桥梁螺栓疲劳断裂失效分析

桥梁螺栓疲劳断裂失效分析

摘要：社会经济的快速发展，促使各领域的制造工艺和相关技术水平都有了

极大的提升。在提升技术的同时，企业对产品的可靠性也提出了更高的要求。桥

梁建造作为一项能够便捷人们出行的工程，其结构的稳定性和安全性对于整个工

程的质量和社会效益有着极为重要的意义。但是在实际的工程建造和维护中，不

难发现，工作人员将主要的关注点放在了较大的部件上，而对于小部件，尤其是

螺栓部件不重视，导致桥梁螺栓疲劳断裂失效。因此，注重桥梁小部件的检查与

维修，对桥梁螺栓疲劳断裂失效进行分析，对于社会的发展而言有着极为重要的

意义。本文基于疲劳断裂失效及断裂分析的重要性基础上，对缸盖螺栓的断裂失

效原因进行分析，并提出了相应的优化措施。

关键词：桥梁螺栓；疲劳断裂；失效

引言：自工业革命和改革开放以来，我国的工业得到了极大的发展，尤其是

金属矿山开采、铁路建设、桥梁建造等领域，均获得了相当的进步。在桥梁建造上，因为技术和工艺的革新，整体的建造水平呈现出向上的态势，但是在发展的

同时，还存在着许多需要格外关注的问题。如桥梁的疲劳断裂失效行为。造成桥

梁疲劳断裂的原因多种多样，最容易忽视的是螺栓疲劳断裂失效。细节决定成败，即使对大部件进行完善的检查和维护，但是忽视小部件就会造成不可想象的后果。一旦桥梁发生坍塌，不仅会造成极大的经济损失，还会严重威胁人们的生命安全。因此，要想保证桥梁整体的安全性和稳定性，达到一个更高的运行质量，必须关

注桥梁螺栓疲劳断裂情况，做好合适的检查和维修工作，作出合理的预防措施，

从而有效减少事故的发生。随着人们越来越高的，对产品的可靠性要求，疲劳断

裂失效问题逐渐成为了各企业所关注的重点。

一、疲劳断裂失效及进行断裂分析的重要性

疲劳断裂主要指的是因为在某个部位应力集中，或者是强度较低的部位出现

裂纹，裂纹随后放大延展导致的断裂。简单来说，疲劳断裂就是超出了材料的疲

劳极限。断裂一般可以分为两种类型，即延性断裂和脆性断裂。疲劳断裂属于脆

性断裂，因其与一般断裂不尽相同，将疲劳断裂与静载延滞断裂从脆性断裂中分

开独立出来。由此而来，断裂失效就分为了四种类型，即延性断裂失效、脆性断

裂失效、疲劳断裂失效和静载延滞断裂失效。在疲劳断裂失效中，其指的是零件

在交变载荷的作用下而产生的断裂。因疲劳断裂失效在断裂失效中占有极大的比例，根据载荷变形的情况，还可以将其分为接触疲劳断裂和腐蚀疲劳断裂、高周

疲劳断裂和低周疲劳断裂、热疲劳断裂等。

在工程结构中，断裂属于最主要、最常见也是最具危险性的失效情况。桥梁

结构中，对其产生极大影响性的失效行为就是疲劳断裂失效，这种失效行为常常

会突然发生，并且没有明显的预兆，等到失效行为发生时，不仅会对桥梁的整体

结构产生破坏，还会造成严重的经济损失，更为重要的是，一旦桥梁出现断裂失

效情况，就会造成严重的人员伤亡，对人们的生命安全造成相当的威胁。虽然螺

栓在整体的桥梁结构中属于较小的部件，但是一旦其出现大量的疲劳断裂失效行为，就会从根基上破坏稳定，从而不断延展，直至桥梁出现坍塌，造成重大事故。可以看到，在以往的桥梁事故中，因为螺栓疲劳断裂造成的失效行为不是少数。

因此，对桥梁中的机械零件进行严格、定期的检查，分析以往案例中失效行为出

现的原因，并制定相应的预防措施，对于提高桥梁安全性和稳定性，减少事故出

现的几率，具有相当重要的经济效益和社会效益，对于保证人民安全有着重要的

意义。

1.

缸盖螺栓的断裂失效原因

造成螺栓疲劳断裂的原因多种多样[1]。经过对以往案例的分析以及相关实验，可以发现，造成桥梁螺栓疲劳断裂的主要原因有以下几点：一是应力集中，当应

力系数越大的时候，引起的应力集中程度就更高，进而在过渡圆弧处产生的应力

就会越大。在这种情况下，就会导致裂纹的出现，在不被发现的时间里不断扩展，后造成疲劳断裂失效行为；二是金相组织的影响。马氏体组织在经过淬火后，形

成的表拉内压的参与内应力因为回火不够充分，会出现释放不彻底的情况，进而

在零件的表层出现拉应力；三是原材料的影响。造成疲断裂的另一个根本原因就

是螺栓的夹杂物不能够满足桥梁技术要求。因为原材料组织中的低倍缺陷，会破

坏基体的连续性，减少有效的截面，从而降低桥梁强度，在缺陷处产生应力，最

终导致桥梁螺栓疲劳断裂失效行为的出现；四是过载。起初在对缸体进行安装时，一般都是人为进行安装，这就会存在人为因素的影响，如缸体上的螺栓出现受力

不均匀的情况。因为零件受力不均匀，就会造成气缸咋真正工作时，在交变载荷

的一定作用下，螺栓会承受最大的预紧力，会在局部缺陷地方以及应力集中处出

现裂纹，最终导致疲劳断裂失效行为的出现。除此之外，造成桥梁螺栓疲劳断裂

失效行为出现的原因还包括相关工艺落后、表面处理不恰当等，为更好的保证桥

梁的运行安全，需要不断分析螺栓断裂失效行为出现的原因，并不断设计和完善

相关技术，从而有效提高桥梁的运行质量。

1.

桥梁螺栓疲劳断裂失效优化措施

（一）对表面处理工艺进行完善

在造成桥梁螺栓疲劳断裂失效的原因中，表面处理工艺不完善是造成失效行

为的关键。在以往的处理工艺中，往往回忽视氢的影响。氢会以原子状态渗入至

镀层和基体金属的晶格中，从而造成内应力，引起材料出现“氢脆”情况，大大

影响材料的使用寿命，最终造成断裂情况的出现。因此，在优化措施上，要注意

对表面工艺进行完善。

如在实际的工艺中，采用加热处理，通过这种方式来赶走零件中的氢。去氢

处理是避免零件出现氢脆现象的关键，因此必须严谨进行，对工艺进行完善[2]。

在进行去氢处理时，一般将温度控制在200摄氏度，时间控制在20小时。为了

更好的进行去氢处理，可以将温度提高至230摄氏度，保温时间增加至34小时，以此有效达到表面处理效果。

（二）合理选择材料

在引起桥梁螺栓断裂失效的原因中，是否选择了合适的材料是决定断裂程度

的关键。零件的安全系数对于桥梁的整体质量有着至关重要的作用[3]。因此，在

材料选择上，必须严谨认真，依据桥梁的实际需求来选择。