钢结构桥梁的钢梁振动时效方法与流程

本发明涉及钢结构件去应力处理技术领域，尤其是一种用于消除钢结构桥梁的钢梁焊接残余应力的振动时效方法。

背景技术：

钢结构桥梁的钢梁含有钢桁梁、钢箱梁和钢混组合梁等结构形式，属于大型焊接结构件，有的高达数千吨。这种结构件由纵横交错的筋板构成，焊接部位多，焊接后存在很高的分布复杂的残余应力，应力集中现象突出，钢梁不仅受自身的重量作用，还承载来自于桥面车辆以及风力等外力的作用，因此这个残余应力与桥梁的工作应力叠加后就可能导致桥梁出现变形甚至断裂的严重后果，因此需要消除这些残余应力。目前常用振动时效设备对钢结构件进行振动时效处理来消除残余应力，这种振动时效设备由一个控制器、一个激振器和一个测振器构成，控制器通过导线分别与测振器和激振器连接。振动时效要求共振所产生的动应力与残余应力叠加后必须超过材料的屈服极限，才能有效消除残余应力。现有的振动时效方法均是采用单台振动时效设备进行处理，但是钢梁这种大型工件不仅刚性强，而且重量重，单台激振器的激振力过小，难以获得对钢梁进行共振所需要的动应力，其动应力与残余应力叠加之后，无法超过材料的屈服极限，因此达不到有效消除钢梁残余应力之目的。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题，是提供一种能有效地消除钢梁残余应力的钢结构桥梁的钢梁振动时效方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案为：一种钢结构桥梁的钢梁振动时效方法，钢梁具有桥面部和位于该桥面部下方的支撑部，使用多台所述振动时效设备，包括以下操作步骤：

第一步、将所述钢梁放置在四个支撑垫上，所述支撑垫的支撑位置，其宽度方向位于近所述支撑部边缘处，其长度方向位于距所述支撑部端部的2L/9处，L为所述支撑部的长度；

第二步、将多台所述振动时效设备的激振器沿长度方向固定在所述桥面部的一端，使每个所述激振器的电机旋转方向均相同，每个所述激振器的偏心角角度均设置为10度～180度；将多台所述振动时效设备的测振器沿长度方向固定在所述桥面部的另一端；

第三步、启动其中一台所述振动时效设备的所述激振器进行振前扫频，通过所述测振器测量所述钢梁在所述激振器额定频率范围内的全部共振峰，获得所述钢梁的振前扫频共振数据和共振曲线；所述共振数据是指共振时的最大振动加速度值a及其所对应的所述激振器的电机转频值f，所述共振曲线是指所述振动加速度a与所述激振器的所述电机转频f的a-f关系曲线；

第四步、根据振前扫频共振数据和共振曲线，选取其中的低频共振峰的亚共振频率作为所述钢梁的主振频率，启动并控制每台所述激振器的振动频率均为所述钢梁的主振频率，多台所述激振器同时进行同频共振，对所述钢梁进行振动时效处理，振动时效处理时间为0.5小时～5小时，振动时效过程中控制振动加速度值为20m/s²～120m/s²；所述低频共振峰是指在激振频率与振动加速度对应曲线中，激振频率从低到高出现的多个共振峰波峰中，处于最低频率的共振峰波峰；所述亚共振频率是指该共振峰的最大振动加速度值a1的2/3处所对应的所述激振器的电机的转频值；

第五步、启动其中一台所述振动时效设备的所述激振器，对完成多个共振峰振动时效处理的所述钢梁进行振后扫频，通过所述测振器测量所述钢梁在所述激振器额定频率范围内的全部共振峰，获得所述钢梁的振后扫频共振数据和共振曲线即完成对所述钢梁的振动时效处理。

上述钢结构桥梁的钢梁振动时效方法技术方案中，更具体的技术方案还可以是：所述桥面部的上端面为矩形，所述激振器位于所述桥面部的上端面矩形对角线一端的边缘处，所述测振器位于所述桥面部的上端面的这条矩形对角线另一端的边缘处。

进一步的：至少选取另一个共振峰的亚共振频率作为所述钢梁的辅振频率，对完成主振频率同频共振的所述钢梁进行辅振振动时效处理，控制每台所述激振器的振动频率均为所述钢梁的辅振频率，同时进行同频共振，振动时效处理时间为0.5小时～5小时，振动时效过程中控制振动加速度值为20m/s²～120m/s²。

进一步的：所述支撑垫为圆柱形的橡胶垫，所述圆柱形的橡胶垫的直径为50毫米～500毫米，厚度为10毫米～500毫米，弹性模量为0.7Mpa～2Mpa,泊松比为0.5～1.5。

进一步的：多个所述激振器均为相邻近设置，多个所述测振器均为相邻近设置。

进一步的：所述钢梁呈水平放置。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：1、采用多台振动时效设备对钢梁进行振动时效处理，激振器就不限于一台而是多台，这多台激振器在相同位置以及在同一个亚共振频率同频共振，而且激振力的方向是相同的，因此其激振力就可以成倍地提高，其共振时候产生的动应力与残余应力叠加之后，可超过材料的屈服极限达到有效消除残余应力的目的，经检测残余应力平均消除率约为49%，符合国家标准（GB/T25712-2010）所规定的平均残余应力消除率不低于30%的要求；2、所用的振动时效设备是现有的，无需增加设备的投入；同时对一件钢梁的振动时效处理时间小于2天，耗电量低于20度，时效成本极低，在钢梁生产现场就可以实施，不损伤钢梁的表面质量，可以解决由残余应力导致的桥梁质量问题隐患。

附图说明

图1是本发明实施例的采用多台台振动时效设备对钢结构桥梁的钢梁振动时效的示意图。

图2是图1的左视图。

图3是本发明实施例的钢结构桥梁的钢梁共振数据和共振曲线示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详述。

实施例1：

图1所示的为钢结构桥梁的钢梁2，属于钢箱梁结构，钢梁2具有桥面部202和位于该桥面部202下方的支撑部201，重量为1200吨，钢梁2高4500mm，钢梁2的桥面部202的长×宽为110000mm×33100mm，钢梁2的支撑部201的长度L为110000mm，钢梁2为焊接结构件，采用钢板焊接而成。

这种钢结构桥梁的钢梁2的振动时效方法为：使用三台振动时效设备1，三台振动时效设备1的额定激振力均为50KN，额定激振频率均为133.33HZ；每台振动时效设备1具有一个激振器101、一个测振器102和四个支撑垫103，控制器通过导线分别与激振器101和测振器102连接，包括以下操作步骤：

第一步、将钢梁2呈水平设置，即钢梁2桥面部202的上端面与支撑地面为平行设置，吊装钢梁2放置在四个支撑垫103上，支撑垫103的支撑位置，其宽度方向位于近钢梁2的支撑部的边缘处，其长度方向位于距近钢梁2的支撑部端部的2L/9处，即距支撑部端部244444mm处；本实施例的一个支撑垫103由三个圆柱形的橡胶垫相邻近放置构成，每个圆柱形的橡胶垫的直径为50毫米，厚度为10毫米，弹性模量为0.7Mpa，泊松比为0.5，圆柱形的橡胶垫可获得较好的弹性支撑效果；四个支撑垫能安全可靠地支撑住钢梁，避免钢梁侧翻，出现安全事故或者钢梁损坏的质量事故；另支撑垫放置的位置为钢梁共振峰波谷位置，能减少支撑点对共振的阻碍，可获得最佳的共振效果；

第二步、将三台振动时效设备1的三个激振器101沿长度方向均相邻近地固定在钢梁2的桥面部一端的上端面，将三台振动时效设备1的三个测振器102均相邻近地固定在钢梁2的桥面部202另一端的上端面，桥面部202的上端面为矩形，激振器101位于桥面部202的上端面矩形对角线一端的边缘处，测振器102位于桥面部202的上端面的这条矩形对角线另一端的边缘处，把三个测振器102放置在该处，能在同一位置检测钢梁的共振加速度值，判定共振加速值是否达到预期的数值；同时这个位置为钢梁的共振峰波峰，这样才能够检测出钢梁2的固有共振频率，实施共振时效，能保证钢梁整体达到最佳的共振效果，如图2所示；每个激振器101的电机旋转方向均相同设置，以使产生的激振力的方向相同，激振力就可以成倍地提高，而不会相互抵消；每个激振器105的偏心角角度均设置为10度~180度，以获得适当的激振力，可达到有效消除钢梁残余应力，不损伤钢梁；

第三步、启动其中一台振动时效设备1的激振器101进行振前扫频，通过测振器102测量钢梁2在激振器101额定频率范围内的全部共振峰，获得钢梁2的振前扫频共振数据和共振曲线；共振数据是指共振时的最大振动加速度值a及其所对应的激振器101的电机转频值f，共振曲线是指振动加速度a与激振器101的电机转频f的a-f关系曲线；

第四步、根据振前扫频共振数据和共振曲线，（1）选取其中的低频共振峰f1的亚共振频率fz1作为钢梁2的主振频率，启动并控制每台激振器101的振动频率均为钢梁2的主振频率，三台激振器105同时进行同频共振，对钢梁2进行振动时效处理，振动时效处理时间为0.5小时，振动时效过程中控制振动加速度值为20m/s²～120m/s²；低频共振峰是指在激振频率与振动加速度对应曲线中，激振频率从低到高出现的多个共振峰波峰中，处于最低频率的共振峰波峰；亚共振频率是指该共振峰的最大振动加速度值a1的2/3处所对应的激振器101的电机的转频值；（2）选取第二个共振峰f2的亚共振频率fz2作为钢梁的辅振频率，对完成主振频率同频共振的钢梁2进行辅振振动时效处理，控制每台激振器101的振动频率均为钢梁的辅振频率，同时进行同频共振，振动时效处理时间为0.5小时，振动时效过程中控制振动加速度值为20m/s²～120m/s²；

第五步、启动其中一台振动时效设备1的激振器101，对完成多个共振峰振动时效处理的钢梁2进行振后扫频，通过测振器102测量钢梁2在激振器101额定频率范围内的全部共振峰，获得钢梁2的振后扫频共振数据和共振曲线即完成对钢梁2的振动时效处理。

钢梁2振动时效前后的残余应力检测数据如表1所示：

检测结果表明，残余应力平均消除率约为49%，符合国家标准（GB/T25712-2010）所规定的平均残余应力消除率不低于30%的要求，证明达到了有效地消除了残余应力的目的。