CN114850780A - 一种钢构件疲劳裂纹修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢构件疲劳裂纹修复方法，属于构件加固技术领域。它包括在钢构件裂纹端外顺其可能的扩展方向(0.5～1.0)t处钻孔；打磨清理裂纹两侧10cm范围内钢构件板面污垢、锈蚀；在钢构件板面涂抹碳纤维浸渍胶水，使胶水渗透进裂纹内部；沿第一方向在钢构件裂纹处粘贴碳纤维布；再次在碳纤维布表面滚涂碳纤维浸渍胶水，沿第二方向方向在钢构件裂纹处粘贴碳纤维布。本发明的一种钢构件疲劳裂纹修复方法，通过胶粘接的方式，避免了焊接高温造成的残余应力，且施工便捷，成本较低，可有效修复钢结构疲劳裂缝，延缓疲劳裂缝的继续扩展，恢复构件强度，延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于构件加固技术领域，更具体地说，涉及一种钢构件疲劳裂纹修复方法。
背景技术
钢结构在循环往复荷载作用下，可能会因金属疲劳产生疲劳裂纹。尤其对于钢结构桥梁，长期承受往复变化的交通荷载，疲劳裂纹是钢结构桥梁常见的一种病害，如不及时处理，裂纹持续扩展，会降低构件承载能力，影响结构安全。
现有钢结构裂纹修复方法有对接焊缝修补、嵌板焊接修补及附加盖板修复。现有方法主要是通过焊接方式，将裂纹两侧钢板重新连接起来，达到修复目的。其主要的方法为：(1)清洗裂纹两边80mm以上范围内板面油污至露出洁净的金属面；(2)用碳弧气刨、风铲或砂轮将裂纹边缘加工出坡口，直达纹端的钻孔，坡口的形式应根据板厚和施工条件按现行《气焊、手工电弧焊及气体保护等焊缝坡口的基本型式与尺寸》的要求选用；(3)将裂纹两侧及端部金属预热至100℃～150℃，并在焊接过程中保持此温度；(4)用与钢材相匹配的低氢型焊条或超低氢型焊条施焊；(5)尽可能用小直径焊条以分段分层逆向焊施焊，每一焊道焊完后宜即进行锤击；(6)按设计要求检查焊缝质量；(6)对承受动力荷载的构件，堵焊后其表面应磨光，使之与原构件表面齐平，磨削痕迹线应大体与裂纹切线方向垂直；(7)对重要结构或厚板构件，堵焊后应立即进行退火处理(《钢结构加固技术规范CECS77：96》)。但是，上述通过焊接的方法也存在无法避免的缺陷：焊接过程中产生高温，会在焊接部位造成残余应力，使构件在此部位形成应力集中，影响构件强度。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有技术中存在的通过焊接进行钢结构裂纹修复在焊接部位造成残余应力，使构件在此部位形成应力集中，影响构件强度问题，本发明提供一种钢构件疲劳裂纹修复方法，通过胶粘接的方式，避免了焊接高温造成的残余应力，且施工便捷，成本较低，可有效修复钢结构疲劳裂缝，延缓疲劳裂缝的继续扩展，恢复构件强度，延长使用寿命。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种钢构件疲劳裂纹修复方法，包括以下步骤：
步骤S100、在钢构件裂纹端外顺其可能的扩展方向(0.5～1.0)t处钻孔，孔的直径为1.0t，其中t为钢构件的板厚；
步骤S200、打磨清理裂纹两侧10cm范围内钢构件板面污垢、锈蚀，对钢构件板面表面进行糙化处理，直至表面洁净粗糙；
步骤S300、在钢构件板面涂抹碳纤维浸渍胶水，使胶水渗透进裂纹内部；
步骤S400、沿第一方向在钢构件裂纹处粘贴碳纤维布，使用刮板刮平整，直至无褶皱空鼓；
步骤S500、再次在碳纤维布表面滚涂碳纤维浸渍胶水，沿第二方向方向在钢构件裂纹处粘贴碳纤维布，所述第二方向与所述第一方向垂直；
步骤S600、重复步骤S400和步骤S500，直至碳纤维布层数满足要求；
步骤S700、滚压最上层碳纤维布表面，使碳纤维浸渍胶水充分浸润所有碳纤维布；
步骤S800、静置固化。
优选地，还包括：
步骤S900、待胶水固化后，在修复部位涂抹防火防腐涂料，进行表面防护处理。
优选地，所述第一方向为与裂纹垂直或平行的方向，所述第二方向与所述第一方向垂直。
优选地，所述碳纤维布在在钢构件裂纹处交替层叠。
优选地，所述碳纤维布的层数nf满足以下关系：
nf＝fy*t/(ff*tf)；
其中，fy为钢构件强度，t为钢构件厚度，ff为碳纤维布强度，tf为单层碳纤维布厚度。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明的钢构件疲劳裂纹修复方法，首先在钢构件裂纹端外钻孔，然后在钢构件板面涂抹碳纤维浸渍胶水，使胶水渗透进裂纹内部；接着沿第一方向在钢构件裂纹处粘贴碳纤维布，然后再次在碳纤维布表面滚涂碳纤维浸渍胶水，沿第二方向方向在钢构件裂纹处粘贴碳纤维布，通过胶粘接的方式，避免了焊接高温造成的残余应力，且施工便捷，成本较低，可有效修复钢结构疲劳裂缝，延缓疲劳裂缝的继续扩展，恢复构件强度，延长使用寿命。
附图说明
图1为本申请其中一实施例中的一种钢构件疲劳裂纹修复方法流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
本申请通过对现有的钢结构裂纹修复方法进行分析，为了避免焊接的方法进行钢结构裂纹修复在焊接部位造成残余应力，使构件在此部位形成应力集中，影响构件强度问题，提供一种钢构件疲劳裂纹修复方法，通过胶粘接的方式，避免了焊接高温造成的残余应力，且施工便捷，成本较低，可有效修复钢结构疲劳裂缝，延缓疲劳裂缝的继续扩展，恢复构件强度，延长使用寿命。
在介绍了本发明实施例的技术方案后，下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。
作为本申请的其中一个实施例，如图1所示，提供一种钢构件疲劳裂纹修复方法，其至少可以应用于钢板、钢管、异型钢构件等表面裂纹的修复。包括以下步骤：
步骤S100、在钢构件裂纹端外顺其可能的扩展方向(0.5～1.0)t处钻孔，孔的直径为1.0t，其中t为钢构件的板厚；
步骤S200、打磨清理裂纹两侧10cm范围内钢构件板面污垢、锈蚀，对钢构件板面表面进行糙化处理，直至表面洁净粗糙；
步骤S300、在钢构件板面涂抹碳纤维浸渍胶水，使胶水渗透进裂纹内部；
步骤S400、沿第一方向在钢构件裂纹处粘贴碳纤维布，使用刮板刮平整，直至无褶皱空鼓；
步骤S500、再次在碳纤维布表面滚涂碳纤维浸渍胶水，沿第二方向方向在钢构件裂纹处粘贴碳纤维布，所述第二方向与所述第一方向垂直；
步骤S600、重复步骤S400和步骤S500，直至碳纤维布层数满足要求；
步骤S700、滚压最上层碳纤维布表面，使碳纤维浸渍胶水充分浸润所有碳纤维布；
步骤S800、静置固化；
步骤S900、待胶水固化后，在修复部位涂抹防火防腐涂料，进行表面防护处理。
具体的，在步骤S100中，在钢构件裂纹端外顺其可能的扩展方向(0.5～1.0)t处钻孔，孔的直径为1.0t，其中t为钢构件的板厚。通过在裂纹端部钻孔目的在于释放钢构件内应力，阻止裂纹进一步扩大。
步骤S200中，打磨清理裂纹两侧10cm范围内钢构件板面污垢、锈蚀，对钢构件板面表面进行糙化处理，直至表面洁净粗糙。步骤S200中对裂纹表面进行处理的目的是为了获得良好的表面活性，以增加粘结树脂和构件表面的粘结力。胶接表面粗化要恰当，既要有利于增加实际胶接面积和粘结树脂粘接的有效性，以提高粘附力，又不能过于粗糙，以免在胶层中夹杂微小气孔，影响胶接质量。
步骤S300中，在钢构件板面涂抹碳纤维浸渍胶水，使胶水渗透进裂纹内部；所述的碳纤维浸渍胶水性能需符合《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》(GB50728-2011)表4.4.2-2要求，适用于在钢基材表面粘贴纤维复合材；浸渍胶水需渗透进裂纹内部，其目的在于填充裂纹，利用胶水的粘结作用，部分恢复钢材强度。
进一步的，步骤S400中，沿第一方向在钢构件裂纹处粘贴碳纤维布，使用刮板刮平整，直至无褶皱空鼓；步骤S500中再次在碳纤维布表面滚涂碳纤维浸渍胶水，沿第二方向方向在钢构件裂纹处粘贴碳纤维布，所述第二方向与所述第一方向垂直。本实施例中，所粘贴碳纤维布采用结构加固用成品碳纤维布裁剪而成，可采用高强I级或高强II级碳纤维布，不需特制碳纤维片材。在进行粘接时，由于碳纤维布为单向织物，为补强钢材各向强度，每次粘接时至少要保证能够碳纤维布在裂纹中交叉粘接。在一个优选的实施例中，所述第一方向为与裂纹垂直或平行的方向，所述第二方向与所述第一方向垂直。进而能够尽可能地补强钢材各向强度。
步骤S600中，重复步骤S400和步骤S500，直至碳纤维布层数满足要求；值得说明的是，本实施例中，对于碳纤维布层数，所述碳纤维布的层数nf满足以下关系：
nf＝fy*t/(ff*tf)；
其中，fy为钢构件强度，t为钢构件厚度，ff为碳纤维布强度，tf为单层碳纤维布厚度。
由上述公式可知，碳纤维布粘贴层数由钢构件强度及厚度以等强代换原则计算确定。碳纤维布粘贴层数的增加也决定了碳纤维浸渍胶水的增加，通过对碳纤维布粘贴层数进行限定，进一步提高了裂纹的修复效果。
步骤S700中，滚压最上层碳纤维布表面，使碳纤维浸渍胶水充分浸润所有碳纤维布。本实施例中，碳纤维浸渍胶水一方面使得若干层碳纤维布与钢构件板表面的贴合度更高，另一方面，碳纤维浸渍胶水还能够提高钢构件板表面的表面强度和界面粘接能力，一定程度上也能修复裂纹。以及，由于碳纤维布始终充分浸润在碳纤维浸渍胶水中，特别是始终能够填充于相邻层碳纤维布之间，能够避免相邻碳纤维布之间出现易剥离的现象。
本实施例的钢构件疲劳裂纹修复方法，首先在钢构件裂纹端外钻孔，然后在钢构件板面涂抹碳纤维浸渍胶水，使胶水渗透进裂纹内部；接着沿第一方向在钢构件裂纹处粘贴碳纤维布，然后再次在碳纤维布表面滚涂碳纤维浸渍胶水，沿第二方向方向在钢构件裂纹处粘贴碳纤维布，通过胶粘接的方式，避免了焊接高温造成的残余应力，且施工便捷，成本较低，可有效修复钢结构疲劳裂缝，延缓疲劳裂缝的继续扩展，恢复构件强度，延长使用寿命。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种钢构件疲劳裂纹修复方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S100、在钢构件裂纹端外顺其可能的扩展方向(0.5～1.0)t处钻孔，孔的直径为1.0t，其中t为钢构件的板厚；
步骤S200、打磨清理裂纹两侧10cm范围内钢构件板面污垢、锈蚀，对钢构件板面表面进行糙化处理，直至表面洁净粗糙；
步骤S300、在钢构件板面涂抹碳纤维浸渍胶水，使胶水渗透进裂纹内部；
步骤S400、沿第一方向在钢构件裂纹处粘贴碳纤维布，使用刮板刮平整，直至无褶皱空鼓；
步骤S500、再次在碳纤维布表面滚涂碳纤维浸渍胶水，沿第二方向方向在钢构件裂纹处粘贴碳纤维布，所述第二方向与所述第一方向垂直；
步骤S600、重复步骤S400和步骤S500，直至碳纤维布层数满足要求；
步骤S700、滚压最上层碳纤维布表面，使碳纤维浸渍胶水充分浸润所有碳纤维布；
步骤S800、静置固化。
2.根据权利要求1所述的一种钢构件疲劳裂纹修复方法，其特征在于：还包括：
步骤S900、待胶水固化后，在修复部位涂抹防火防腐涂料，进行表面防护处理。
3.根据权利要求1所述的一种钢构件疲劳裂纹修复方法，其特征在于：所述第一方向为与裂纹垂直或平行的方向，所述第二方向与所述第一方向垂直。
4.根据权利要求1所述的一种钢构件疲劳裂纹修复方法，其特征在于：所述碳纤维布在在钢构件裂纹处交替层叠。
5.根据权利要求1所述的一种钢构件疲劳裂纹修复方法，其特征在于：所述碳纤维布的层数nf满足以下关系：
nf＝fy*t/(ff*tf)；
其中，fy为钢构件强度，t为钢构件厚度，ff为碳纤维布强度，tf为单层碳纤维布厚度。
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