鋼橋常見(jiàn)疲勞裂紋及檢測(cè)方法

近年來(lái)，由于交通量和交通荷載的增加，陸續(xù)出現(xiàn)橋梁破壞的報(bào)道。鋼橋在交通荷載和環(huán)境因素的耦合作用下，容易出現(xiàn)疲勞、腐蝕等損傷。部分中老齡鋼橋由于原來(lái)設(shè)計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和荷載等級(jí)較低，在車輛荷載作用下已經(jīng)出現(xiàn)了疲勞裂紋。甚至一些新建的橋梁，由于設(shè)計(jì)與施工的缺陷，在密集的交通荷載作用下，開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后僅僅幾年便出現(xiàn)疲勞裂紋。為確保鋼橋結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)安全，迫切需要對(duì)鋼橋構(gòu)造細(xì)節(jié)進(jìn)行定期檢測(cè)與維護(hù)。因此，對(duì)鋼橋疲勞裂紋進(jìn)行檢測(cè)意義重大。

 

鋼橋常見(jiàn)的疲勞裂紋有哪些？

1、 鋼板梁橋疲勞裂紋

鋼板梁橋主要由鋼板或型鋼通過(guò)焊接、栓接或鉚接而形成的實(shí)腹式鋼梁，是中小跨徑橋梁常用的結(jié)構(gòu)型式。早期鋼板梁橋主要應(yīng)用在鐵路橋梁上，一般采用焊接和鉚接連接，連接構(gòu)造復(fù)雜且連接件較多。在交通荷載作用下，疲勞裂紋容易出現(xiàn)在拼接板或鉚釘孔邊緣。在實(shí)際橋梁中，主梁腹板加勁與翼緣間一般留有一定的間隙，在荷載作用下間隙處容易產(chǎn)生面外變形而出現(xiàn)疲勞裂紋。主梁之間通過(guò)橫梁連接，一些水平節(jié)點(diǎn)板處特容易出現(xiàn)疲勞裂紋。

 

2、 鋼桁梁橋疲勞裂紋

早期修建的鋼桁梁橋，主要采用鉚釘連接，現(xiàn)代鋼桁梁一般采用高強(qiáng)螺栓和焊接連接。與鋼板梁橋類似，鋼桁梁橋疲勞裂紋主要出現(xiàn)在關(guān)鍵桿件的連接斷面，一般出現(xiàn)在鉚釘孔或螺栓孔邊緣。由于開(kāi)孔位置降低了桿件截面的剛度，加上施工誤差的影響，疲勞裂紋出現(xiàn)后一般發(fā)展比較迅速，對(duì)結(jié)構(gòu)安全造成很大影響。

3、 鋼箱梁橋疲勞裂紋

鋼箱梁橋是現(xiàn)代鋼橋的主要結(jié)構(gòu)形式，主要通過(guò)焊接和栓接連接。由于構(gòu)造及受力特點(diǎn)，鋼箱梁疲勞裂紋主要出現(xiàn)在四個(gè)位置：（1）縱肋與頂板連接細(xì)節(jié)；（2）縱肋與橫隔板連接細(xì)節(jié)；（3）橫隔板挖孔細(xì)節(jié)；（4）縱肋拼接細(xì)節(jié)。

 

縱肋與頂板裂解焊縫處的角焊縫的疲勞開(kāi)裂模式主要為疲勞裂紋在焊根處萌生，隨后穿透焊喉縱向開(kāi)展。受橋面鋪裝的影響，該部位的疲勞裂紋不易被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)裂紋沿縱向達(dá)到一定長(zhǎng)度時(shí)才可能被發(fā)現(xiàn)。

 

橫隔板挖孔處的疲勞裂紋主要以垂直于挖孔自由邊緣的形式呈現(xiàn)。

 

縱肋拼接處的疲勞裂紋一般主要出現(xiàn)在縱肋底板處的橫向焊縫處。車輛荷載作用下，縱肋拼接段將會(huì)形成較大的彎矩，并且移動(dòng)車輛的每個(gè)車軸都將會(huì)在該連接細(xì)節(jié)處引起彎曲應(yīng)力。內(nèi)襯板的存在、焊接熔透不足以及對(duì)偏差都將會(huì)引起較大的應(yīng)力集中，疲勞裂紋將會(huì)在這些應(yīng)力集中的部位形成。

 

鋼橋常見(jiàn)疲勞裂紋檢測(cè)方法？

目前鋼橋疲勞裂紋檢測(cè)方法主要有采用目視檢測(cè)和無(wú)損探傷。

 

目視檢測(cè)要求檢測(cè)人員需要具備非常豐富的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，借助直尺、放大鏡對(duì)鋼橋橋面板細(xì)節(jié)進(jìn)行檢測(cè)。目視檢測(cè)方便、速度快捷、檢測(cè)費(fèi)用低，但只能檢測(cè)出達(dá)到一定長(zhǎng)度的表面裂紋，同時(shí)對(duì)裂紋尺寸無(wú)法定量測(cè)量。

 

 

無(wú)損探傷包括磁粉探傷、滲透探傷、超聲波探傷和射線探傷。

 

磁粉探傷利用表面和近表面缺陷磁導(dǎo)率和鋼板磁導(dǎo)率的差異，形成缺陷處的磁粉堆積——磁痕，在適當(dāng)?shù)墓庹諚l件下，顯現(xiàn)出裂紋缺陷位置和形狀。

 

滲透探傷利用毛細(xì)現(xiàn)象檢查材料表面缺陷的一種無(wú)損檢測(cè)方法，只能用來(lái)檢測(cè)鋼橋的表面裂紋。

 

射線探傷需要借助射線發(fā)射儀，對(duì)焊接部位進(jìn)行射線探傷，其檢測(cè)準(zhǔn)確性較高，一般應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)制造時(shí)候的焊縫檢測(cè)，由于鋼橋面板構(gòu)造復(fù)雜，焊縫數(shù)量較多，射線檢測(cè)難以適應(yīng)復(fù)雜構(gòu)造的空間位置，且檢測(cè)成本較高。

 

超聲波探傷利用超聲能透入金屬材料的深處，由一截面進(jìn)入另一截面時(shí)，在界面邊緣發(fā)生反射的特點(diǎn)來(lái)檢查零件的缺陷，當(dāng)超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內(nèi)部，遇到缺陷與零件底面時(shí)就分別發(fā)生反射波來(lái)，在熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波形來(lái)判斷缺陷的位置和大小。超聲波探傷可以檢測(cè)鋼橋的表面裂紋和內(nèi)部裂紋，對(duì)焊縫缺陷非常敏感，且操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)高效，是鋼橋疲勞裂紋檢測(cè)的理想手段。

 

 

結(jié)語(yǔ)

隨著交通量的不斷增加，超載現(xiàn)象難以杜絕，鋼橋結(jié)構(gòu)的疲勞損傷不應(yīng)忽視。為保證鋼橋結(jié)構(gòu)安全運(yùn)營(yíng)，管理部門需要定期對(duì)鋼橋進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，選擇專業(yè)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)和合適的檢測(cè)方法對(duì)鋼橋關(guān)鍵位置及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)并發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋，并采取行之有效的焊接對(duì)策，以進(jìn)一步延長(zhǎng)鋼橋的使用壽命。