[發明專利]一種碳纖維布加固修復起重機械受損鋼管結構的方法

有效

• 申請號: 202011156762.2
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112249896B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 殷晨波;華宏剛;宋飛;許明陽;趙佳偉;賴謙;紀籽臣;田夢懿
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B66C13/00
• 分類號: B66C13/00;B32B1/08;B32B37/12;B32B37/10;B32B15/18;B32B15/14;B32B9/00;B32B9/04;B32B38/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 徐芝強;胡建華

本發明公開了一種碳纖維布加固修復起重機械受損鋼管結構的方法，首先判斷出現裂紋待修復的鋼管是長管還是短管；根據長短管的受損情況，判斷是否能夠采用碳纖維布加固方式進行修復；選擇碳纖維布的粘貼方式和粘貼層數；對出現裂紋待修復的鋼管表面進行噴砂處理，使得鋼管表面形成均勻的凹坑；使用乙醇擦拭待修復的鋼管表面，并晾干后，在鋼管表面涂抹一層浸漬膠；同時，在碳纖維布的表面涂抹一層浸漬膠；將碳纖維布沿環向纏繞在鋼管上，待包裹完畢后沿纖維方向按壓碳纖維布，使之完整貼合在鋼管上；等到浸漬膠凝固后將貼合有碳纖維布的鋼管放入加壓袋中加壓固定，室溫中放置24h固化。

技術領域

本發明涉及碳纖維復合材料技術領域，具體是一種碳纖維布加固修復起重機械受損鋼管結構的方法

背景技術

起重機械作為移動物料的機電設備，廣泛應用于建筑業、制造業、交通運輸業等大中型工程領域，在國民經濟的生產建設中起著極大的作用。我國是起重機械制造及使用大國，保有量和年產量位居世界第一，使用量和使用頻率龐大使得每年有許多起重機械面臨報廢的問題。起重機械結構特殊，作業工況異常復雜，工作時金屬與物料間易因碰撞而產生裂紋，或者因結構承受交變載荷而產生疲勞損傷裂紋，給起重機械承載結構帶來安全隱患。如不及時處理，一旦起重機械發生斷裂倒塌等事故，將會造成較大人員傷亡和巨大的經濟損失。以塔式起重機為例，在近六年的486起塔機事故中，由于結構破壞造成的塔機坍塌130起，由于結構缺陷造成的失穩傾翻153起，占事故總體比例達58％。

然而，一旦出現裂紋缺陷就對損傷結構進行報廢是不現實的。起重機械多為大型結構件，損傷部位占整體比例小，直接更換則產生極大的資源浪費。頻繁更換周期長，在一定程度上延緩了工程進度。安裝和拆卸階段結構件連接薄弱，人員集中且安全系數低，易造成更多的傷亡事故。因此相比于更換結構件，對其損傷部位進行加固更經濟安全。

傳統的對受損鋼結構加固的方式主要有焊接、鉆止裂孔、鉚接鋼板等。焊接會產生殘余熱應力，使缺陷處應力分布更為復雜。鉆止裂孔和鉚接鋼板都是在原有結構上鉆孔，會增加新的應力集中而導致裂紋二次擴展，且附加鋼板使結構增重，不符合輕量化的設計理念。

復合材料膠粘加固技術作為再制造領域里的關鍵技術，廣泛應用于金屬梁結構、混凝土結構的加固和修復。膠粘纖維增強復合材料作為一種新的加固方式，其可靠性已得到廣泛證明。與其他傳統的加固方法相比，膠粘加固技術具有顯著的優勢：1)強度高且加固效果好。復合材料力學性能優異，抗拉強度比較高。損傷結構-膠粘劑-復合材料三者為一體的膠粘加固結構能夠承受更高載荷，延展性能也同時被優化。2)疲勞性能優越。復合材料本身疲勞性能好，疲勞極限較金屬材料更高，可以抵抗多種工況的動載荷和交變疲勞載荷，抗疲勞性能較傳統方法得到提高，因此具有更長的工作壽命周期和結構可靠性。3)卓越的可設計性。可通過獲取損傷結構的裂紋參數、載荷類型和實際工況進行設計方案制定，選擇不同參數與力學性能的復合材料和膠粘劑，來定制使用的加固工藝。采用最優化的加固方案來提高膠粘加固結構的承載能力，以恢復構件的力學性能。4)加固作業周期短。膠粘加固所需材料便于攜帶，施工過程簡單，在較短時間內即可完成加固修復。5)防腐蝕和耐久性強。復合材料耐酸堿、抗水、抗油，能夠抵抗化學介質侵入，因此可以抵抗起重機械工作環境的腐蝕危害，增強膠粘加固結構的耐久性。6)加固后結構增重小。復合材料密度較小，但力學性能優越，有較高的比強度和比剛度，復合材料能夠以更小的尺寸和更輕的質量獲得與傳統金屬材料同等的加固效果。目前，復合材料膠粘加固技術在航空航天，土木工程領域的研究已相對成熟，但應用在起重機械上的案例稀少，研究不足，復合材料加固技術在起重機械領域上還留有空缺。

發明內容

本發明的目的在于對起重機械的裂紋損傷鋼管結構進行修復加固，并針對金屬管環向變形和彎曲變形的兩種變形方式，以及不同的厚徑比、長徑比等提供最合適的碳纖維布膠粘方法，將碳纖維布膠粘修復技術運用于起重機械金屬圓管結構的效果最大化，促進碳纖維復合材料在起重機械再制造領域的應用。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：