Thiệt hại mệt mỏi trong cấu trúc thép là một mối quan tâm quan trọng, đặc biệt là trong cơ sở hạ tầng chịu tải trọng theo chu kỳ, như cầu, cơ sở công nghiệp và các tòa nhà cao tầng. Các vết nứt hoặc thất bại do mệt mỏi có thể làm tổn hại đến tính toàn vẹn cấu trúc và dẫn đến hậu quả thảm khốc nếu không được giải quyết. Bài viết này phác thảo các bước có hệ thống để xác định, giảm thiểu và ngăn ngừa thiệt hại mệt mỏi, đảm bảo an toàn và chức năng lâu dài.
1. Hành động ngay lập tức: Phát hiện và đánh giá
Kiểm tra trực quan:
Tiến hành kiểm tra kỹ lưỡng các khu vực dễ bị mệt mỏi, bao gồm:
- Các mối hàn (ví dụ, kết nối cột chùm tia, trục cần trục).
- Các lỗ bu lông/đinh tán và vùng gây căng thẳng cao (ví dụ, thay đổi phần đột ngột).
- Dấu hiệu nứt, biến dạng hoặc ăn mòn.
Thử nghiệm không phá hủy (NDT):
Sử dụng các kỹ thuật nâng cao để phát hiện các khiếm khuyết dưới bề mặt:
- Kiểm tra siêu âm (UT): Xác định độ sâu vết nứt và lỗ hổng bên trong.
- Thử nghiệm hạt từ tính (MT): cho thấy các vết nứt bề mặt trong mối hàn.
- Thử nghiệm phát xạ âm: Theo dõi sự lan truyền vết nứt hoạt động.
Phân tích căng thẳng:
Thực hiện phân tích phần tử hữu hạn (FEA) hoặc mô hình hóa cơ học gãy thành:
- Định lượng phạm vi căng thẳng tại các vị trí quan trọng.
- Dự đoán cuộc sống mệt mỏi còn lại dựa trên mức độ nghiêm trọng của thiệt hại hiện tại.
2. Chiến lược giảm thiểu và sửa chữa
Vết nứt nhỏ (giai đoạn đầu):
- Mài và đánh bóng:
Hủy bỏ các vết nứt bề mặt bằng cách mài vuông góc với hướng vết nứt, sau đó là đánh bóng để giảm nồng độ ứng suất.
- Khoan dừng lỗ:
Khoan các lỗ nhỏ ở đầu vết nứt để ngăn chặn sự lan truyền (có hiệu lực cho các vết nứt<10 mm).
Thiệt hại từ trung bình đến nặng:
- Củng cố với các tấm hoặc sợi carbon:
Các tấm thép liên kết hoặc các tấm polymer được gia cố bằng sợi carbon (CFRP) trên các khu vực bị hỏng để khôi phục độ cứng và phân phối ứng suất.
- Thay thế thành phần địa phương:
Thay thế các phân đoạn bị nứt nghiêm trọng (ví dụ: các tấm mặt bích bị hư hỏng trong dầm) bằng cách sử dụng các hỗ trợ tạm thời để duy trì các đường dẫn tải.
Nâng cấp kết nối:
- Thay thế bu lông lỏng lẻo hoặc bị ăn mòn bằng các bu lông cường độ cao trước căng thẳng.
- Củng cố các mối hàn với các mối hàn phi lê bổ sung hoặc cấu hình được bắt vít lai.
3. Các biện pháp phòng ngừa lâu dài
Tối ưu hóa thiết kế:
- Giảm nồng độ căng thẳng:
Tránh các rãnh sắc nét; Sử dụng chuyển đổi bức tường tại các thay đổi phần.
Tối ưu hóa hồ sơ mối hàn (ví dụ: ngón chân hàn lõm).
- Lựa chọn vật chất:
Chọn thép kháng mỏi (ví dụ: ASTM A709 Lớp 50W) với độ bền gãy cao.
Chỉ định thép được chuẩn hóa hoặc nhiệt cơ (TMCP) để cải thiện hiệu suất mỏi.
Các giao thức bảo trì nâng cao:
- Kiểm tra thường xuyên:
Lên lịch kiểm tra hai năm một lần cho các cấu trúc có nguy cơ cao (ví dụ, cầu, đường băng cần cẩu).
- Giám sát thời gian thực:
Lắp đặt đồng hồ đo biến dạng, gia tốc kế hoặc cảm biến sợi quang để theo dõi chu kỳ ứng suất và phát hiện dị thường.
Kiểm soát môi trường:
- Áp dụng lớp phủ bảo vệ (ví dụ, mồi giàu kẽm, sơn epoxy) để giảm thiểu các tương tác ăn mòn.
- Đảm bảo thoát nước thích hợp để ngăn chặn sự tích tụ nước gần khớp.
4. Tuân thủ và tiêu chuẩn theo quy định
Mã chính:
- AISC 360 (Hoa Kỳ): Cung cấp các điều khoản thiết kế mệt mỏi cho các cấu trúc thép.
- En 1993-1-9 (Châu Âu): Xác định các đường cong sức mạnh mệt mỏi và phương pháp đánh giá.
- GB 50017 (Trung Quốc): Chỉ định các tiêu chí đánh giá mệt mỏi cho các chi tiết hàn.
Tài liệu:
Duy trì hồ sơ kiểm tra, sửa chữa và chứng nhận vật chất để tuân thủ các quy định an toàn.
Có lẽ bạn cũng sẽ quan tâm đếnCác nguyên nhân của rò rỉ mái bằng thép?
