[发明专利]钢板疲劳裂纹的修复方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种疲劳裂纹的修复方法，尤其涉及一种钢板疲劳裂纹的修复方法。

背景技术

如果一个钢结构，以钢结构桥梁为例，受到了循环荷载的作用，由于金属疲劳，在它的表面会产生裂纹，如果对之放任不管的话，疲劳裂纹就会进一步发展，使得钢结构桥梁不能满足极限承载能力的要求。因此，在钢结构桥梁的维护和管理中，应对疲劳裂纹的方法，如疲劳裂纹的预防，早期检测，修补加固等措施是非常必要的。

在中国，从20世纪80年代开始，随着经济的高速发展，道路系统发展迅速，在此期间，修建了许多钢结构桥梁。这些桥梁建成使用已经过去了30多年了，各种老化现象十分严重，此外，随着近年来交通负荷的加重以及使用频率的增加，有些钢结构桥梁在焊缝部位已经出现疲劳裂纹。

图3表示的是在外表面角焊缝的一个疲劳裂纹，它显示的是在焊缝区焊趾部位疲劳裂纹的产生状况。在图中，5为角焊缝，图中角撑板6被垂直焊在钢板14上。由于焊接时发热引起的拉伸残余应力的积累以及焊缝2在7处焊趾端的形状突变引起的应力集中，所以疲劳裂纹更容易在图中3部位产生。

图3(a)为疲劳裂纹3未发生时的状况，图3(b)为疲劳裂纹3在形状突变处7的焊趾端开始出现的情况(以下称N_toe)，图3(c)为疲劳裂纹3继续发展，开始从焊缝焊趾区分离(以下称N_b)，图3(d)(以下称N₁₀)为疲劳裂纹3在7处焊趾区继续发展，并从焊缝焊趾区分离，在钢板14上延伸大约10mm的情况。从N₁₀中我们不难发现裂缝3的发展是很迅速的。

当我们能够判断出这样的裂纹在短时间内会继续发展，并根据裂纹的发展状况以及钢结构桥梁的重要程度知道它很危险的话，作为对它的修复加固，我们可以在裂纹发生区域安排一块拼接板，使用高强度螺栓进行连接，这是一个持久的对裂纹进行修复和加固的措施。

当我们判断出疲劳裂纹不会发展到很危险的地步，我们可以在疲劳裂纹发展的端部钻一个小孔，来释放此处的集中应力，这种措施可以暂时阻止疲劳裂纹的发展。

专利文献1(JP，2008-520443，A)中描述的疲劳裂纹预防方法同样适用于焊缝焊趾区疲劳裂纹的预防。如图4(a)所示，我们通过超声冲击装置15对焊缝2的焊趾区进行锤击，使此区域产生塑性变形如图4(b)所示，产生超声波处理表面16。

在焊接过程中，产生的热量会使钢构件中拉伸残余应力积累，随着超声波处理表面16的形成，拉伸残余应力得到释放，并在超声波处理表面16附近产生压缩残余应力，同时，焊趾部位及附近的形状变得圆滑，应力集中的影响被削弱。通过这些处理，疲劳强度加强，疲劳裂纹就不容易产生。

上述提到的进行裂纹修复和加固的常规方法，即，通过安排拼接板，使用高强度螺栓进行连接，一方面要耗费大量的人力物力，花费很大，而且在实工过程中，需要中断交通，不适宜应用在全部的已经产生疲劳裂纹的大桥中。

通过在裂纹端部钻去孔洞的方法，是一个行之有效的阻止小的疲劳裂纹进一步发展的方法。尽管修复效果很好，由于合适的疲劳强度评估方法没有建立，所以在实际情况中，通常作为急救措施被使用。

尽管小孔的孔径取决于钢板的厚度，但是通常情况下，不会小于20mm，所以在一些情况下，如焊缝焊趾区的疲劳裂纹，没有足够的钻孔空间来进行钻孔。因为这个原因，只能等到裂纹发展到脱离焊趾区，在平板部位延伸开来时，再使用此方法。也就是说，这种方法不应用于裂纹发展的初始阶段。

专利文献1中描述的疲劳裂纹预防方法适用于疲劳裂纹没有产生的阶段，即使它被用在裂纹发展的初始阶段，一般来说是没有效果的。

因此，提供一种能够解决上述问题的钢板疲劳裂纹的修复方法成为业内急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种钢板疲劳裂纹的修复方法，本发明在裂纹发展的初始阶段也同样适用，所以能简单廉价的修复疲劳裂纹或阻止疲劳裂纹的发展。本发明提供的疲劳裂纹修复方法能够延缓疲劳裂纹的发展，使得钢板的疲劳寿命得到延长。

钢材表面的疲劳裂纹一般情况下从它产生的部位，沿着横向和深度方向呈半椭圆形发展，而且很快就会到达钢材的底面。上述提到的钻孔方法虽然阻止了裂纹往横向发展，却不能阻止其向深度方向发展。基于这一点，本发明将同时阻止裂纹往横向以及深度方向发展，这样就阻止了撕裂表面的膨胀。