Zvyšování únavové životnosti ocelových konstrukcí a mostů vysokofrekvenčním mechanickým opracováním svarů

Abstract

Současné intenzivní zatížení dopravní infrastruktury zvyšuje riziko únavového poškození svařovaných ocelových mostních konstrukcí. V reakci na potřebu prodloužení životnosti svarových spojů je v článku představena a ověřena technologie vysokofrekvenčního mechanického opracování svarů (HFMI), která vnáší do povrchové vrstvy tlaková předpětí a optimalizuje geometrii přechodu svarového kovu do základního materiáluExperimentální program zahrnoval 136 obdélníkových zkušebních vzorků z ocelí S355J2+N, S460NL, S690QL a S960QL. Po standardním svařování metodou MAG byly vzorky rozděleny na skupiny „as welded“ (AW) a skupiny ošetřené HFMI, poté vystaveny čtyřbodovému ohybu při různých středních napětích R (0,1; 0,55; 0,7). Při nízkém R = 0,1 se únavová kategorie detailu zvýšila až o 8 FAT tříd, zatímco při vyšších R dosahovalo navýšení průměrně 2 FAT kategorieVýsledky potvrzují potenciál HFMI jako rychlé, ekonomické a účinné metody nejen pro návrh nových mostních konstrukcí, ale i pro opravu lokálních únavových trhlin. Aplikace HFMI umožňuje při zachování únavové odolnosti snížení tloušťky materiálu a tím optimalizaci spotřeby materiálu s ohledem na udržitelné navrhování dopravní infrastrukturyThe increasing traffic loads on transportation infrastructure heighten the risk of fatigue damage in welded steel bridge structures. This paper introduces and validates the high-frequency mechanical impact (HFMI) treatment, which induces compressive residual stresses and improves the weld toe geometry to extend fatigue life.An experimental program involved 136 rectangular specimens of S355J2+N, S460NL, S690QL, and S960QL steels. After MAG welding, specimens were split into “as welded” (AW) and HFMI-treated groups, then subjected to four-point bending fatigue tests under mean stress ratios R = 0.1, 0.55, and 0.7. At R = 0.1, HFMI treatment increased the FAT category by up to eight classes, while at higher R values the increase averaged two FAT classes.These findings demonstrate HFMI as a rapid, cost-effective, and efficient method for both new bridge design and fatigue-crack repair. HFMI application allows material-thickness reduction while maintaining fatigue performance, supporting sustainable transportation infrastructure design.