CN103952985B - 一种钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复方法，对钢桥产生疲劳裂纹的部位施加锤击荷载，促使该疲劳裂纹开口闭合，达到疲劳裂纹修复的目的。因此，本发明能够解决现有技术中，钢桥产生疲劳裂纹后，所采用的修复技术所存在的不足；能够有效地改善疲劳裂纹部位受力情况，提高疲劳强度，使钢桥在服役期内疲劳裂纹不再迅速扩展，达到修复效果。

Description

一种钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复方法

技术领域

本发明属于桥梁维护领域，具体涉及钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复技术。

背景技术

随着经济的快速发展，为了适应交通快速增长的需求，我国修建了一批大跨径的桥梁。大跨度桥梁要求更小的结构自重和更高的结构强度，而钢桥具有自重轻、强度高、制作施工便捷等优点，在桥梁建设中得到了广泛地应用。

我国的钢桥总体服役年限不长，但部分桥梁服役也超过十年。由于桥梁设计理论不完善及构造措施的不足，再加上逐年增长的交通，桥梁在车辆荷载反复作用下，在构造、受力复杂部位钢材容易产生疲劳裂纹。一旦产生，对结构的受力有很大的影响，直接威胁结构的安全，严重时可能会导致桥梁倒塌事故。

由于钢桥构造及受力复杂，疲劳裂纹产生的部位及形式也多种多样，针对钢桥疲劳裂纹修复的方法比较局限。常用的方法有止裂孔法、裂纹焊合法、钢板补强法等。

止裂孔法是目前实桥疲劳裂纹临时修复的方法，通过打孔降低疲劳裂纹尖端的应力，延缓裂纹扩展。一段时间后，疲劳裂纹会绕过止裂孔进一步扩展，不能从根本上进行修复。

裂纹焊合法是用碳弧气刨出去疲劳裂纹，再进行焊合。该方法的对焊接质量要求很高，否则会残留焊接缺陷，产生新的疲劳裂纹。

钢板补强法只能够适用于疲劳裂纹产生部位构造简单，方便钢板粘贴。而钢桥疲劳裂纹产生的部位往往是构造复杂的部位，不适合应用在钢桥的疲劳裂纹修复中。

因此，需要一种新型的针对钢桥疲劳裂纹修复技术以解决上述问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复方法，以解决现有技术中，钢桥产生疲劳裂纹后，所采用的修复技术所存在的不足；能够有效地改善疲劳裂纹部位受力情况，提高疲劳强度，使钢桥在服役期内疲劳裂纹不再迅速扩展，达到修复效果。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复方法，对钢桥产生疲劳裂纹的部位施加锤击荷载，促使该疲劳裂纹开口闭合，达到疲劳裂纹修复的目的。

所述的锤击荷载通过安装在气动锤的动力输出端的撞针锤击而施加。

所述气动锤通过空气导管与空气压缩机连接，而撞针的撞针头则呈倒梯形设置。

所述钢桥产生疲劳裂纹的部位，包括钢板部位和焊缝部位。

对于钢板部位所产生的疲劳裂缝，气动锤所施加的锤击荷载的锤击强度大于钢板的屈服强度，而小于钢板的破坏强度。

对于钢板部位所产生的疲劳裂缝，经过三次锤击即可完成该疲劳裂缝的修复；所述的三次锤击中，第一次锤击、第二次锤击分别在所述疲劳裂缝开口的左右两边，沿着所述疲劳裂纹开裂方向进行锤击处理；第三次锤击则在所述疲劳裂纹的开口正上方进行锤击。

对于焊缝部位所产生的疲劳裂缝，经过两次锤击即可完成该疲劳裂缝修复；所述的两次锤击中，第一次锤击在焊缝部位沿着焊缝的纵向进行锤击处理，第二次锤击则紧贴第一次锤击形成的凹槽边缘，沿着焊缝部位的纵向进行锤击处理。

根据以上的技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下的优点：

本发明通过锤击钢板表面的疲劳裂纹附近部位，使疲劳裂纹开口产生闭合，改变疲劳裂纹尖端应力强度因子，降低疲劳裂纹扩展速率；并且能够在锤击部位施加残余压应力，抵抗因弯矩作用下产生的拉应力，使疲劳裂纹部位处于“压压”状态，改善了疲劳裂纹部位受力情况，提高疲劳强度，使钢桥在服役期内疲劳裂纹不再迅速扩展，达到修复效果。

附图说明

图1是本发明的钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复装置的示意图；

图2是本发明的钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复装置中撞针的示意图；

图3a、b、c分别是本发明的钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复装置中撞针头部的三视图，其中，图3a是主视图；图3b是左视图；图3c是俯视图；

图4是本发明的钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复方法的钢材拉伸曲线；

图5是本发明的钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复方法的原理一；

图6是本发明的钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复方法的原理二；

图7a是本发明的钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复方法的第一种实施例；

图7b是本发明的钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复方法的第二种实施例；

图中：1、气动锤 ；12、屈服强度；13a、锤击强度；13b、锤击变形；14、破坏强度；15、塑性变形；2、撞针；2a、撞针头；3、空气压缩机；4、空气导管；5、钢板；6、焊缝；7、疲劳裂纹；7a、初步闭合的疲劳裂纹；7b、闭合的疲劳裂纹；8、锤击形成的凹槽；8a、第一次锤击处理；8b、第二次锤击处理；8c、第三次锤击处理；9a、正弯矩；9b、负弯矩；10、拉应力；11、残余压应力；11a、压应力减小；11b、压应力增大。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例 1

如图1和图2所示，钢桥疲劳裂锤击闭合纹修复技术，其设备主要包括气动锤1、撞针2、空气压缩机3。气动锤1通过空气导管4连接到空气压缩机3上，撞针2插入气动锤1内，与气动锤1形成整体。空气压缩机3采用小型便携式空气压缩机，将压缩后的空气输送到气动锤1内，带动撞针2上下做锤击运动，给带疲劳裂纹7的钢板5表面施加锤击荷载。空气压缩机3及气动锤1的具体工作参数，根据处理钢板5强度的不同而有所变化，必须保证气动锤1的锤击强度13a大于钢板5的屈服强度12。

如图3所示，撞针头2a呈倒梯形，其面积为4mm×5mm，在一定的锤击力下能够提高锤击强度13a，从而超过钢板5的屈服强度12，使钢板5产生塑性变形15。斜面棱角及锤击面四个角采用光滑圆弧过度，使在锤击过程中的钢板5表面不产生尖锐部位，从而降低应力集中，提高修复效果。

如图4、图5和图6所示，钢板5表面产生疲劳裂纹7后，在正弯矩9a作用下疲劳裂纹7开口处会产生拉应力10，在该拉应力10作用下疲劳裂纹7会不断扩展延伸，直到断裂破坏。采用气动锤1在给钢板5施加锤击荷载时，其锤击强度13a的大小必须大于钢板5的屈服强度12，小于钢板5的破坏强度14，从而使钢板5产生塑形变形15，给表面施加残余压应力11，使钢板5表面的疲劳裂纹7开口产生闭合。在正弯矩9a作用下，残余压应力11会被拉应力10抵消一部分，但疲劳裂纹7开口表面仍处于压缩状态，不会再次张开，提高疲劳强度。

表面开口的疲劳裂纹7尖端应力强度因子计算式为：

（1）

表面闭合的疲劳裂纹7尖端应力强度因子计算式为：

（2）

从式（1）和式（2）反映出经过锤击处理后，改变了疲劳裂纹7尖端的应力强度因子的大小，降低了所述疲劳裂纹7扩展速率，提高疲劳裂纹7剩余寿命。

如图7a所示，焊缝6处疲劳裂纹7修复方法需进行二次锤击，第一次8a在焊缝6处沿焊缝6纵向进行锤击处理，形成初步闭合的疲劳裂纹7a；第二次8b紧贴第一次8a锤击形成的凹槽8边缘，沿焊缝6纵向进行锤击处理，形成完全闭合的疲劳裂纹7b。平面钢板5的疲劳裂纹7修复方法需进行三次锤击，如图7b所示，第一次8a和第二次8b分别在疲劳裂纹7开口左右两边，沿疲劳裂纹7开裂方向进行锤击处理，形成初步闭合的疲劳裂纹7a；第三次8c在疲劳裂纹7开口正上方进行锤击，形成完全闭合的疲劳裂纹7b。锤击处理产生的塑性变形15能够有效地施加残余压应力11，提高疲劳强度及剩余寿命，从而保证在钢桥服役期间疲劳裂纹7不再迅速扩展，达到修复目的。

Claims (5)

1.一种钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复方法，其特征在于：对钢桥产生疲劳裂纹的部位施加锤击荷载，促使该疲劳裂纹开口闭合，达到疲劳裂纹修复的目的；所述钢桥产生疲劳裂纹的部位，包括钢板部位和焊缝部位；对于焊缝部位所产生的疲劳裂缝，经过两次锤击即可完成该疲劳裂缝修复；所述的两次锤击中，第一次锤击在焊缝部位沿着焊缝的纵向进行锤击处理，第二次锤击则紧贴第一次锤击形成的凹槽边缘，沿着焊缝部位的纵向进行锤击处理。

2. 根据权利要求1所述钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复方法，其特征在于：所述的锤击荷载通过安装在气动锤的动力输出端的撞针锤击而施加。

3.根据权利要求2所述钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复方法，其特征在于：所述气动锤通过空气导管与空气压缩机连接，而撞针的撞针头则呈倒梯形设置。

4.根据权利要求3所述钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复方法，其特征在于：对于钢板部位所产生的疲劳裂缝，气动锤所施加的锤击荷载的锤击强度大于钢板的屈服强度，而小于钢板的破坏强度。

5.根据权利要求4所述钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复方法，其特征在于：对于钢板部位所产生的疲劳裂缝，经过三次锤击即可完成该疲劳裂缝的修复；所述的三次锤击中，第一次锤击、第二次锤击分别在所述疲劳裂缝开口的左右两边，沿着所述疲劳裂纹开裂方向进行锤击处理；第三次锤击则在所述疲劳裂纹的开口正上方进行锤击。