本發(fā)明涉及鋼結構，具體為一種鋼結構疲勞裂紋加固裝置及方法。

背景技術：

1、鋼結構因其輕質高強、抗震性能好等優(yōu)點，廣泛應用于船舶、汽車、建筑和橋梁等領域。然而，疲勞開裂是鋼結構破壞的主要原因之一，據統(tǒng)計，80％～90％的鋼結構破壞與疲勞斷裂有關。因此，對出現疲勞裂紋的鋼結構需采取維修加固措施以確保安全。

2、常見的疲勞裂紋處理技術包括鉆孔止裂、優(yōu)化構造、粘貼鋼板或cfrp等。其中，鉆孔止裂因操作簡單、經濟高效，常用于橋梁養(yǎng)護。其原理是通過在裂紋前端鉆孔，改善應力集中，延緩裂紋擴展，提升構件疲勞壽命。實際工程中，多采用較大孔徑以降低應力集中系數，但研究表明，鉆孔止裂效果有限，尤其在面外變形或高應力幅下，裂紋可能再次萌生，需二次加固。

3、為提鉆孔止裂的效果，申請?zhí)枮?02410593239.8的中國專利，提出了一種冷擴螺栓加固裝置，通過在裂紋前端或中段進行冷擴處理，形成殘余壓應力區(qū)域，延緩甚至阻止裂紋擴展。冷擴螺栓的永久加固結構還能防止松動和應力松弛。但該方法僅能延緩裂紋擴展，無法修復已產生裂紋的強度下降問題。

4、因此，亟需一種新型的鋼結構疲勞裂紋加固裝置及方法，針對現有技術缺陷提供有效的解決方案。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種鋼結構疲勞裂紋加固裝置及方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

2、為實現上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、一種鋼結構疲勞裂紋加固裝置，包括上加固鋼板、下加固鋼板、裂端孔和防松螺栓；所述裂端孔設置在鋼結構上的裂紋的末端；所述上加固鋼板和下加固鋼板分別固定安裝在鋼結構的上下兩側，上加固鋼板和下加固鋼板為條形板狀結構，上加固鋼板和下加固鋼板長度方向與裂紋相垂直；所述上加固鋼板、下加固鋼板上設有螺栓安裝孔，所述鋼結構上設有穿孔，所述穿孔與螺栓安裝孔位置重合，所述穿孔均勻分布在裂紋的兩側，所述螺栓安裝孔均勻分布在上加固鋼板和下加固鋼板長度方向中心線的兩側，所述防松螺栓穿設在穿孔合螺栓安裝孔中，用于將上加固鋼板和下加固鋼板鎖緊在鋼結構上下兩側。

4、進一步地，所述防松螺栓包括一螺桿、一螺母和兩對防松墊片，兩對所述防松墊片分別壓設在上加固鋼板的上表面和下加固鋼板的下表面上，所述防松墊片包括上墊片和下墊片，所述上墊片下表面上環(huán)形陣列分布有下斜度齒，所述下墊片上表面上環(huán)形陣列分布有上斜度齒，所述上斜度齒與下斜度齒卡接配合，所述上斜度齒形狀為在螺桿螺紋旋轉方向上前凸后凹，所述下斜度齒形狀為在螺桿螺紋旋轉方向上前凹后凸，所述上斜度齒和下斜度齒的齒面傾角大于螺桿的螺旋角。

5、進一步地，所述上墊片的上表面上環(huán)形陣列分布有上增阻齒，所述下墊片的下表面上環(huán)形陣列分布有下增阻齒。

6、進一步地，所述上加固鋼板的上表面上和下加固鋼板的下表面上設有與長度方向平行的加強筋。

7、進一步地，所述上加固鋼板和下加固鋼板在長度方向為中部寬、兩端均勻收窄。

8、進一步地，所述上加固鋼板和下加固鋼板為金屬材料或碳纖維材料制成。

9、一種鋼結構疲勞裂紋加固方法適用于權利要求1-6所述的任一鋼結構疲勞裂紋加固裝置，包括如下步驟：

10、s1、在鋼結構上的裂紋末端鉆設裂端孔，以防止裂紋進一步擴展；

11、s2、在鋼結構上與裂紋垂直的方向上均勻開設有穿孔，在上加固鋼板和下加固鋼板的長度方向上開設螺栓安裝孔，螺栓安裝孔與穿孔位置重合；

12、s3、通過螺栓將上加固鋼板和下加固鋼板分別固定安裝在鋼結構的上下兩側。

13、進一步地，所述s中鋼結構上的裂紋為多條時，以多條裂紋的擬合直線確定上加固鋼板和下加固鋼板的放置方向，上加固鋼板和下加固鋼板的長度方向與該擬合直線垂直。

14、與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

15、1、本發(fā)明通過在裂紋末端設置裂端孔結合上加固鋼板和下加固鋼板的加固作用，改善了裂紋前端的應力集中的同時，彌補了裂紋導致的強度下降問題。相比傳統(tǒng)的鉆孔止裂方法，該裝置通過綜合加固措施，顯著提高了加固效果，減少了二次加固的需求，降低了維護成本。

16、2、本發(fā)明通過斜度齒的自鎖結構有效防止了螺栓在頻繁振動或動態(tài)載荷下的松動，顯著提高了連接的可靠性，減少了因松動導致的結構安全隱患。由于自鎖功能的存在，螺栓在長期使用中無需頻繁檢查和緊固，降低了維護成本和工作量。自鎖功能確保了螺栓連接的穩(wěn)定性，特別是在高振動或沖擊環(huán)境下，能夠保持連接的牢固性，延長了結構的使用壽命。

17、3、本發(fā)明通過裂端孔改善應力集中，延緩裂紋擴展，通過上、下加固鋼板、固定后提升整體結構強度和剛度，通過通過擬合直線確定加固方向，全面覆蓋多條裂紋。本發(fā)明有效解決裂紋擴展和強度下降問題，具有施工簡便、經濟高效、適應性強等優(yōu)點，顯著提升鋼結構的安全性和壽命。

技術特征：

1.一種鋼結構疲勞裂紋加固裝置，其特征在于，包括上加固鋼板(5)、下加固鋼板(8)、裂端孔(3)和防松螺栓(9)；

2.根據權利要求1所述的一種鋼結構疲勞裂紋加固裝置，其特征在于：所述防松螺栓(9)包括一螺桿(10)、一螺母(11)和兩對防松墊片(12)，兩對所述防松墊片(12)分別壓設在上加固鋼板(5)的上表面和下加固鋼板(8)的下表面上，所述防松墊片(12)包括上墊片(13)和下墊片(16)，所述上墊片(13)下表面上環(huán)形陣列分布有下斜度齒(15)，所述下墊片(16)上表面上環(huán)形陣列分布有上斜度齒(18)，所述上斜度齒(18)與下斜度齒(15)卡接配合，所述上斜度齒(18)形狀為在螺桿(10)螺紋旋轉方向上前凸后凹，所述下斜度齒(15)形狀為在螺桿(10)螺紋旋轉方向上前凹后凸，所述上斜度齒(18)和下斜度齒(15)的齒面傾角(19)大于螺桿(10)的螺旋角(20)。

3.根據權利要求2所述的一種鋼結構疲勞裂紋加固裝置，其特征在于：所述上墊片(13)的上表面上環(huán)形陣列分布有上增阻齒(14)，所述下墊片(16)的下表面上環(huán)形陣列分布有下增阻齒(17)。

4.根據權利要求1所述的一種鋼結構疲勞裂紋加固裝置，其特征在于：所述上加固鋼板(5)的上表面上和下加固鋼板(8)的下表面上設有與長度方向平行的加強筋(6)。

5.根據權利要求1所述的一種鋼結構疲勞裂紋加固裝置，其特征在于：所述上加固鋼板(5)和下加固鋼板(8)在長度方向為中部寬、兩端均勻收窄。

6.根據權利要求1所述的一種鋼結構疲勞裂紋加固裝置，其特征在于：所述上加固鋼板(5)和下加固鋼板(8)為金屬材料或碳纖維材料制成。

7.一種鋼結構疲勞裂紋加固方法適用于權利要求1-6所述的任一鋼結構疲勞裂紋加固裝置，其特征在于，包括如下步驟：

8.根據權利要求7所述的一種鋼結構疲勞裂紋加固方法，其特征在于：所述s1中鋼結構(1)上的裂紋(2)為多條時，以多條裂紋(2)的擬合直線確定上加固鋼板(5)和下加固鋼板(8)的放置方向，上加固鋼板(5)和下加固鋼板(8)的長度方向與該擬合直線垂直。

技術總結
本發(fā)明涉及鋼結構技術領域，具體為一種鋼結構疲勞裂紋加固裝置及方法。鋼結構疲勞裂紋加固裝置包括上加固鋼板、下加固鋼板、裂端孔和防松螺栓；裂端孔設置在鋼結構上的裂紋的末端；上加固鋼板和下加固鋼板分別固定安裝在鋼結構的上下兩側，上加固鋼板和下加固鋼板為條形板狀結構，上加固鋼板和下加固鋼板長度方向與裂紋相垂直；防松螺栓穿設在穿孔合螺栓安裝孔中，用于將上加固鋼板和下加固鋼板鎖緊在鋼結構上下兩側。本發(fā)明有效解決裂紋擴展和強度下降問題，具有施工簡便、經濟高效、適應性強等優(yōu)點，顯著提升鋼結構的安全性和壽命。

技術研發(fā)人員：孫志星,趙曼,陳士通
受保護的技術使用者：石家莊鐵道大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/22