钢结构桥梁的桥墩振动时效方法技术

本发明专利技术公开了一种钢结构桥梁的桥墩振动时效方法，涉及钢结构件去应力处理技术领域。钢结构桥梁的桥墩是一种刚性强、重量很重的大型焊接结构件，现有的热时效、自然时效、超声波冲击时效和振动时效方法均难以对其进行时效处理，本发明专利技术是将桥墩用支撑垫支撑好，使用多台振动时效设备，将多台激振器相邻近地固定在桥墩的下框梁上，将多个测振器相邻近地固定在桥墩的上框梁上，然后使用多台控制器控制多台激振器，对桥墩的多个共振峰，进行数小时的同频亚共振振动，达到有效消除其残余应力的目的，其残余应力平均消除率可达到43%，从而解决了桥墩难以消除残余应力的技术难题，可在钢结构桥梁上应用。

Vibration aging method for bridge pier of steel structure bridge

The invention discloses a bridge pier vibration aging method for steel structure bridges, which relates to the technical field of steel structure parts stress relief. The pier of steel structure bridge is a large welding structure with strong rigidity and heavy weight. The existing methods of thermal aging, natural aging, ultrasonic impact aging and vibration aging are difficult to handle. The invention is to support the pier with support pad and use multiple vibration aging equipment to make multiple vibrator phases. Adjacent ground is fixed on the lower frame beam of the pier, and the adjacent near ground is fixed to the upper frame beam of the pier, and multiple controllers are used to control the multiple vibrator. The vibration of the multiple resonance peaks of the pier for several hours is carried out to effectively eliminate the residual stress, and the residual stress is eliminated averaging. The removal rate can reach 43%, which solves the technical problem that the pier is difficult to eliminate residual stress and can be applied to steel structure bridges.

【技术实现步骤摘要】
钢结构桥梁的桥墩振动时效方法
本专利技术涉及钢结构件去应力处理
，尤其是一种用于消除钢结构桥梁的桥墩的焊接残余应力的振动时效方法。
技术介绍
钢结构桥梁和混凝土桥梁是现代桥梁结构的两种基本结构型式。钢结构具有自重轻、材质均匀、质量稳定、易于工厂化制造、装配化施工、便于回收利用及抗震性能强等优点，为世界桥梁界所推崇。目前法国、日本和美国等国家的钢结构桥梁占比分别为85%、41%和35%，但我国的钢结构桥梁占比不足2%。随着我国铁路和公路建设的高速发展，一带一路战略决策所带动的周边国家的铁路和公路建设的高速发展，钢结构桥梁具有广阔的发展前景。钢结构桥梁采用钢结构建造，由钢结构桥墩和钢梁构成，多个桥墩支撑多个钢梁构成了钢结构桥梁，桥墩由搭柱构成，钢梁有钢桁梁、钢箱梁和钢混组合梁等结构形式。钢结构桥梁的桥墩属于大型焊接结构件，不仅刚性强，而且重量重，有的高达数百吨；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；此外钢结构桥梁不仅承受自身的重量作用，这个重量有的高达数万吨，还承载来自于桥梁上的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，因此很有必要消除这个残余应力。现有的消除残余应力的主要技术有热时效、自然时效、超声波冲击时效和振动时效。消除钢结构桥梁的桥墩焊接残余应力，采用热时效，热处理设备投资巨大，时效成本高，存在氧化变形等问题，并不可行；自然时效周期长，不能满足交货时间要求，更不可行；超声波冲击时效消除应力的深度有限，也不能消除宏观残余应力，也不可行。振动时效是用共振原理消除残余应力的可靠先进的时效技术，具有高效、节能、环保、实施简便以及成本低廉等显著优势，为桥墩的时效处理提供了可能性。但是常规的振动时效处理方法，均是采用单台振动时效设备，对工件进行振动时效处理，这对于桥墩这种大型工件则不能达到有效地消除残余应力的目的，其原因在于单台振动时效设备，均是使用单个激振器产生动应力，在其亚共振点进行共振振动来消除残余应力的，而要有效地消除残余应力，必须使激振器共振所产生的动应力与残余应力叠加，超过材料的屈服极限，才能达到有效消除残余应力的目的，但是桥墩这种大型工件，刚性强，重量重，采用单个激振器进行振动时效处理，其共振时候产生的动应力很小，其与残余应力叠加之后，不能超过材料的屈服极限，因此达不到有效消除残余应力的目的。此外目前世界上现有的单台振动时效设备的激振器的激振力，都不超过50KN，都难以获得对这类大型工件进行共振所需要的动应力，而要研制开发出更大的激振力的振动时效设备，其技术难度又是极大的。长期以来国内外很多企业，都曾经尝试过用振动时效来消除钢结构桥梁的桥墩的残余应力，但是均没有获得成功，这也被公认为是钢结构桥梁行业长期存在的，也是人们一直渴望解决的一个世界性技术难题。由于钢结构桥梁的桥墩无法进行消除残余应力的时效处理，因此不仅存在由残余应力导致的桥梁质量问题隐患，而且也影响了钢结构桥梁的推广应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题，是提供一种钢结构桥梁的桥墩振动时效方法，这种振动时效方法，能够有效地消除钢结构桥梁桥墩的残余应力。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案为：这种钢结构桥梁的桥墩振动时效方法，桥墩于下部设有下框梁、于上部设有上框梁，使用多台振动时效设备，每台所述振动时效设备具有一个控制器，所述控制器通过激振器导线与所述激振器连接，所述控制器通过测振器导线与所述测振器连接，包括以下步骤：第一步、通过试振得到所述上框梁的共振峰波峰在所述桥墩顶面的投影线、所述下框梁的共振峰波峰在所述桥墩底面的投影线和所述下框梁的两个共振峰波谷在所述桥墩底面的投影线；第二步、将支撑垫放置于所述下框梁底部与所述下框梁的两个所述共振峰波谷在所述桥墩底面的投影线的相交处；第三步、将多台所述振动时效设备的所述激振器均固定在所述下框梁的所述共振峰波峰在所述下框梁上端面的投影线上，每个所述激振器的电机旋转方向均相同设置，每个所述激振器的偏心角角度均设置为10度～180度；第四步、将多台所述振动时效设备的所述测振器均固定在所述上框梁的所述共振峰波峰在所述上框梁顶面的投影线上；第五步、启动其中一台所述振动时效设备的控制器进行振前扫频，通过所述测振器测量所述桥墩在所述激振器额定频率范围内的全部共振峰，并获得所述桥墩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；第六步、根据所述振前扫频共振数据和所述共振曲线，选取低频共振峰的亚共振频率作为所述桥墩的主振频率，控制每台所述激振器的振动频率均为所述桥墩的主振频率，多台所述激振器同时进行同频共振，对所述桥墩进行振动时效处理，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；第七步、启动其中一台所述振动时效设备的控制器，对完成振动时效处理的所述桥墩进行振后扫频，通过所述测振器测量所述桥墩在所述激振器额定频率范围内的全部共振峰，获得所述桥墩的振后扫频共振数据和共振曲线即完成。上述钢结构桥梁的桥墩振动时效方法技术方案中，更具体的技术方案还可以是：至少选取另一个共振峰的亚共振频率作为所述桥墩的辅振频率，对完成主振频率同频共振的所述桥墩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桥墩的辅振频率，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：对所述桥墩进行辅振振动时效处理时，所述支撑垫应分别移至进行辅振振动的这个所述下框梁的共振峰波峰在所述桥墩底面的投影线上，所述激振器应分别移至进行辅振振动的这个所述下框梁的共振峰波峰在所述下框梁上端面的投影线上，所述测振器应分别移至进行辅振振动的所述上框梁的共振峰波峰在所述上框梁顶面的投影线上。进一步的：所述桥墩呈水平放置。由于采用了上述技术方案，本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：1、本专利技术使用多台振动时效设备对桥墩进行振动时效处理，就能使得多个激振器同时共振，其激振力就可以成倍地提高，共振产生的动应力就很大，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，而且使用的是现有的振动时效设备，无需再研制开发出更大激振力的振动时效设备，同时振动时效设备的数量，可以根据桥墩的重量，灵活增加；对一件桥墩的振动时效处理时间小于2天，耗电量小于20度，时效成本极低，在桥墩生产现场就可以实施，也不损伤桥墩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢结构桥梁的桥墩振动时效方法，桥墩（2）于下部设有下框梁（201）、于上部设有上框梁（202），其特征在于：使用多台振动时效设备（1），每台所述振动时效设备（1）具有一个控制器（101），所述控制器（101）通过激振器导线（102）与所述激振器（105）连接，所述控制器（101）通过测振器导线（103）与所述测振器（104）连接，包括以下步骤：第一步、通过试振得到所述上框梁（202）的共振峰波峰在所述桥墩（2）顶面的投影线、所述下框梁的共振峰波峰在所述桥墩（2）底面的投影线和所述下框梁（201）的两个共振峰波谷在所述桥墩（2）底面的投影线；第二步、将支撑垫（106）放置于所述下框梁（201）底部与所述下框梁（201）的两个所述共振峰波谷在所述桥墩（2）底面的投影线的相交处；第三步、将多台所述振动时效设备（1）的所述激振器（105）均固定在所述下框梁（201）的所述共振峰波峰在所述下框梁（201）上端面的投影线上，每个所述激振器（105）的电机旋转方向均相同设置，每个所述激振器（105）的偏心角角度均设置为10度～180度；第四步、将多台所述振动时效设备（1）的所述测振器（104）均固定在所述上框梁（202）的所述共振峰波峰在所述上框梁（202）顶面的投影线上；第五步、启动其中一台所述振动时效设备（1）的控制器（101）进行振前扫频，通过所述测振器（104）测量所述桥墩（2）在所述激振器（105）额定频率范围内的全部共振峰，并获得所述桥墩（2）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（105）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（105）的所述电机转频f的a‑f关系曲线；第六步、根据所述振前扫频共振数据和所述共振曲线，选取低频共振峰的亚共振频率作为所述桥墩（2）的主振频率，控制每台所述激振器（105）的振动频率均为所述桥墩（2）的主振频率，多台所述激振器（105）同时进行同频共振，对所述桥墩（2）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（105）的电机的转频值；第七步、启动其中一台所述振动时效设备（1）的控制器（101），对完成振动时效处理的所述桥墩（2）进行振后扫频，通过所述测振器（104）测量所述桥墩（2）在所述激振器（105）额定频率范围内的全部共振峰，获得所述桥墩（2）的振后扫频共振数据和共振曲线即完成。...

【技术特征摘要】
1.一种钢结构桥梁的桥墩振动时效方法，桥墩（2）于下部设有下框梁（201）、于上部设有上框梁（202），其特征在于：使用多台振动时效设备（1），每台所述振动时效设备（1）具有一个控制器（101），所述控制器（101）通过激振器导线（102）与所述激振器（105）连接，所述控制器（101）通过测振器导线（103）与所述测振器（104）连接，包括以下步骤：第一步、通过试振得到所述上框梁（202）的共振峰波峰在所述桥墩（2）顶面的投影线、所述下框梁的共振峰波峰在所述桥墩（2）底面的投影线和所述下框梁（201）的两个共振峰波谷在所述桥墩（2）底面的投影线；第二步、将支撑垫（106）放置于所述下框梁（201）底部与所述下框梁（201）的两个所述共振峰波谷在所述桥墩（2）底面的投影线的相交处；第三步、将多台所述振动时效设备（1）的所述激振器（105）均固定在所述下框梁（201）的所述共振峰波峰在所述下框梁（201）上端面的投影线上，每个所述激振器（105）的电机旋转方向均相同设置，每个所述激振器（105）的偏心角角度均设置为10度～180度；第四步、将多台所述振动时效设备（1）的所述测振器（104）均固定在所述上框梁（202）的所述共振峰波峰在所述上框梁（202）顶面的投影线上；第五步、启动其中一台所述振动时效设备（1）的控制器（101）进行振前扫频，通过所述测振器（104）测量所述桥墩（2）在所述激振器（105）额定频率范围内的全部共振峰，并获得所述桥墩（2）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（105）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（105）的所述电机转频f的a-f关系曲线；第六步、根据所述振前扫频共振数据和所述共振曲线，选取低频共振峰的亚共振频率作为所述桥墩（2）的主振频率，控制每台所述激振器（105）的振动频率均为所述桥墩（2）的主振频率，多台所述激振器（105）同时进行同频共振，对所述桥墩（2）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20...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨胜锋，杨坤，熊文府，李艳，杨秀山，黄华欢，骆源，岑杰，田小艳，杨琳俪，杨宇光，
申请(专利权)人：南宁市神华振动时效技术研究所，南宁神华机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45