CN110670725A - 具有抗疲劳强度的钢构件组件及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有抗疲劳特性的钢构件组件及加工方法，其中，该钢构件组件包括钢构件本体和纤维抗疲劳贴，钢构件本体具有承载疲劳载荷的部位；所述纤维抗疲劳贴胶黏设置在所述承载疲劳载荷的部位；采用纤维抗疲劳贴对钢构件本体上承载疲劳载荷的部位进行疲劳加固，在钢构件本体承受应力时，钢构件本体上承载疲劳载荷的部位应力集中，将纤维抗疲劳贴胶黏设置在承载疲劳载荷的部位，减小了承载疲劳载荷的部位的应力集中，可预防或减缓疲劳裂纹的发生，提高了钢构件的疲劳寿命。本发明具有良好的抗疲劳性能，施工简单便捷，工程实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及钢材结构技术领域，尤其是涉及一种具有抗疲劳强度的钢构件组件及加工方法。
背景技术
调查表明：对于钢结构而言，80％到90％的破坏与疲劳断裂有关。“疲劳破坏”最早于19世纪40年代提出，用于描述铁路车辆轮轴在反复荷载作用下发生的破坏行为。后来，随着钢结构的普遍应用，疲劳破坏遍及机械、航空、铁路、土木工程等各个领域，造成了较为严重的后果。历史上，土木工程中由疲劳破坏造成巨大损失的案例屡见不鲜。正是由此，钢结构的疲劳问题受到学者们越来越多的重视。
对于在役的钢结构而言，已经发生裂纹扩展的构件难以更换或者重建，在这种情况下则需要进行疲劳加固。传统的加固方法包括焊接钢板加固、螺栓连接加固等，这些方法存在以下问题：增加结构尺寸和重量；改变刚度从而引起应力重分布；施工难度大且具有一定的危险性；焊接造成应力集中；螺栓造成初始缺陷等。而使用碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料疲劳加固能避免这些问题。其疲劳加固钢结构具有较大优势。
目前，使用纤维复合材料加固的有效性和实用性也在实际工程中得到了证实。中冶建筑研究总院有限公司对上海宝钢冶炼车间中24根重级吊车梁使用碳纤复材进行了疲劳加固，2小时内完成固化，最终使得其疲劳寿命提升了20％-50％。但是，将纤维复合材料作为抗疲劳贴使用与新建钢结构中，还尚未有较为成熟的研究。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有抗疲劳强度的钢构件组件，具有良好的抗疲劳性能，施工简单便捷，工程实用性强。
根据本发明第一方面实施例的具有抗疲劳特性的钢构件组件，包括：
钢构件本体，所述钢构件本体具有承载疲劳载荷的部位；
纤维抗疲劳贴，所述纤维抗疲劳贴胶黏设置在所述承载疲劳载荷的部位。
根据本发明第一方面实施例的具有抗疲劳特性的钢构件组件，利用纤维抗疲劳贴对钢构件本体上承载疲劳载荷的部位进行疲劳加固，减小了承载疲劳载荷的部位的应力集中，可预防或减缓疲劳裂纹的发生，提高钢构件组件的疲劳寿命。综上，根据本发明第一方面实施例的具有抗疲劳特性的钢构件组件具有良好的抗疲劳性能，施工简单便捷，工程实用性强。
根据本发明第一方面的一个实施例，所述承载疲劳载荷的部位无裂纹或有裂纹。
根据本发明第一方面进一步的实施例，所述纤维抗疲劳贴为碳纤维抗疲劳贴或玻璃纤维抗疲劳贴。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述纤维抗疲劳贴为纤维抗疲劳布。
根据本发明第一方面进一步的实施例，所述纤维抗疲劳布有多个，多个所述纤维抗疲劳布呈层叠设置且两两相邻的所述纤维抗疲劳布之间通过胶黏剂粘贴固定。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述纤维抗疲劳贴为纤维抗疲劳板。
本发明第二方面还提出了如上述任意一个第一方面实施例的所述具有抗疲劳特性的钢构件组件的加工方法。
根据本发明第二方面实施例的所述具有抗疲劳特性的钢构件组件的加工方法，包括如下步骤：
S1：使用喷砂方法对所述钢构件本体的所述承载疲劳载荷的部位处进行表面处理；
S2：将所述纤维抗疲劳贴使用胶黏剂粘贴在已进行表面处理的所述承载疲劳载荷的部位处。
根据本发明第二方面的一个实施例，在所述步骤S2中具体为：
若所述纤维抗疲劳贴为所述纤维抗疲劳布时，先用刷子在已进行表面处理的所述承载疲劳载荷的部位处涂刷上一层胶黏剂，指触干燥时，再涂刷一层胶黏剂；然后，贴上第一层所述纤维抗疲劳布；接着在第一层所述纤维抗疲劳布的表面上涂刷一层胶黏剂后，将第二层所述纤维抗疲劳布贴在第一层所述纤维抗疲劳布的表面上，依次类推；
若所述纤维抗疲劳贴为所述纤维抗疲劳板时，先用刷子在已进行表面处理的所述承载疲劳载荷的部位处涂刷上一层胶黏剂，指触干燥时，再涂刷一层胶黏剂；然后，贴上所述纤维抗疲劳板。
根据本发明第二方面的一些实施例，在所述步骤S2之后，还包括如下步骤：
S3：挤出所述钢构件本体与所述纤维抗疲劳布间及所述纤维抗疲劳布层间、或所述钢构件本体与所述纤维抗疲劳板间的多余的胶黏剂并排除胶黏剂中的气泡，使得胶黏剂分布均匀；
S4：待胶黏剂固化后，去掉脱膜布或真空袋。
根据本发明第二方面再进一步的实施例，所述步骤S3具体为：将所述脱膜布或所述真空袋覆盖于最后一层所述纤维抗疲劳布上或所述纤维抗疲劳板上，然后用滚轮在所述脱膜布或所述真空袋上滚压，以挤出所述钢构件本体与所述纤维抗疲劳布间及所述纤维抗疲劳布层间、或所述钢构件本体与所述纤维抗疲劳板间的多余的胶黏剂并排除胶黏剂中的气泡，使得胶黏剂分布均匀。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明一个实施例中的无裂纹钢构件表面粘贴纤维抗疲劳贴前应力分布示意图。
图2为本发明一个实施例中的无裂纹钢构件表面粘贴纤维抗疲劳贴后应力分布示意图。
图3为本发明另一个实施例中的有裂纹钢构件表面粘贴纤维抗疲劳贴前应力分布示意图。
图4为本发明另一个实施例中的有裂纹钢构件表面粘贴纤维抗疲劳贴后应力分布示意图。
图5为本发明又一个实施例中的钢构件本体为钢桁架桥的钢构件组件的示意图。
图6为图5中A处受拉桁架杆的截面示意图。
图7为本发明又一个实施例中的钢构件本体为钢梁的钢构件组件的示意图。
图8为本发明又一个实施例中的钢构件本体为正交异性桥面板的钢构件组件的示意图。
附图标记：
钢构件组件1000
钢构件本体1 承载疲劳载荷的部位11
纤维抗疲劳贴2 桁架梁3 吊车梁4 正交异性钢面板5
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合图1至图8来描述根据本发明第一方面实施例的具有抗疲劳特性的钢构件组件1000。
如图5至图8所示，根据本发明第一方面实施例的具有抗疲劳特性的钢构件组件1000，包括钢构件本体1和纤维抗疲劳贴2，钢构件本体1具有承载疲劳载荷的部位11；纤维抗疲劳贴2胶黏设置在承载疲劳载荷的部位11。
具体而言，钢构件本体1具有承载疲劳载荷的部位11，也就是说，钢构件本体1上具有应力集中易于发生疲劳裂纹的部位。例如在图5至图8中，钢构件本体1为桁架梁3、吊车梁4和正交异性钢面板5，承载疲劳载荷的部位11为桁架梁3的下翼缘、吊车梁4的下翼缘及焊缝处和正交异性钢面板5的纵肋及顶板焊缝处，这些部位为应力集中易于发生疲劳裂纹的部位。
纤维抗疲劳贴2胶黏设置在承载疲劳载荷的部位11，利用纤维抗疲劳贴2对钢构件本体1上承载疲劳载荷的部位11进行疲劳加固，减小了承载疲劳载荷的部位11的应力集中，可预防或减缓疲劳裂纹的发生，提高钢构件组件的疲劳寿命。例如在图5至图8中，钢构件本体1为桁架梁3、吊车梁4和正交异性钢面板5，将纤维抗疲劳贴2胶黏设置在承载疲劳载荷的部位11，如桁架梁3的下翼缘、吊车梁4的下翼缘及焊缝处和正交异性钢面板5的纵肋及顶板焊缝处，减小了承载疲劳载荷的部位11的应力集中，可预防或减缓疲劳裂纹的发生，提高钢构件组件的疲劳寿命。
根据本发明第一方面实施例的具有抗疲劳特性的钢构件组件1000，利用纤维抗疲劳贴2对钢构件本体1上承载疲劳载荷的部位11进行疲劳加固，减小了承载疲劳载荷的部位11的应力集中，可预防或减缓疲劳裂纹的发生，提高钢构件组件的疲劳寿命。综上，根据本发明第一方面实施例的具有抗疲劳特性的钢构件组件1000具有良好的抗疲劳性能，施工简单便捷，工程实用性强。
根据本发明第一方面的一个实施例，承载疲劳载荷的部位11无裂纹或有裂纹。可以理解的是，如图1至图2所示，将纤维抗疲劳贴2胶黏设置于无裂纹的承载疲劳载荷的部位11进行抗疲劳增强，在受应力过程中，纤维抗疲劳贴2通过胶黏剂与承载疲劳载荷的部位11共同变形，分担承载疲劳载荷的部位11截面上的拉应力，从而减小了钢构件本体1的承载疲劳载荷的部位11的应力。如图3至图4所示，将纤维抗疲劳贴2胶黏设置于有裂纹的承载疲劳载荷的部位11进行疲劳增强，在受应力过程中，纤维抗疲劳贴2降低了承载疲劳载荷的部位11裂纹尖端的应力强度因子，纤维抗疲劳贴2通过胶黏剂与承载疲劳载荷的部位11共同变形，分担承载疲劳载荷的部位11截面，特别是裂纹尖端附近的拉应力，从而减小裂纹处的应力强度因子，延缓裂纹的发展。
根据本发明第一方面进一步的实施例，纤维抗疲劳贴2为碳纤维抗疲劳贴2或玻璃纤维抗疲劳贴2。可以理解的是，碳纤维抗疲劳贴2或玻璃纤维抗疲劳贴2相对密度低，所以材料自重低，不会增加钢构件本体1的重量；碳纤维抗疲劳贴2或玻璃纤维抗疲劳贴2直接胶黏设置于承载疲劳载荷的部位11，施工便捷，不对钢构件本体1造成损伤，也不受焊接影响；碳纤维抗疲劳贴2或玻璃纤维抗疲劳贴2强度大，模量高，在自身在高强度范围内保持弹性，在钢结构应力幅度内无疲劳问题，疲劳性能好且可适用于曲面加固等柔性加固；碳纤维抗疲劳贴2或玻璃纤维抗疲劳贴2抗腐蚀性能好，能够在酸性、碱性等环境中长期使用。
根据本发明第一方面的一些实施例，纤维抗疲劳贴2为纤维抗疲劳布。可以理解的是，在纤维抗疲劳布对钢构件本体1的承载疲劳载荷的部位11进行疲劳加固时，纤维抗疲劳布能够提高钢构件本体1上承载疲劳载荷的部分11的抗疲劳性能且施工方便快捷。
根据本发明第一方面进一步的实施例，纤维抗疲劳布有多个，多个纤维抗疲劳布呈层叠设置且两两相邻的纤维抗疲劳布之间通过胶黏剂粘贴固定。由此，多个纤维抗疲劳布层叠粘贴设置在钢构件本体1的承载疲劳载荷的部位11，可以更好地增强钢构件本体1上承载疲劳载荷的部位11的抗疲劳性能。
根据本发明第一方面的一些实施例，纤维抗疲劳贴2为纤维抗疲劳板。可以理解的是，在纤维抗疲劳板对钢构件本体1的承载疲劳载荷的部位11进行疲劳加固时，纤维抗疲劳板能够提高钢构件本体1上承载疲劳载荷的部分11的抗疲劳性能且施工方便快捷。
本发明第二方面还提出了如上述任意一个第一方面实施例的具有抗疲劳特性的钢构件组件1000的加工方法。
根据本发明第二方面的实施例的具有抗疲劳特性的钢构件组件1000的加工方法，包括如下步骤：
S1：使用喷砂方法对钢构件本体1的承载疲劳载荷的部位11处进行表面处理；由此，提高了承载疲劳载荷的部位11的表面清洁度、粗糙度和抗疲劳性能，增加了承载疲劳载荷的部位11的表面与胶黏剂之间的附着力。
S2：将纤维抗疲劳贴2使用胶黏剂粘贴在已进行表面处理的承载疲劳载荷的部位11处，能够提高钢构件本体1上承载疲劳载荷的部位11的抗疲劳性能且施工方便快捷。
根据本发明第二方面的加工方法，利用纤维抗疲劳贴2对钢构件本体1上承载疲劳载荷的部位11进行疲劳加固，减小了承载疲劳载荷的部位11的应力集中，可预防或减缓疲劳裂纹的发生，提高了钢构件的疲劳寿命。综上，根据本发明第二方面实施例的加工方法，钢构件组件1000具有良好的抗疲劳性能，施工简单便捷，工程实用性强。
根据本发明第二方面的一个实施例，在步骤S2中具体为：
若纤维抗疲劳贴2为纤维抗疲劳布时，先用刷子在已进行表面处理的承载疲劳载荷的部位11处涂刷上一层胶黏剂，指触干燥时，再涂刷一层胶黏剂；然后，贴上第一层纤维抗疲劳布；接着在第一层纤维抗疲劳布的表面上涂刷一层胶黏剂后，将第二层纤维抗疲劳布贴在第一层纤维抗疲劳布的表面上，依次类推。可以理解的是，在已进行表面处理的承载疲劳载荷的部位11处涂刷上一层胶黏剂，使得承载疲劳载荷的部位11的表面平整，纤维抗疲劳布不与承载疲劳载荷的部分11的粗糙表面直接接触，避免了纤维抗疲劳布出现电化学腐蚀等情况；指触干燥时再刷一层胶黏剂，使得承载疲劳载荷的部位11与纤维抗疲劳布粘贴牢固。
若纤维抗疲劳贴2为纤维抗疲劳板时，先用刷子在已进行表面处理的承载疲劳载荷的部位11处涂刷上一层胶黏剂，指触干燥时，再涂刷一层胶黏剂；然后，贴上纤维抗疲劳板。可以理解的是，在已进行表面处理的承载疲劳载荷的部位11处涂刷上一层胶黏剂，使得承载疲劳载荷的部位11的表面平整，纤维抗疲劳板不与承载疲劳载荷的部分的粗糙表面直接接触，避免了纤维抗疲劳板出现电化学腐蚀等情况；指触干燥时再刷一层胶黏剂，使得承载疲劳载荷的部位11与纤维抗疲劳板粘贴牢固。
根据本发明第二方面的一些实施例，在步骤S2之后，还包括如下步骤：
S3：挤出钢构件本体1与纤维抗疲劳布间及纤维抗疲劳布层间、或钢构件本体1与纤维抗疲劳板间的多余的胶黏剂并排除胶黏剂中的气泡，使得胶黏剂分布均匀；
S4：待胶黏剂固化后，去掉脱膜布或真空袋。
具体而言，在钢构件本体1与纤维抗疲劳贴2粘贴完成后，挤出钢构件本体1与纤维抗疲劳布间及纤维抗疲劳布层间、或钢构件本体1与纤维抗疲劳板间的多余的胶黏剂并排除胶黏剂中的气泡，使得胶黏剂分布均匀，增强钢构件本体1与纤维抗疲劳布间及纤维抗疲劳布层间、或钢构件本体1与纤维抗疲劳板间的粘性。
待胶黏剂固化后，去掉脱膜布或真空袋，可以理解的是，脱模布或真空袋具有防粘防脱模的作用，胶黏剂在空气中充分固化后，纤维抗疲劳贴2完成对钢构件本体1上承载疲劳载荷的部位11的疲劳加固。
根据本发明第二方面再进一步的实施例，步骤S3具体为：将脱膜布或真空袋覆盖于最后一层纤维抗疲劳布上或纤维抗疲劳板上，然后用滚轮在脱膜布或真空袋上滚压，脱模布或真空袋具有防粘防脱模的作用，以挤出钢构件本体1与纤维抗疲劳布间及纤维抗疲劳布层间、或钢构件本体1与纤维抗疲劳板间的多余的胶黏剂并排除胶黏剂中的气泡，使得胶黏剂分布均匀，增强钢构件本体1与纤维抗疲劳布间及纤维抗疲劳布层间、或钢构件本体1与纤维抗疲劳板间的粘性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种具有抗疲劳特性的钢构件组件，其特征在于，包括：
钢构件本体，所述钢构件本体具有承载疲劳载荷的部位；
纤维抗疲劳贴，所述纤维抗疲劳贴胶黏设置在所述承载疲劳载荷的部位。
2.根据权利要求1所述的具有抗疲劳特性的钢构组件，其特征在于，所述承载疲劳载荷的部位无裂纹或有裂纹。
3.根据权利要求2所述的具有抗疲劳特性的钢构件组件，其特征在于，所述纤维抗疲劳贴为碳纤维抗疲劳贴或玻璃纤维抗疲劳贴。
4.根据权利要求1至3中任意一种所述的具有抗疲劳特性的钢构件组件，其特征在于，所述纤维抗疲劳贴为纤维抗疲劳布。
5.根据权利要求4所述的具有抗疲劳特性的钢构件组件，其特征在于，所述纤维抗疲劳布有多个，多个所述纤维抗疲劳布呈层叠设置且两两相邻的所述纤维抗疲劳布之间通过胶黏剂粘贴固定。
6.根据权利要求1至3中任意一种所述的具有抗疲劳特性的钢构件组件，其特征在于，所述纤维抗疲劳贴为纤维抗疲劳板。
7.一种如权利要求1-6中任意一项所述的具有抗疲劳特性的钢构件组件的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：使用喷砂方法对所述钢构件本体的所述承载疲劳载荷的部位处进行表面处理；
S2：将所述纤维抗疲劳贴使用胶黏剂粘贴在已进行表面处理的所述承载疲劳载荷的部位处。
8.根据权利要求7所述的加工方法，其特征在于，在所述步骤S2中具体为：
若所述纤维抗疲劳贴为所述纤维抗疲劳布时，先用刷子在已进行表面处理的所述承载疲劳载荷的部位处涂刷上一层胶黏剂，指触干燥时，再涂刷一层胶黏剂；然后，贴上第一层所述纤维抗疲劳布；接着在第一层所述纤维抗疲劳布的表面上涂刷一层胶黏剂后，将第二层所述纤维抗疲劳布贴在第一层所述纤维抗疲劳布的表面上，依次类推；
若所述纤维抗疲劳贴为所述纤维抗疲劳板时，先用刷子在已进行表面处理的所述承载疲劳载荷的部位处涂刷上一层胶黏剂，指触干燥时，再涂刷一层胶黏剂；然后，贴上所述纤维抗疲劳板。
9.根据权利要求7或8所述的加工方法，其特征在于，在所述步骤S2之后，还包括如下步骤：
S3：挤出所述钢构件本体与所述纤维抗疲劳布间及所述纤维抗疲劳布层间、或所述钢构件本体与所述纤维抗疲劳板间的多余的胶黏剂并排除胶黏剂中的气泡，使得胶黏剂分布均匀；
S4：待胶黏剂固化后，去掉脱膜布或真空袋。
10.根据权利要求9所述的加工方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：将所述脱膜布或所述真空袋覆盖于最后一层所述纤维抗疲劳布上或所述纤维抗疲劳板上，然后用滚轮在所述脱膜布或所述真空袋上滚压，以挤出所述钢构件本体与所述纤维抗疲劳布间及所述纤维抗疲劳布层间、或所述钢构件本体与所述纤维抗疲劳板间的多余的胶黏剂并排除胶黏剂中的气泡，使得胶黏剂分布均匀。
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| CN (1) | CN110670725A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112251596A (zh) * | 2020-09-09 | 2021-01-22 | 中冶建筑研究总院有限公司 | 一种提高钢板及对接焊接接头疲劳性能的方法 |
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2019
- 2019-09-09 CN CN201910849011.XA patent/CN110670725A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112251596A (zh) * | 2020-09-09 | 2021-01-22 | 中冶建筑研究总院有限公司 | 一种提高钢板及对接焊接接头疲劳性能的方法 |
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