CN110219254A - 一种用于钢桥面板顶板与u肋焊缝裂纹修复的钻孔方法 - Google Patents

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吉伯海
姚悦
傅中秋
朱琦
袁周致远
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Abstract

本发明公开了一种用于钢桥面板顶板与U肋焊缝裂纹修复的钻孔方法，包括以下步骤：判断裂纹特征，根据裂纹特征选择钻孔方案；当裂纹尖端位于顶板时，不维修保留观察；当裂纹尖端位于焊缝高度的中间位置，并出现向下扩展的趋势时，进行钻孔止裂；当裂纹尖端位于U肋母材，沿斜下方扩展时，采取钻孔止裂；确定钻孔参数并画出预打孔；进行钻孔前处理并钻孔；钻孔后处理。本钻孔方法充分考虑了实桥操作精度与环境限制的影响，根据实桥维修经验，通过对焊缝裂纹进行分阶段钻孔操作，对于阻止或延缓顶板与U肋焊缝进一步扩展、延长结构疲劳寿命效果较优，可促进钢箱梁病害维修的标准化进程。

Description

一种用于钢桥面板顶板与U肋焊缝裂纹修复的钻孔方法
技术领域
本发明涉及桥梁工程领域，尤其是涉及一种用于钢桥面板顶板与U肋焊缝裂纹修复的钻孔方法。
背景技术
钢桥面板疲劳裂纹扩展迅速且危害严重，在实桥日常维护中发现，顶板与U肋焊缝处疲劳开裂情况严重，其最初萌生于顶板与U肋焊缝内侧的焊根处，并向水平向扩展至贯穿整个焊缝截面，由隐蔽裂纹变为表面可见裂纹，裂纹贯穿初期，裂纹尖端紧贴着顶板焊趾部位发展，并逐步向下扩展贯穿整个焊缝高度截面，当达到一定长度后向下扩展，直至撕裂整个U肋。
实桥检测中发现疲劳裂纹之后，技术人员通常对疲劳裂纹采取一些修复措施，其中，钻孔止裂是最常用的临时止裂措施。
通过实桥钻孔止裂前期效果跟踪，原有钻孔技术中存在不足，如钻孔过程中飞屑损坏钢材表面造成二次损伤、原钻孔参数延长疲劳寿命效果较差、钻孔的具体标准操作流程及注意事项较为模糊以及缺少针对不同类型裂纹的相应钻孔方案，导致止裂效果差且易削弱顶板。且由于钻孔机具、工人操作和工作环境中的不利因素，导致钻孔表面不光滑、塑性变形恢复和新鲜表面暴露于空气中易腐蚀等，使钻孔质量欠佳。
发明内容
发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种用于钢桥面板顶板与U肋焊缝裂纹修复孔方法，该方法在裂纹的不同阶段采用不同的修复方式。
技术方案：本发明的用于钢桥面板顶板与U肋焊缝裂纹修复的钻孔方法，包括以下步骤：
(1)判断裂纹特征，根据裂纹特征选择钻孔方案；
裂纹扩展第一阶段，当裂纹尖端位于顶板时，不维修保留观察；
裂纹扩展第二阶段，当裂纹尖端位于焊缝高度的中间位置，并出现向下扩展的趋势时，进行钻孔止裂；
裂纹扩展第三阶段，当裂纹尖端位于U肋母材，沿斜下方扩展时，采取钻孔止裂；
(2)确定钻孔参数并画出预打孔；
(3)进行钻孔前处理并钻孔；
(4)钻孔后处理。
其中，所述步骤(1)中当裂纹尖端位于焊缝高度的中间位置，并出现向下扩展的趋势时，钻孔直径不超过焊缝高度，钻孔方向保证止裂孔轴线平行于顶板，止裂孔边缘与裂纹尖端相交，止裂孔贯穿钢板。
同时，当裂纹尖端位于U肋母材，沿斜下方扩展时，钻孔方向保证止裂孔轴线垂直与U肋木材，止裂孔边缘与裂纹尖端相交，止裂孔贯穿钢板。
进一步的，步骤(2)中钻孔参数包括钻孔孔径、钻孔孔位及钻孔方向。
进一步的，步骤(3)中钻孔前处理为在预打孔上贴橡胶保护层，直径大于10cm，厚度为5-10mm，可防止碎屑破坏钢材，也可起到稳定钻头、避免手电钻打滑的作用，可循环多次使用。
进一步的，步骤(3)进行钻孔时，采用短柄阶梯式麻花钻钻头，前后分为长度为3-4cm的一阶钻头及长度为4-10cm的二阶钻头，两钻头间过渡角为90°，先用一阶钻头在预打孔位置钻出定位孔，固定钻孔位置及方向，再过渡至二阶钻头进行正式钻孔，直至贯穿钢板。
进一步的，步骤(4)钻孔后处理为通过打磨孔壁防止塑性变形恢复；切削锤击止裂孔外边缘表面以引入残余压应力；清除孔内杂质并将钻孔表面打磨光滑以阻断新鲜表面空气腐蚀，以消除钻孔表面不平和腐蚀蚀坑可能引起的应力集中，保证止裂孔无初始缺陷，从而提高钢结构钻孔止裂修复的效果。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：本钻孔方法充分考虑了实桥操作精度与环境限制的影响，根据实桥维修经验，通过对焊缝裂纹进行分阶段钻孔操作，对于阻止或延缓顶板与U肋焊缝进一步扩展、延长结构疲劳寿命效果较优，可促进钢箱梁病害维修的标准化进程。
附图说明
图1是本发明钻孔方法流程图；
图2是本发明裂纹扩展第一阶段示意图；
图3是本发明裂纹扩展第二阶段示意图；
图4是本发明裂纹扩展第三阶段示意图；
图5是本发明钻头截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示的一种用于钢桥面板顶板与U肋焊缝裂纹修复的钻孔方法：
首先遵守以下原则：
①严格要求不削弱顶板；
②尽量选择焊缝位置钻孔，减少母材的削弱；
③钻孔质量达标，避免出现打偏、打错等现象；
④确保止裂孔与止裂尖端能够相交；
⑤钻孔信息记录全面，便于管理。
包括以下步骤：
(1)判断裂纹特征，根据裂纹特征选择钻孔方案；
如图2所示，裂纹扩展第一阶段时即当裂纹尖端位于顶板1时，为了避免钻孔时损伤顶板1且考虑到裂纹处于第一阶段时可能出现扩展停止的情况，在此阶段采取不维修保留观察的方案；
如图3所示，裂纹扩展第二阶段时即当裂纹尖端位于焊缝2高度的中间位置，并出现向下扩展的趋势时，尚未扩展到U肋3，进行钻孔止裂，钻孔直径不超过焊缝高度，钻孔方向保证止裂孔轴线平行于顶板，止裂孔4边缘与裂纹尖端相交，止裂孔4贯穿钢板。
如图4所示，裂纹扩展第三阶段时即当裂纹尖端位于U肋3母材，沿斜下方扩展时，采取钻孔止裂，钻孔方向保证止裂孔轴线垂直与U肋3母材，止裂孔4边缘与裂纹尖端相交，止裂孔4贯穿钢板。
(2)确定钻孔参数并画出预打孔；
钻孔参数包括钻孔孔径、钻孔孔位及钻孔方向，用马克笔标记出裂纹尖端和止裂孔圆心位置，画出预打孔。
(3)进行钻孔前处理并钻孔；
在预打孔上贴橡胶保护层，直径大于10cm，厚度为5-10mm，既可以防止碎屑破坏钢材，又可以起到稳定钻头、避免手电钻打滑的作用，可循环多次使用。
如图5所示，钻孔时，结合实桥操作精度并考虑环境限制的影响，手电钻长度在7-10cm，采用短柄的阶梯式麻花钻钻头，前后分为一阶钻头5和二阶钻头6两部分，一阶钻头长度在3-4cm，二阶钻头长度在4-10cm，两钻头间过渡角7即二阶角度为90°。考虑到仰视进行钻孔操作，为避免钻头偏移确保止裂孔质量，先用一阶钻头在预打孔位置钻出一“定位孔”，固定钻孔位置及方向，然后再过渡至二阶钻头进行正式钻孔，直至贯穿钢板8，钻孔过程中需喷水以防温度过高影响止裂孔质量。
(4)钻孔后处理。
通过打磨孔壁防止塑性变形恢复，切削锤击止裂孔外边缘表面以引入残余压应力，清除孔内杂质并将钻孔表面打磨光滑以阻断新鲜表面空气腐蚀，以消除钻孔表面不平和腐蚀蚀坑可能引起的应力集中，保证止裂孔无初始缺陷，从而提高钢结构钻孔止裂修复的效果。
(5)粘贴信息标签以及维修前拍照记录。

Claims (7)

1.一种用于钢桥面板顶板与U肋焊缝裂纹修复的钻孔方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)判断裂纹特征，根据裂纹特征选择钻孔方案；
当裂纹尖端位于顶板时，不维修保留观察；当裂纹尖端位于焊缝高度的中间位置，并出现向下扩展的趋势时，进行钻孔止裂；当裂纹尖端位于U肋母材，沿斜下方扩展时，采取钻孔止裂；
(2)确定钻孔参数并画出预打孔；
(3)进行钻孔前处理并钻孔；
(4)钻孔后处理。
2.根据权利要求1所述的用于钢桥面板顶板与U肋焊缝裂纹修复的钻孔方法，其特征在于：所述步骤(1)中当裂纹尖端位于焊缝高度的中间位置，并出现向下扩展的趋势时，钻孔直径不超过焊缝高度，钻孔方向保证止裂孔轴线平行于顶板，止裂孔边缘与裂纹尖端相交，止裂孔贯穿钢板。
3.根据权利要求1所述的用于钢桥面板顶板与U肋焊缝裂纹修复的钻孔方法，其特征在于：所述步骤(1)中当裂纹尖端位于U肋母材，沿斜下方扩展时，钻孔方向保证止裂孔轴线垂直与U肋木材，止裂孔边缘与裂纹尖端相交，止裂孔贯穿钢板。
4.根据权利要求1所述的用于钢桥面板顶板与U肋焊缝裂纹修复的钻孔方法，其特征在于：步骤(2)中钻孔参数包括钻孔孔径、钻孔孔位及钻孔方向。
5.根据权利要求1所述的用于钢桥面板顶板与U肋焊缝裂纹修复的钻孔方法，其特征在于：步骤(3)中钻孔前处理为在预打孔上贴橡胶保护层，直径大于10cm，厚度为5-10mm。
6.根据权利要求1所述的用于钢桥面板顶板与U肋焊缝裂纹修复的钻孔方法，其特征在于：步骤(3)进行钻孔时，采用短柄阶梯式麻花钻钻头，前后分为长度为3-4cm的一阶钻头及长度为4-10cm的二阶钻头，两钻头间过渡角为90°，先用一阶钻头在预打孔位置钻出定位孔，固定钻孔位置及方向，再过渡至二阶钻头进行正式钻孔，直至贯穿钢板。
7.根据权利要求1所述的用于钢桥面板顶板与U肋焊缝裂纹修复的钻孔方法，其特征在于：步骤(4)钻孔后处理为通过打磨孔壁防止塑性变形恢复；切削锤击止裂孔外边缘表面以引入残余压应力；清除孔内杂质并将钻孔表面打磨光滑以阻断新鲜表面空气腐蚀，以消除钻孔表面不平和腐蚀蚀坑可能引起的应力集中。
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