吊車梁形式與設(shè)計(jì)

李軍喜　李建春

摘要：在設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到吊車梁的設(shè)計(jì)，本文主要從吊車梁所承受的荷載、吊車梁的形式、吊車梁的設(shè)計(jì)等方面簡(jiǎn)單談一下。

關(guān)鍵詞：吊車梁荷載截面設(shè)計(jì)穩(wěn)定性驗(yàn)算制動(dòng)結(jié)構(gòu)

0引言

在工業(yè)工程項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常遇到吊車梁，下面我簡(jiǎn)要談?wù)勎以谶@方面的總結(jié)，主要包括；吊車梁所承受的荷載、吊車梁的形式、吊車梁的設(shè)計(jì)等方面。

1吊車梁所承受的荷載

吊車在吊車梁上運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生三個(gè)方向的動(dòng)力荷載：豎向荷載、橫向水平荷載和沿吊車梁縱向的水平荷載?？v向水平荷載是指吊車剎車力，其沿軌道方向由吊車梁傳給柱間支撐，計(jì)算吊車梁截面時(shí)不予考慮。吊車梁的豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)采用吊車最大輪壓或最小輪壓。吊車沿軌道運(yùn)行、起吊、卸載以及工件翻轉(zhuǎn)時(shí)將引起吊車梁振動(dòng)，特別是當(dāng)?shù)踯囋竭^(guò)軌道接頭處的空隙時(shí)還將發(fā)生撞擊，因此在計(jì)算吊車梁及其連接強(qiáng)度時(shí)吊車豎向荷載應(yīng)乘以動(dòng)力系數(shù)。對(duì)懸掛吊車(包括電動(dòng)葫蘆)及工作級(jí)別A1～A5的軟鉤吊車，動(dòng)力系數(shù)可取1.05：對(duì)工作級(jí)別A6～A8的軟鉤吊車、硬鉤吊車和其他特種吊車，動(dòng)力系數(shù)可取為1.1。

橫向水平荷載應(yīng)等分于橋架的兩端，分別由軌道上的車輪平均傳至軌道，其方向與軌道垂直，并考慮正反兩個(gè)方向的剎車情況。對(duì)于懸掛吊車的水平荷載應(yīng)由支撐系統(tǒng)承受，可不計(jì)算。手動(dòng)吊車及電動(dòng)葫蘆可不考慮水平荷載。

計(jì)算重級(jí)工作制吊車梁及其制動(dòng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及連接(吊車梁、制動(dòng)結(jié)構(gòu)、柱相互間的連接)的強(qiáng)度時(shí)，由于軌道不可能絕對(duì)平行、軌道磨損及大車運(yùn)行時(shí)本身可能傾斜等原因，在軌道上產(chǎn)生卡軌力，因此鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定應(yīng)考慮吊車擺動(dòng)引起的橫向水平力，此水平力不與小車橫行引起的水平荷載同時(shí)考慮。

2吊車梁的形式

吊車梁一般設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)支梁，設(shè)計(jì)成連續(xù)梁固然可節(jié)省材料，但連續(xù)梁對(duì)支座沉降比較敏感，因此對(duì)基礎(chǔ)要求較高。吊車梁的常用截面形式，可采用工字鋼、H型鋼、焊接工字鋼、箱型梁及桁架做為吊車梁。桁架式吊車梁用鋼量省，但制作費(fèi)工，連接節(jié)點(diǎn)在動(dòng)力荷載作用下易產(chǎn)生疲勞破壞，故一般用于跨度較小的輕中級(jí)工作制的吊車梁。一般跨度小起重量不大(跨度不超過(guò)6米，起重量不超過(guò)30噸)的情況下，吊車梁可通過(guò)在翼緣上焊鋼板、角鋼、槽鋼的辦法抵抗橫向水平荷載，對(duì)于焊接工字鋼也可采用擴(kuò)大上翼緣尺寸的方法加強(qiáng)其側(cè)向剛度。

對(duì)于跨度或起重量較大的吊車梁應(yīng)設(shè)置制動(dòng)結(jié)構(gòu)，即制動(dòng)梁或制動(dòng)桁架；由制動(dòng)結(jié)構(gòu)將橫向水平荷載傳至柱，同時(shí)保證梁的整體穩(wěn)定。制動(dòng)梁的寬度不宜小于1～1.5米，寬度較大時(shí)宜采用制動(dòng)桁架。吊車梁的上翼緣充當(dāng)制動(dòng)結(jié)構(gòu)的翼緣或弦桿，制動(dòng)結(jié)構(gòu)的另一翼緣或弦桿可以采用槽鋼或角鋼。制動(dòng)結(jié)構(gòu)還可以充當(dāng)檢修走道，故制動(dòng)梁腹板一般采用花紋鋼板，厚度6～10毫米。對(duì)于跨度大于或等于12米的重級(jí)工作制吊車梁，或跨度大于或等于18米的輕中級(jí)工作制吊車梁宜設(shè)置輔助桁架和下翼緣(下弦)水平支撐系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)置垂直支撐，其位置不宜設(shè)在發(fā)生梁或桁架最大撓度處，以免受力過(guò)大造成破壞。對(duì)柱兩側(cè)均有吊車梁的中柱則應(yīng)在兩吊車梁間設(shè)置制動(dòng)結(jié)構(gòu)。

3吊車梁的設(shè)計(jì)

3.1吊車梁鋼材的選擇吊車梁承受動(dòng)態(tài)荷載的反復(fù)作用，因此，其鋼材應(yīng)具有良好的塑性和韌性，且應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017條款3.3.2～3.3.4的要求。

3.2吊車梁的內(nèi)力計(jì)算由于吊車荷載為移動(dòng)荷載，計(jì)算吊車梁內(nèi)力時(shí)必須首先用力學(xué)方法確定使吊車梁產(chǎn)生最大內(nèi)力(彎矩和剪力)的最不利輪壓位置，然后分別求梁的最大彎矩及相應(yīng)的剪力和梁的最大剪力及相應(yīng)彎矩，以及橫向水平荷載在水平方向產(chǎn)生的最大彎矩。計(jì)算吊車梁的強(qiáng)度及穩(wěn)定時(shí)按作用在跨間荷載效應(yīng)最大的兩臺(tái)吊車或按實(shí)際情況考慮，并采用荷載設(shè)計(jì)值。

計(jì)算吊車梁的疲勞及撓度時(shí)應(yīng)按作用在跨間內(nèi)荷載效應(yīng)最大的一臺(tái)吊車確定，并采用不乘荷載分項(xiàng)系數(shù)和動(dòng)力系數(shù)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算。求出最不利內(nèi)力后選擇梁的截面和制動(dòng)結(jié)構(gòu)。

3.3吊車梁的強(qiáng)度、穩(wěn)定承載力驗(yàn)算

3.3.1強(qiáng)度驗(yàn)算假定吊車橫向水平荷載由梁加強(qiáng)的上翼緣或制動(dòng)梁或桁架承受，豎向荷載則由吊車梁本身承受，同時(shí)忽略橫向水平荷載對(duì)制動(dòng)結(jié)構(gòu)的偏心作用。對(duì)于無(wú)制動(dòng)結(jié)構(gòu)的吊車梁按下式驗(yàn)算受壓區(qū)最大正應(yīng)力：對(duì)于焊接組合梁尚應(yīng)驗(yàn)算翼緣與腹板交界處的折算應(yīng)力。梁的支座截面的最大剪應(yīng)力，在選截面時(shí)已予保證，不必驗(yàn)算。

3.3.2局部穩(wěn)定驗(yàn)算對(duì)于焊接組合梁，應(yīng)進(jìn)行局部穩(wěn)定設(shè)計(jì)及驗(yàn)算。

3.3.3整體穩(wěn)定驗(yàn)算當(dāng)采用制動(dòng)梁或制動(dòng)桁架時(shí)，梁的整體穩(wěn)定能夠保證，不必驗(yàn)算。

3.3.4吊車梁疲勞驗(yàn)算吊車梁直接承受動(dòng)力荷載，對(duì)重級(jí)工作制吊車梁和重級(jí)、中級(jí)工作制吊車桁架可作為常幅疲勞，驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度。驗(yàn)算的部位一般包括：受拉翼緣與腹板連接處的主體金屬、受拉區(qū)加勁肋的端部和受拉翼緣與支撐的連接等處的主體金屬以及角焊縫連接處。

3.3.6吊車梁剛度驗(yàn)算吊車梁在豎向荷載作用下的撓度要滿足給出的容許限值要求。對(duì)冶金工廠或類似車間中工作制為A7、A8的吊車梁，按一臺(tái)最大吊車的橫向水平荷載(按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范)，GB50009或本節(jié)5.6.1款取值)產(chǎn)生的撓度不宜超過(guò)制動(dòng)結(jié)構(gòu)跨度的1/2200。應(yīng)注意的是：在計(jì)算豎向撓度時(shí)系按自重和起重量最大的一臺(tái)吊車計(jì)算。

3.3.6吊車梁的合理構(gòu)造設(shè)計(jì)應(yīng)力集中是造成疲勞破壞的主要原因，因而應(yīng)特別關(guān)注吊車梁的細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)。焊接組合吊車梁的翼緣宜用一層鋼板，當(dāng)采用兩層鋼板時(shí)，外層鋼板宜沿梁通長(zhǎng)設(shè)置，并應(yīng)在設(shè)計(jì)和施工中采取措施使上翼緣兩層鋼板緊密接觸。吊車梁的翼緣板或腹板的焊接拼接應(yīng)采用加引弧板和引出板的焊透對(duì)接焊縫，引弧板和引出板割去處應(yīng)予打磨平整。焊接吊車梁和焊接吊車桁架的工地整段拼接應(yīng)采用焊接或高強(qiáng)螺栓的摩擦型連接。

吊車梁橫向加勁肋的寬度不宜小于90mm。在支座處的橫向加勁肋應(yīng)在腹板兩側(cè)成對(duì)布置，并與梁上下翼緣刨平頂緊。中間橫向加勁肋的上端應(yīng)與梁的上翼緣刨平頂緊，在重級(jí)工作制吊車梁中，中間橫向加勁肋亦應(yīng)在腹板兩側(cè)成對(duì)布置，而中、輕級(jí)工作制吊車梁則可單側(cè)設(shè)置或兩側(cè)錯(cuò)開(kāi)設(shè)置。在焊接吊車梁中，橫向加勁肋(含短加勁肋)不得與受拉翼緣相焊，但可與受壓翼緣焊接，端加勁肋可與梁上下翼緣相焊，中間橫向加勁肋的下端宜在距受拉下翼緣50~100mm處斷開(kāi)，其與腹板的連接焊縫不宜在肋下端起落弧。當(dāng)?shù)踯嚵菏芾砭壟c支撐相連時(shí)，不宜采用焊接連接。

重級(jí)工作制吊車梁中，上翼緣與柱或制動(dòng)桁架傳遞水平力的連接宜采用高強(qiáng)度螺栓的磨擦型連接，而上翼緣與制動(dòng)梁的連接，可采用高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接或焊縫連接。

吊車梁端部與柱的連接構(gòu)造應(yīng)設(shè)法減少由于吊車梁彎曲變形而在連接處產(chǎn)生的附加應(yīng)力。吊車梁的受拉翼緣邊緣，宜為軋制邊或自動(dòng)氣割邊，當(dāng)用手工氣割或剪切機(jī)切割時(shí)，應(yīng)沿全長(zhǎng)刨邊。吊車梁的受拉翼緣上下不得焊接懸掛設(shè)備的零件，并不宜在該處打火或焊接夾具。