钢桥常见疲劳裂纹及检测方法

近年来，由于交通量和交通荷载的增加，陆续出现桥梁破坏的报道。钢桥在交通荷载和环境因素的耦合作用下，容易出现疲劳、腐蚀等损伤。部分中老龄钢桥由于原来设计的技术标准和荷载等级较低，在车辆荷载作用下已经出现了疲劳裂纹。甚至一些新建的桥梁，由于设计与施工的缺陷，在密集的交通荷载作用下，开通运营后仅仅几年便出现疲劳裂纹。为确保钢桥结构的运营安全，迫切需要对钢桥构造细节进行定期检测与维护。因此，对钢桥疲劳裂纹进行检测意义重大。

 

钢桥常见的疲劳裂纹有哪些？

1、 钢板梁桥疲劳裂纹

钢板梁桥主要由钢板或型钢通过焊接、栓接或铆接而形成的实腹式钢梁，是中小跨径桥梁常用的结构型式。早期钢板梁桥主要应用在铁路桥梁上，一般采用焊接和铆接连接，连接构造复杂且连接件较多。在交通荷载作用下，疲劳裂纹容易出现在拼接板或铆钉孔边缘。在实际桥梁中，主梁腹板加劲与翼缘间一般留有一定的间隙，在荷载作用下间隙处容易产生面外变形而出现疲劳裂纹。主梁之间通过横梁连接，一些水平节点板处特容易出现疲劳裂纹。

 

2、 钢桁梁桥疲劳裂纹

早期修建的钢桁梁桥，主要采用铆钉连接，现代钢桁梁一般采用高强螺栓和焊接连接。与钢板梁桥类似，钢桁梁桥疲劳裂纹主要出现在关键杆件的连接断面，一般出现在铆钉孔或螺栓孔边缘。由于开孔位置降低了杆件截面的刚度，加上施工误差的影响，疲劳裂纹出现后一般发展比较迅速，对结构安全造成很大影响。

3、 钢箱梁桥疲劳裂纹

钢箱梁桥是现代钢桥的主要结构形式，主要通过焊接和栓接连接。由于构造及受力特点，钢箱梁疲劳裂纹主要出现在四个位置：（1）纵肋与顶板连接细节；（2）纵肋与横隔板连接细节；（3）横隔板挖孔细节；（4）纵肋拼接细节。

 

纵肋与顶板裂解焊缝处的角焊缝的疲劳开裂模式主要为疲劳裂纹在焊根处萌生，随后穿透焊喉纵向开展。受桥面铺装的影响，该部位的疲劳裂纹不易被发现，当裂纹沿纵向达到一定长度时才可能被发现。

 

横隔板挖孔处的疲劳裂纹主要以垂直于挖孔自由边缘的形式呈现。

 

纵肋拼接处的疲劳裂纹一般主要出现在纵肋底板处的横向焊缝处。车辆荷载作用下，纵肋拼接段将会形成较大的弯矩，并且移动车辆的每个车轴都将会在该连接细节处引起弯曲应力。内衬板的存在、焊接熔透不足以及对偏差都将会引起较大的应力集中，疲劳裂纹将会在这些应力集中的部位形成。

 

钢桥常见疲劳裂纹检测方法？

目前钢桥疲劳裂纹检测方法主要有采用目视检测和无损探伤。

 

目视检测要求检测人员需要具备非常丰富的检测经验，借助直尺、放大镜对钢桥桥面板细节进行检测。目视检测方便、速度快捷、检测费用低，但只能检测出达到一定长度的表面裂纹，同时对裂纹尺寸无法定量测量。

 

 

无损探伤包括磁粉探伤、渗透探伤、超声波探伤和射线探伤。

 

磁粉探伤利用表面和近表面缺陷磁导率和钢板磁导率的差异，形成缺陷处的磁粉堆积——磁痕，在适当的光照条件下，显现出裂纹缺陷位置和形状。

 

渗透探伤利用毛细现象检查材料表面缺陷的一种无损检测方法，只能用来检测钢桥的表面裂纹。

 

射线探伤需要借助射线发射仪，对焊接部位进行射线探伤，其检测准确性较高，一般应用在钢结构制造时候的焊缝检测，由于钢桥面板构造复杂，焊缝数量较多，射线检测难以适应复杂构造的空间位置，且检测成本较高。

 

超声波探伤利用超声能透入金属材料的深处，由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件的缺陷，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷的位置和大小。超声波探伤可以检测钢桥的表面裂纹和内部裂纹，对焊缝缺陷非常敏感，且操作简单，检测高效，是钢桥疲劳裂纹检测的理想手段。

 

 

结语

随着交通量的不断增加，超载现象难以杜绝，钢桥结构的疲劳损伤不应忽视。为保证钢桥结构安全运营，管理部门需要定期对钢桥进行养护，选择专业的检测机构和合适的检测方法对钢桥关键位置及时进行检测并发现疲劳裂纹，并采取行之有效的焊接对策，以进一步延长钢桥的使用寿命。