鋼材在持續反復荷載作用下，在其應力遠低于強度極限，甚至還低于屈服極限的情況下，也會發生破壞，這種“積勞成疾”的現象稱為鋼材的疲勞。

 

能夠導致鋼結構疲勞的荷載是動力的或循環性的活荷載，如橋式吊車對吊車梁的作用，車輛對橋梁的作用，海浪對海洋結構的作用，劇烈的地震使結構物反復搖擺等。過去土建鋼結構考慮疲勞計算主要是對鐵路橋梁，但是，隨著焊接結構的發展，疲勞破壞也有增無減，焊接吊車疲勞破壞時有發生，焊接公路鋼橋的疲勞破壞也屢見不鮮。

鋼材在疲勞破壞之前，并沒有明顯變形；疲勞破壞是一種突然發生的斷裂，斷口平直。所以疲勞破壞屬于反復荷載作用下的脆性破壞。

 

一般地說，疲勞破壞經歷3個階段，即裂紋的形成，裂紋的緩慢擴展，裂紋的迅速斷裂。對于鋼結構，實際上只有后兩個階段，因為在鋼材生產和結構制造等過程中，不可避免地在結的某些部位存在著局部微小缺陷，如鋼材化學成分的偏析、非金屬雜質；非焊接構件表面上的刻痕、軋鋼皮的凹凸、軋鋼缺陷和分層以及制造時的沖孔、剪邊、火焰切割帶來的毛邊和裂紋；焊接構件中有焊渣侵入的焊縫趾部、存在于焊縫內的氣孔與欠焊，這些缺陷都是可能產生裂紋的主要部位，它們本身也起著類似于微裂紋的作用，故可稱其為“類裂紋”。應力集中可以使個別晶粒很快出現塑性變形及硬化等，從而大大降低了鋼材的疲勞強度。由此可見，鋼材的疲破壞首先是由于鋼材內部結構不均勻（微小缺陷）和應力分布不均所引起的。

 

鋼結構構件中存在的幾何改變、微觀裂紋或類似的缺陷會導致應力集中。在多次反復荷載作用下，微觀裂紋不斷開展，應力集中現象也會越來越嚴重。當荷載反復循環達到一定次數（疲勞壽命）n時，裂紋擴展使得凈截面承載力不足以承受外力作用時，構件突然斷裂，發生疲勞破壞。

 

鋼結構中一般的應力集中，在靜力荷載作用下，常因鋼材的塑性發展其高峰應力相對減小，較低應力部位的應力增大，故使截面的不均勻應力趨于均勻，因而不影響截面的極限承載力，設計時可不考慮其影響。但較嚴重的應力集中，在高峰應力區域內總是存在著較大的應力場，使鋼材的塑性變形困難而出現脆性斷裂，特別是在動力荷載作用下，常是結構發生疲勞破壞的重要原因。

 

在鋼結構和鋼構件中，產生應力集中的原因極為復雜。鋼結構和鋼構件在截面改變處都會產生應力集中，如構件之間的連接節點、柱腳、構件的變截面處以及截面開孔等削弱處。此外，對于非焊接結構，有鋼材表面的凹凸麻點、刻痕，軋鋼時的夾渣、分層，切割邊的不平整，冷加工產生的微裂紋以及螺栓孔等等；對于焊接結構還有焊縫外形及其缺陷，缺陷包括氣孔、咬肉、夾渣、焊根和滅弧處的不平整、焊接裂紋等等。