławomir Rowiński, Politechnika Wrocławska, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego
ORCID: 0000-0001-5512-7381

Correspondence address: slawomir.rowinski@pwr.edu.pl

Full paper:

DOI: 10.15199/33.2025.05.06

Article in PDF file

Received: 16.12.2024 / Artykuł wpłynął do redakcji: 16.12.2024 r.
Revised: 17.02.2025 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 17.02.2025 r.
Publshed: 22.05.2025 / Opublikowano: 22.05.2025 r.