鋼橋常見疲勞裂紋及檢測方法

近年來，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設(shè)計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和荷載等級較低，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，開通運(yùn)營后僅僅幾年便出現(xiàn)疲勞裂紋。為確保鋼橋結(jié)構(gòu)的運(yùn)營安全，迫切需要對鋼橋構(gòu)造細(xì)節(jié)進(jìn)行定期檢測與維護(hù)。因此，對鋼橋疲勞裂紋進(jìn)行檢測意義重大。

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鋼橋常見的疲勞裂紋有哪些？

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。主梁之間通過橫梁連接，一些水平節(jié)點(diǎn)板處特容易出現(xiàn)疲勞裂紋。

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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，對結(jié)構(gòu)安全造成很大影響。

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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)。

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縱肋與頂板裂解焊縫處的角焊縫的疲勞開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)到一定長度時(shí)才可能被發(fā)現(xiàn)。

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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)。

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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，縱肋拼接段將會形成較大的彎矩，并且移動車輛的每個(gè)車軸都將會在該連接細(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偏差都將會引起較大的應(yīng)力集中，疲勞裂紋將會在這些應(yīng)力集中的部位形成。

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鋼橋常見疲勞裂紋檢測方法？

目前鋼橋疲勞裂紋檢測方法主要有采用目視檢測和無損探傷。

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目視檢測要求檢測人員需要具備非常豐富的檢測經(jīng)驗(yàn)，借助直尺、放大鏡對鋼橋橋面板細(xì)節(jié)進(jìn)行檢測。目視檢測方便、速度快捷、檢測費(fèi)用低，但只能檢測出達(dá)到一定長度的表面裂紋，同時(shí)對裂紋尺寸無法定量測量。

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無損探傷包括磁粉探傷、滲透探傷、超聲波探傷和射線探傷。

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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。

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

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射線探傷需要借助射線發(fā)射儀，對焊接部位進(jìn)行射線探傷，其檢測準(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，由于鋼橋面板構(gòu)造復(fù)雜，焊縫數(shù)量較多，射線檢測難以適應(yīng)復(fù)雜構(gòu)造的空間位置，且檢測成本較高。

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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，在熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波形來判斷缺陷的位置和大小。超聲波探傷可以檢測鋼橋的表面裂紋和內(nèi)部裂紋，對焊縫缺陷非常敏感，且操作簡單，檢測高效，是鋼橋疲勞裂紋檢測的理想手段。

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結(jié)語

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，管理部門需要定期對鋼橋進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，選擇專業(yè)的檢測機(jī)構(gòu)和合適的檢測方法對鋼橋關(guān)鍵位置及時(shí)進(jìn)行檢測并發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋，并采取行之有效的焊接對策，以進(jìn)一步延長鋼橋的使用壽命。