Bearbeiding av sveiser kan gi billigere broer

Poja Shams Hakimi har nylig oppnådd doktorgrad ved Chalmers tekniska högskola med avhandlingen “Fatigue improvement of steel bridges with high-frequency mechanical impact treatment”.

- Mange broer er satt sammen av stålelementer, som er festet sammen ved hjelp av sveising. I mitt forskningsprosjekt har jeg undersøkt ytelsen til sveiser som bearbeides ved hjelp av høyfrekvent mekanisk påvirkning (HFMI), forteller Shams Hakimi.

HFMI er i prinsippet en bearbeiding etter at selve sveisingen er ferdig, der sveisen hamres med høy frekvens slik at sveisen blir stående i trykk og dermed tåler utmatting bedre.

Bearbeiding av sveisene kan spare kostnader

- Jeg har undersøkt ytelsen til sveiser bearbeidet med hjelp av høyfrekvent mekanisk påvirkning for å se hvordan tretthetsgraden i materialet forbedres. Mine resultater viser at forbedring av tretthetsgrad ved hjelp av høyfrekvent mekanisk påvirkning kan gjøre det mulig å bygge lettere broer, samtidig som man utnytter fordelene med høyfast stål, understreker han.

- Jeg har gjennomført undersøkelser av forskjellige brotyper, og resultatene viser at det er mulig å oppnå 20 % materialbesparelse i de viktigste bærende elementene gjennom etter-sveisebehandling og bruk av økte stålkvaliteter der det er nødvendig. Jeg har også kartlagt begrensninger ved forbedringsgraden og valget av stålkvalitet, sier han.

Les mer om hvordan HFMI gjennomføres på Wikipedia.  

Tykkelse på stålplater til broer bør tas med i designfasen

Shams Hakimi forteller om metoden for forskningsprosjektet sitt:

- Eksperimentelt arbeid med HFMI-behandlede sveiser med tykke hovedplater som er relevante for broer, er mangelvare i litteraturen, derfor studerte jeg tykkelseseffekten basert på en etablert database med 582 utmattelsestestresultater av forskjellige typer HFMI-behandlede sveisdetaljer samlet fra 28 studier. Resultatene viste at HFMI også er effektivt for å forbedre utmattingsegenskapene til de tykke platene.

I tillegg har jeg gjennomført utmattingsforsøk av en typisk utmattingspåkjent detalj i stålbroer med bærende plater på 40 og 60 mm, som viste en betydelig forbedring av utmattingsegenskapene etter HFMI-behandling.

 - Jeg har gjennomført undersøkelser av fire broer som er i drift i Sverige. Jeg undersøkte ytelsen til HFMI-behandlede sveiser i komposittbroer i stål og betong ved hjelp av simuleringer av belastning med variabel amplitude. Det ble vist at i slike broer er det svært høye og varierende spenningsforhold på grunn av en høy andel egenvektspenninger, som utgjør opptil 50% av de høyeste totale spenninger. Videre fant jeg at de kritiske stedene med tanke på utmatting i HFMI-behandlede broer forblir uendret sammenlignet med konvensjonelle broer, og at komprimerende overbelastning ikke utgjør noen skadelig effekt som krever ytterligere oppmerksomhet i utmattingsvurderingen.

 Kort oppsummert, mitt forskningsprosjekt viser at sveiser som bearbeides ved hjelp av høyfrekvent mekanisk påvirkning har stort potensial for å redusere mengden stål som kreves ved bygging av nye broer, men det er også store muligheter til å forlenge levetiden til eksisterende broer også, avslutter Shams Hakimi.