Stop hole protection(止裂孔冷挤压)

　　许多桥梁上的疲劳裂纹通过钻孔阻止裂纹生长的方式来进行维修。但是，简单的钻孔只
　　能在短时间内阻止裂纹扩张。FTI开发的Stop hole protection系统冷挤压一个衬套于止裂孔内，支撑该孔并在孔周围引入残余抗压应力，即便该止裂孔错过了裂纹的尖端也能够保护该孔不受循环性荷载（的破坏）。通过独立的第三方实验表明，这样的维修方法将止裂孔的疲劳寿命延长至10倍以上
　　Stop hole protection源于FTI的冷挤压系统，FTI产品在全球范围广泛应用于各种商用和军用飞机，用于延长金属结构上孔的疲劳寿命。40年的专业经验使FTI成为冷挤压产品延伸应用领域的领军者。
　　

　　• 阻止孔中小裂纹的生长
　　• 延长止裂孔疲劳寿命10倍以上
　　• 具有成本效益的结构重新设计替代方案
　　• 安装的衬套允许进行积极的目视检查
　　• 简单易用的单面操作
　　• 降低维护和检查成本
　　

　　截至2007年，美国国家桥梁清单(NBI)中有599,766座桥梁。这些桥梁中约有32%是钢结构或连续钢结构上层建筑。钢桥由许多单独的钢构件组成，这些构件通过螺栓、铆钉和焊缝的某种组合连接起来；这些连接处最常见的问题是腐蚀和开裂或两者兼而有之。
　　钢桥连接处的开裂主要是由局部材料疲劳破坏引起的。疲劳是由可变载荷和循环载荷引起的裂纹的形成和扩展。疲劳裂纹通常会在一段时间内发生和增长，并且是有效应力范围、载荷事件频率和结构细节的函数。
　　如果允许疲劳裂纹扩展并达到临界裂纹长度，则可能发生断裂，导致构件的结构失效或整个结构的倒塌。延缓或阻止疲劳裂纹的进一步增长将显着节省补充检查要求的成本，显着降低业主的维修成本，并将避免关闭桥梁以完成更永久/临时的维修。桥梁上的结构疲劳失效会导致人员伤亡，增加基础设施的大量成本，并对旅行和商业造成重大干扰。
　　桥梁维护和维修领域常用的做法是使用止钻装置，也称为止裂孔(CAH)，以延缓疲劳裂纹的发展。这种方法在短期内通常是无效的，特别是如果不解决开裂的主要原因。这个问题并非桥梁行业独有。航空航天业也面临同样的金属疲劳问题和后果。此处描述的测试的目的是评估一种使用航空航天业经过验证的方法显着提高这些CAH有效性的方法。
　　

　　Miceli Consulting,LLC(MIC)聘请Southern Utah Engineering进行一系列独立疲劳测试，调查Fatigue Technology(FTI)Stop hole protection工艺在阻止桥梁钢疲劳裂纹方面的有效性。Stop hole protection工艺是FTI的StopCrack®工艺的衍生物，该工艺已在航空航天工业中使用了数十年，以延缓或阻止飞机结构疲劳裂纹的发展。Stop hole protection将FTI的高过盈配合ForceMate®冷膨胀衬套集成到CAH中。结合MIC和FTI设计了一个测试计划，以将典型的止裂孔与FTI的Stop hole protection工艺进行比较。
　　• 七个样本
　　• 22 kip MTS测试帧
　　• 使用传统的1/2英寸止裂孔修复了三个样品
　　• 在1/2英寸孔内使用Stop hole protection工艺修复了四个样品
　　• 试样以10Hz循环，直到在给定修复的另一侧出现新裂纹并扩展到0.15英寸或直到4,000,000次循环（一次测试除外-扩展到20,000,000次循环）
　　• 总应力=25ksi
　　• 应力比=0.05
　　

　　理论上，传统的CAH提供了一种推迟更昂贵的改造的方法。理想情况下，CAH可以充分降低应力集中以阻止进一步的裂纹扩展，但情况往往并非如此。
　　众所周知，在孔周围产生的残余压应力在延长金属部件的疲劳寿命方面提供了有益的结果。压应力保护孔免受循环拉伸载荷的影响，并降低与裂纹扩展相关的应力强度因子，从而最大限度地减少裂纹再引发的可能性并延缓或阻止疲劳裂纹扩展。在飞机和铁路行业，孔的冷挤压作为提高孔疲劳寿命的方法已成功使用了四十多年。FTI的Stop hole protection系统是这项技术的延伸。
　　当Stop hole protection用作桥梁中CAH的替代品时，它会在孔周围提供一个高残余压应力的区域。衬套的高过盈配合与诱发的残余压应力相结合，提供了必要的应力场修正，以阻止未来的裂纹扩展和萌生。
　　与CAH相比，Stop hole protection工艺的裂纹扩展寿命提高了60多倍。试样的寿命延长表明，Stop hole protection工艺显着提高了裂缝位置的寿命，并将为桥梁业主节省大量成本，并在用作传统CAH方法的替代品时减少对维修的昂贵重复检查的需要。
　　

　　• 与传统的CAH方法相比，Stop hole protection系统延缓了预裂纹的扩展并显着延长了裂纹扩展寿命。
　　• 与CAH相比，Stop hole protection工艺的裂纹再引发和试样寿命提高了60倍以上。在任何Stop hole protection样品中均未观察到重新引发，测试在预定的4,000,000次循环计数时停止。
　　• Stop hole protection工艺不仅在孔周围产生有益的残余压应力，而且还支撑孔并提供工艺结合的视觉指示。
　　• 事实证明，Stop hole protection过程安装简单快捷。
　　• 使用Stop hole protection的一个试样运行20,000,000次循环后没有明显的裂纹萌生。
　　

　　FTI的Stop hole protection套件包括安装1/2英寸直径的Stop hole protection衬套所需的工具，用于在钢桥上钻止裂孔。标准套件配有防水保护套，尺寸为9"x18"x21"，重约32磅。
　　当电源不可用时，标准套件带有一个液压手动泵。FTI还提供一个电动powerpak（单独出售），用于更快、更轻松地安装Stop hole protection。

　　Stop hole protection套件包括：
　　• 初孔钻头
　　• 初孔铰刀
　　• 1/2″衬套（长度可变）
　　• 组合校验仪
　　• 芯棒
　　• 芯棒仪表
　　• 卡爪&鼻顶帽
　　• 拉枪&手摇泵*
　　• 小型工具箱&耐用箱子
　　

　　Stop hole protection案例研究
　　FTI的技术已在航空航天工业中以各种材料、尺寸和性能水平年复一年地得到验证。以下是我们最近的一些基础设施案例研究。
　　

　　Stop hole protection标准1/2"衬套维修
　　项目描述
　　马纳霍金湾大桥由17个钢铆接跨度、连续、悬臂梁和地板梁系统组成，于1959年通车。经过修复工作，在许多地方发现了疲劳裂纹。所有裂缝都是楼板梁腹板中类似的水平裂缝和楼板梁与大梁支架连接处的垂直裂缝。水平裂纹通常通过在裂纹尖端钻裂纹止裂孔(CAH)来修复，这在例行检查中进行监测。该结构上的传统CAH直径约为1英寸。通常，裂纹会继续扩展到钻孔之外。裂纹似乎是从平面外弯曲载荷条件开始的。
　　一般性意见
　　选择几个候选裂纹应用FTI Stop hole protection止裂系统，以观察该方法的有效性。工具工作正常，衬套已安装。
　　

　　Stop hole protection标准1/2“衬套维修
　　项目说明
　　HNTB代表新泽西州收费公路管理局（NJTA）联系了疲劳技术（FTI）公司，以便在沿着焊缝连接的裂缝附近应用FTI Stop hole protection工艺，该焊缝连接将法兰连接到典型地板梁的腹板。该项目的目的是比较典型止裂孔（CAH）与Stop hole protection的有效性。在新泽西州收费公路（林肯隧道立交桥）的里程标E.112.95A、17号立交桥-匝道网（A）处发现了六条裂缝。所有裂纹均被确定为平面外弯曲裂纹。以裂纹尖端为中心直接钻入焊接材料的典型CAH已被证明不会阻止裂纹的扩展。
　　一般性意见
　　本任务的目标是在裂纹一端钻一个标准的1.0英寸CAH，在裂纹另一端钻一个FTI Stop hole protection方法。安装Stop hole protection时，直径为½“的Stop hole protection孔的中心在法兰下方移动¾”，在可见裂纹尖端前方移动¼”，没有焊接材料。由此产生的残余压应力会在裂纹尖端产生裂纹闭合效应，从而延缓裂纹的扩展。NJTA发布的“结构钢维修详情和交通维护与保护，第6号计划变更”中详细说明了所遵循的程序。实验室证明，与传统CAH配置相比，该方法的有效性使裂纹扩展寿命至少提高了3:1。
　　这项任务在一天内完成。钻CAH更困难，因为焊缝材料坚硬，钻头被焊缝推离法兰。Stop hole protection孔更小、更快，并且更容易钻离焊缝的热影响区。
　　

　　纽约州玛格丽特维尔
　　Stop hole protection标准1/2“衬套维修
　　项目说明
　　NYSDOT BIN 1053430在识别出begin侧左侧桁架8号开裂的地板梁后，被标记为红色。裂缝位于地板梁中，在顶部和底部对其进行火焰处理，以便于与桁架连接。火焰损坏和凹槽需要在多个位置进行螺栓修复。地板梁8中的一个未修复位置产生了裂纹，裂纹延伸至连接角底部上方1.25英寸。NYSDOT已要求FTI在该裂纹末端安装Stop hole protection，以评估该工艺在阻止此类裂纹方面的效果。
　　一般性意见
　　进入裂纹位置，在可见裂纹尖端之前钻取½英寸Stop hole protection孔，从裂纹尖端到孔边缘留下约1/16英寸。使用FTI工具安装Stop hole protection衬套。