[发明专利]一种钢结构疲劳裂纹加固结构及其加固方法

说明书

本发明公开了一种钢结构疲劳裂纹加固结构，包括钻设于被加固钢结构裂纹前端的冷扩止裂孔以及固定于被加固钢结构两侧的两个形状记忆合金补强板。本发明还提供了一种钢结构疲劳裂纹加固方法，具体按照以下步骤实施：在被加固钢结构上的裂纹延伸处开设止裂孔；于室温下采用冷扩专用设备对止裂孔进行扩充，得到冷扩止裂孔；于室温下对两个形状记忆合金补强板分别进行预拉使之产生塑性变形；采用螺栓将预拉后的形状记忆合金补强板分别固定于被加固钢结构板件两侧，确保覆盖冷扩止裂孔和裂纹；对已固定的形状记忆合金补强板进行加热，使其产生塑性收缩变形；让加固后的结构于室温下自然冷却，清理表面，之后进行表面涂装。

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种钢结构疲劳裂纹加固结构，还涉及一种钢结构疲劳裂纹加固方法。

背景技术

钢结构具有自重小、可装配化快速施工、安全储备大等优点，因此广泛应用于基础设施。疲劳与断裂被认为是钢结构发生破坏的最重要原因之一。据不完全统计，80％～90％的钢结构破坏与疲劳断裂有关；例如英国Severn桥通车五年后出现大量疲劳裂纹，虎门大桥通车两年就发现大量疲劳裂纹。同样，江阴大桥和塘沽海河大桥通车六年陆续发现大量疲劳裂纹。钢结构裂纹检测困难，发现时通常裂纹已处于中高速扩展阶段，容易引起结构使用性能快速降低甚至导致结构坍塌。可以看出，桥梁钢结构疲劳开裂现象普遍且危害较大。

常用的钢结构止裂修复方法包括止裂孔法、裂纹填充法、优化构造设计法、栓接/焊接钢板补强法、粘钢补强法、以及粘贴CFRP补强法等。其中，止裂孔法施工简单，但在某些情况(如扭转引起的疲劳裂纹)下并不有效，裂纹可能穿过止裂孔继续发展。裂纹填充法对填充材料的性能及施工工艺要求很高，填充物的填充深度对裂纹控制效果的影响较大。优化构造设计法有助于降低几何间断性，减缓应力集中，但可能降低结构的刚度和极限承载能力；若采用热切割来优化构造还可能引入不利残余应力，并且高温会导致材料硬化，韧性降低，一旦设计不当甚至可能造成疲劳抗力降低。钢板补强法可以极大地提高构造局部刚度，但施工相对复杂，自重增加较大，若采用栓接或者铆接，钻孔会对结构造成新的损伤，若采用焊接则可能引入不利残余应力和引起材料硬化，这些连接方法都会引入新的潜在疲劳易损点。粘钢补强法避免了上述栓接和焊接的不利影响，但是钢板刚度过大，端部极容易剥离，也不适用于复杂构型结构的加固。粘贴CFRP补强法的缺点在于CFRP界面存在剥离风险，此外，若施加预应力，其施工工序也较繁琐。综上所述，传统钢结构疲劳裂纹修复与加固技术在止裂效果、施工工艺等方面存在不足。因此，亟需研发一种施工简便、止裂效果更佳的钢结构疲劳裂纹修复结构与方法，以有效抑制疲劳裂纹扩展，大幅延长钢结构桥梁服役寿命，从而节省基础设施维修养护费用。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种钢结构疲劳裂纹加固结构，用以有效抑制疲劳裂纹扩展，大幅提高钢结构的疲劳寿命。

为了达到上述目的，本发明公开的一种钢结构疲劳裂纹加固结构是：一种钢结构疲劳裂纹加固结构，包括钻设于被加固钢结构裂纹前端的冷扩止裂孔以及固定于被加固钢结构两侧的两个形状记忆合金补强板。

本发明公开的一种钢结构疲劳裂纹加固结构，还具有以下特点：

作为本发明公开的一种钢结构疲劳裂纹加固结构，所述钻设于被加固钢结构裂纹前端的冷扩止裂孔是采用冷扩专用设备对止裂孔于室温下进行冷扩获得。所述冷扩专用设备主要包括一根直径比止裂孔孔径稍大的钢棒，通过机械装置强力作用将上述钢棒从止裂孔内穿过，从而实现对止裂孔的冷扩。

作为本发明公开的一种钢结构疲劳裂纹加固结构，所述两个形状记忆合金补强板分别固定于被加固钢结构的两侧，具体为：将两个形状记忆合金补强板先在室温下进行预张拉使之产生塑性变形，然后解除张拉力；之后采用螺栓与垫片将两个形状记忆合金补强板固定于被加固钢结构的两侧，确保将冷扩止裂孔和裂纹覆盖；然后采用加热装置对两个形状记忆合金补强板进行热激励使之内部产生塑性收缩变形；最后，让加固后结构于室温下自然冷却。

本发明还提供了一种钢结构疲劳裂纹加固方法，具体按照以下步骤实施：