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STRUCTURE AND METHOD FOR REPAIRING FATIGUE CRACK OF STEEL STRUCTURE commons

Patent code P100000568
File No. NU-0310
Posted date Mar 5, 2010
Application number P2009-263101
Publication number P2011-106181A
Patent number P5441114
Date of filing Nov 18, 2009
Date of publication of application Jun 2, 2011
Date of registration Dec 27, 2013
Inventor
  • (In Japanese)山田 健太郎
  • (In Japanese)石川 敏之
  • (In Japanese)柿市 拓巳
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人名古屋大学
Title STRUCTURE AND METHOD FOR REPAIRING FATIGUE CRACK OF STEEL STRUCTURE commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure and a method for repairing a fatigue crack which can easily and inexpensively repair the fatigue crack extending from the front surface to the rear surface of a steel plate and can extend the fatigue life of a steel structure by stopping or delaying the development of the fatigue crack.
SOLUTION: A plastic deformation is applied to the front surface 1a of a steel plate 1 by peening the peripheries (La1, La2) of and/or the just upper part (La3) of the opening of a fatigue crack 2 in the front surface 1a of the steel plate 1 in parallel with the fatigue crack to close the opening of the fatigue crack 2 in the front surface 1a of the steel plate 1 so as to form a crack contact surface 2a. In the same manner, a plastic deformation is applied to the rear surface 1b of the steel plate 1 by peening the peripheries (Lb1, Lb2) of and/or the just upper part (Lb3) of the opening of the fatigue crack 2 in the rear surface 1b of the steel plate 1 in parallel with the fatigue crack 2 to close the opening of the fatigue crack 2 in the rear surface 1b of the steel plate 1 so as to form a crack contact surface 2b.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


鋼橋に代表される鋼構造物が繰返し荷重を受けると、金属疲労によって鋼構造部材の表面に疲労き裂が発生する場合があり、この疲労き裂を放置すると、疲労き裂が進展し、鋼橋の耐力が維持できなくなる危険性がある。このため、鋼橋の維持・管理においては、疲労き裂の発生防止や早期発見・補修・補強などの疲労き裂対策が求められている。



日本では、1960年代からの高度経済成長に合わせて道路網が整備され、多くの鋼橋が建設されてきた。これらの鋼橋は供用開始後40~50年が経過しており、様々な劣化現象が顕在化しているのに加えて、近年の交通荷重とその頻度の増加に伴って、鋼橋の溶接継手部に疲労き裂が発生しているのが発見されるようになった。



図14に鋼橋における代表的な継手構造である面外ガセット溶接継手のまわし溶接部における溶接止端に発生した疲労き裂がその周辺の鋼板部に進展していく状況を示す。面外ガセット溶接継手50は、鋼板51と直角にガセットプレート52がすみ肉溶接された継手構造からなる。すみ肉溶接金属53の特にまわし溶接部53aの溶接止端及びその周辺は、溶接時の熱による引張残留応力の蓄積や、溶接止端を境界に形状が急変することにより応力集中の影響を受け易いことから、疲労き裂54が発生し易い部位となっている。



図14(a)は疲労き裂54が発生していない状況、図14(b)はまわし溶接部53aの溶接止端に疲労き裂54が発生した状況(以下、Ntoeと呼ぶ)、図14(c)はまわし溶接部53aの溶接止端に発生した疲労き裂54が進展してすみ肉溶接金属53の溶接止端から離れ始めた状況(以下、Nbと呼ぶ)、図14(d)は疲労き裂54が鋼板51に10mm進展した状況(以下、N10と呼ぶ)、図14(e)は疲労き裂54が鋼板51に30mm進展した状況(以下、N30と呼ぶ)、図14(f)は疲労き裂54が鋼板51に60mm進展した状況(以下、N60と呼ぶ)を示している。



図14の(b)~(f)に示した面外ガセット溶接継手50を疲労き裂54に沿って切断した断面図を図15に示す。鋼板51の表面51aに発生した疲労き裂54が、Ntoe→Nb→N10→N30→N60と進展するのに伴って、疲労き裂54は、鋼板51の厚さ方向(深さ方向)と面方向(横方向)に進展する。そして、N30まで進展した段階において、疲労き裂54が鋼板51の表面51aから裏面51bまで貫通することが多い。N30の段階からさらに疲労き裂54が進展すれば、鋼板51の表面51aと裏面51bの双方から疲労き裂54が面方向に進展して、やがてN60の段階となる。なお、N10から先の疲労き裂54の進展は急速であることが知られている。



このような鋼板の表面から裏面まで貫通した疲労き裂は、鋼橋の桁や部材の破断に繋がる危険なき裂である。このため、鋼板の面方向の疲労き裂の先端に、疲労き裂の進展を停止させるためのドリル孔(ストップホール)が設けられると共に、疲労き裂発生部分に添接板を配置して高力ボルトで摩擦接合を行うという恒久的な補修・補強対策が実施されるのが一般的である。



なお、疲労き裂が小さくて鋼板の表面から裏面まで貫通しておらず、疲労き裂が危険な状況まで進展していないと判断される場合には、添接板を用いずにストップホールを設けることのみによって一時的に疲労き裂の進展を止めるという疲労き裂補修方法が実施されている。また、鋼板の表面から裏面まで疲労き裂が貫通していない段階において、疲労き裂の開口部の周辺及び直上を疲労き裂と平行にピーニングすることにより鋼板の表面に塑性変形を付与し、疲労き裂の開口部を閉じてき裂接触面を形成するという疲労き裂補修方法も発明者らによって実用化されつつある(特許文献1、非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3)。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は鋼構造物に発生した疲労き裂の補修構造及び補修方法に関し、詳しくは鋼板の表面から裏面まで貫通した疲労き裂の補修構造及び補修方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
鋼板の表面から裏面まで貫通した疲労き裂の補修構造であって、
前記鋼板の表面の前記疲労き裂の開口部の周辺及び/又は直上を該疲労き裂と平行にピーニングすることにより該鋼板の表面に塑性変形が付与され、該鋼板の表面の該疲労き裂の開口部が閉じられてき裂接触面が形成されていると共に、
前記鋼板の裏面の前記疲労き裂の開口部の周辺及び/又は直上を該疲労き裂と平行にピーニングすることにより該鋼板の裏面に塑性変形が付与され、該鋼板の裏面の該疲労き裂の開口部が閉じられてき裂接触面が形成されていることを特徴とする鋼構造物の疲労き裂補修構造。

【請求項2】
 
前記き裂接触面に作用する圧縮残留応力が設計引張応力以上であることを特徴とする請求項1に記載の鋼構造物の疲労き裂補修構造。

【請求項3】
 
鋼板の表面から裏面まで貫通した疲労き裂を補修の対象とし、
前記鋼板の表面の前記疲労き裂を挟んだ両側のうち少なくとも一側を該疲労き裂と平行にピーニングすることにより該鋼板の表面に塑性変形を付与し、該鋼板の表面の該疲労き裂の開口部を閉じてき裂接触面を形成する疲労き裂周辺ピーニング工程と、
前記鋼板の裏面の前記疲労き裂を挟んだ両側のうち少なくとも一側を該疲労き裂と平行にピーニングすることにより該鋼板の裏面に塑性変形を付与し、該鋼板の裏面の該疲労き裂の開口部を閉じてき裂接触面を形成する疲労き裂周辺ピーニング工程と、を有することを特徴とする鋼構造物の疲労き裂補修方法。

【請求項4】
 
前記鋼板の表面及び/又は裏面に対する前記疲労き裂周辺ピーニング工程の後工程として、前記疲労き裂の直上をピーニングすることにより前記鋼板の表面及び/又は裏面に塑性変形を付与し、前記き裂接触面の接触面積及び/又は接触圧力を増加する疲労き裂直上ピーニング工程を有することを特徴とする請求項3に記載の鋼構造物の疲労き裂補修方法。

【請求項5】
 
前記疲労き裂と平行に設置したガイドにより前記ピーニングの軌道を案内しながら、該ピーニングを行うことを特徴とする請求項3又は4に記載の鋼構造物の疲労き裂補修方法。

【請求項6】
 
前記き裂接触面に作用する圧縮残留応力が設計引張応力以上であることを特徴とする請求項3~5のうちのいずれか一つに記載の鋼構造物の疲労き裂補修方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2009263101thum.jpg
State of application right Registered
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