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 infrastruktury

The 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.