網(wǎng)架結(jié)構(gòu)懸掛吊車軌道安裝技術(shù)分析

陳宇征

（北京動(dòng)力機(jī)械研究所，北京 100074）

0 前言

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)懸掛吊車軌道在建筑、橋梁等工程建設(shè)中應(yīng)用較多，各項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，但是在安裝及運(yùn)行過程中，經(jīng)常會(huì)因重心偏移等因素加大施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn)，因此要求施工單位必須嚴(yán)格按照專業(yè)規(guī)范對(duì)吊車軌道安裝作業(yè)進(jìn)行有效規(guī)劃和管理，保證安裝工作的順利進(jìn)行。

1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)懸掛吊車軌道節(jié)點(diǎn)連接分析

在工業(yè)建筑工程中，為滿足施工工藝要求，經(jīng)常需要在網(wǎng)架下懸掛輕級(jí)工作制吊車或者是電葫蘆，基于實(shí)際需求，必須要對(duì)動(dòng)荷載、鋼材疲勞以及吊車懸掛節(jié)點(diǎn)等問題進(jìn)行綜合分析，保證安裝技術(shù)的科學(xué)性，提高整個(gè)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝的穩(wěn)定性。分析網(wǎng)架結(jié)構(gòu)懸掛吊車軌道安裝技術(shù)，前提是明確各節(jié)點(diǎn)的連接形式及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文所論述吊車軌道為工字鋼梁，連接方式復(fù)雜度低，現(xiàn)場操作方便，因?yàn)殡y度低得以廣泛應(yīng)用[1]。但很多情況下因?yàn)榘惭b操作不規(guī)范產(chǎn)生偏差，以及吊車突然制動(dòng)產(chǎn)生水平力促使節(jié)點(diǎn)焊縫產(chǎn)生次應(yīng)力導(dǎo)致吊車壽命縮短。為提高軌道安裝效果，需要在形式上進(jìn)行更新，降低水平荷載對(duì)吊車軌道帶來的影響，降低實(shí)際安裝偏差。

2 網(wǎng)架懸掛吊車作業(yè)荷載分析

2.1 簡化計(jì)算模型

基于網(wǎng)架懸掛吊車軌道懸掛節(jié)點(diǎn)連接特點(diǎn)，對(duì)工字鋼梁形式進(jìn)行簡化，以簡支梁的形式進(jìn)行倒梁安裝，將工字鋼上部連接約束作為下部約束作用在工字鋼梁結(jié)構(gòu)上。

2.2 懸掛吊車荷載

（1）垂直荷載。工字鋼承受自重以及小車自重產(chǎn)生的荷載為q，吊物重量荷載作用力為P，基于影響線原理計(jì)算求出支座反力為最大輪壓。對(duì)于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以將計(jì)算得到的最大或最小輪壓，施加到網(wǎng)架下弦節(jié)點(diǎn)位置，最后根據(jù)荷載組合求出受力最不利情況，確定結(jié)構(gòu)所受荷載大小[2]。

（2）水平荷載。吊車水平荷載作用力的分析，可以分為橫向和縱向2個(gè)方面，其中橫向水平荷載作用力T＝0.12（Q+g），其中Q表示吊車額定起重量，g表示小車自重。分析可知吊車最大橫向水平荷載與豎直荷載的最不利位置相同，均可以利用影響線原理計(jì)算得到，但要同時(shí)兼顧橫向與縱向兩個(gè)作用影響。另外，計(jì)算縱向水平荷載時(shí)，可以看作吊車啟動(dòng)或者制動(dòng)產(chǎn)生的慣性力，利用公式T0＝Pmax/10計(jì)算，其中Pmax是最大輪壓。

（3）綜合荷載。為提高網(wǎng)架設(shè)計(jì)結(jié)果的穩(wěn)定性，不僅要考慮0.3 kN/m2上弦恒載、0.5 kN/m2上弦活載和0.1 kN/m2下弦恒載，還需要兼顧水平荷載與豎向荷載對(duì)吊車產(chǎn)生的影響，以承載力極限狀態(tài)確定荷載效應(yīng)組合形式，并將計(jì)算得到的荷載數(shù)值加到吊車下弦節(jié)點(diǎn)位置。但是在實(shí)際計(jì)算中，要明確可變荷載效應(yīng)控制的為最不利組合，結(jié)合動(dòng)力系數(shù)和不利因素修正系數(shù)μ，確定荷載效應(yīng)組合 St＝μ（rGSGK+βrQ1SQ1k）。其中 rG表示永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，取值1.2；表示可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，取值1.4；SGK表示永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的效應(yīng)值；SQ1K表示按照可變荷載值Q1k計(jì)算所得荷載效應(yīng)值；Q1k表示可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值，電葫蘆自重、額定起重量對(duì)應(yīng)荷載，以及電動(dòng)單梁懸掛起重機(jī)自重等，對(duì)網(wǎng)架產(chǎn)生的可變荷載，且電動(dòng)單梁懸掛起重機(jī)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值可確定為產(chǎn)品最大輪壓值Pmax、最小輪壓值Pmin或者手工計(jì)算值[3]。β表示動(dòng)力系數(shù)，取值1.05；μ表示修正系數(shù)，基于運(yùn)輸設(shè)備產(chǎn)品變更特點(diǎn)，以及軌道材料代換等情況，計(jì)算式取值電葫蘆值為1.13，單梁懸掛起重機(jī)取值為1.06。對(duì)水平荷載作用狀態(tài)進(jìn)行分析，為輕級(jí)制吊車，可在不計(jì)算間動(dòng)力系數(shù)和修正系數(shù)前提下得到數(shù)值，并施加到網(wǎng)架吊車軌道安裝節(jié)點(diǎn)。

2.3 鋼材疲勞計(jì)算。

鋼材疲勞也是影響網(wǎng)架懸掛吊車軌道安裝效果的重要因素，需要嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行分析。即對(duì)于直接承受動(dòng)力荷載重復(fù)作用影響的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件與連接，如果應(yīng)力循環(huán)變化次數(shù)n超過5×104次時(shí)，必須進(jìn)行鋼材疲勞計(jì)算。而對(duì)于應(yīng)力循環(huán)中未出現(xiàn)拉應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，無需進(jìn)行疲勞計(jì)算。以直接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)作為分析對(duì)象時(shí)，動(dòng)力荷載標(biāo)準(zhǔn)值無需乘以動(dòng)力系數(shù)。一般鋼材疲勞計(jì)算可以選擇應(yīng)用容許應(yīng)力幅法，以彈性狀態(tài)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算：Δs＝[Δs]。其中，Δs表示焊接部位應(yīng)力幅，且 Δs＝smax－smin；非焊接部位為折算應(yīng)力幅，Δs＝smax－0.7smin。其中，smax表示每次應(yīng)力循環(huán)中，計(jì)算部位所受最大拉應(yīng)力；smin表示每次應(yīng)力循環(huán)中，計(jì)算部位最小拉應(yīng)力與壓應(yīng)力；[Δs]表示容許應(yīng)力幅，單位 N/mm2；按照構(gòu)件、鏈接類別以及盈利循環(huán)次數(shù) n 計(jì)算，即[Δs]＝(C/n)1/β，可由構(gòu)件與連接類別查詢得到相關(guān)數(shù)據(jù)；n表示應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。

3 網(wǎng)架懸掛吊車安裝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 計(jì)算直線軌道

工字鋼為應(yīng)用最多的軌道形式，為提高吊車運(yùn)行的穩(wěn)定性，應(yīng)選擇相同型號(hào)的工字鋼。直線吊車軌道計(jì)算時(shí)，可選擇連續(xù)梁計(jì)算方法，重點(diǎn)分析最不利位置，對(duì)于影響線計(jì)算難度較大的情況，在保證網(wǎng)架懸掛吊車運(yùn)行安全性的基礎(chǔ)上，可以要求影響線算法精確性。但是要明確軌道損壞帶來的影響，按照二級(jí)安全等級(jí)計(jì)算，動(dòng)力系數(shù)確定為手動(dòng)電動(dòng)懸掛1.05，手動(dòng)單軌1.0，同時(shí)還要兼顧車輪磨損特點(diǎn)，截面矩需要乘以磨損系數(shù)，且為滿足不利條件運(yùn)行要求，鋼材剛度需要乘以折減系數(shù)[4]。

3.2 計(jì)算曲線軌道

計(jì)算曲線軌道時(shí)，因?yàn)樘幱谑芰顟B(tài)，多支點(diǎn)弧形界面工字形軌道為受彎矩開口薄壁構(gòu)件，計(jì)算難度大。為保證計(jì)算精度，對(duì)于支點(diǎn)數(shù)≥3的弧形軌道，可以直接按照3個(gè)支點(diǎn)計(jì)算，并且不考慮自重均布荷載，并乘以加大系數(shù)1.05。

3.3 節(jié)點(diǎn)屋蓋連接

應(yīng)用直接與下弦螺旋連接的方法處理吊車節(jié)點(diǎn)與鋼屋架難度更小，一般鋼架下弦懸掛吊車噸位較小，但高差調(diào)正不便，安裝時(shí)對(duì)下弦標(biāo)高有著十分嚴(yán)格的要求?；蛘咴趹覓斓踯嚬?jié)點(diǎn)與屋蓋連接時(shí)設(shè)置過渡板，不僅可以當(dāng)場完成高差測量，還可以調(diào)整高度。其中，吊車節(jié)點(diǎn)與梁連接時(shí)，節(jié)點(diǎn)鋼管與球連接，以鋼結(jié)構(gòu)為對(duì)象完成焊接疲勞計(jì)算，但要重點(diǎn)做好下部鋼管與鋼板連接位置的控制，該位置為薄弱環(huán)節(jié)，經(jīng)常會(huì)因?yàn)閼?yīng)力集中造成鋼板彎曲，可對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)肋補(bǔ)強(qiáng)[5]。吊車節(jié)點(diǎn)與螺栓球網(wǎng)架連接時(shí)，可以應(yīng)用大螺栓與螺栓球連接，但是抗疲勞性差，且螺栓直徑大淬透性差，安全風(fēng)險(xiǎn)較大?；蛘呤菓?yīng)用特殊帶長柄的球，控制好長柄和下弦垂直度，避免形成扭轉(zhuǎn)角，保證連接質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.4 節(jié)點(diǎn)軌道連接

分析吊車節(jié)點(diǎn)與軌道安裝作業(yè)，應(yīng)提前對(duì)安裝尺寸進(jìn)行檢查和調(diào)正，例如通過精制螺栓現(xiàn)場高空打孔后連接，將與屋蓋相連接部位制作成一個(gè)兩面開口的箱子，并連接兩側(cè)平板和軌道下部節(jié)點(diǎn)平板，隨時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行尺寸方位調(diào)正，待檢查確認(rèn)屋蓋撓度穩(wěn)定后，測量標(biāo)高和水平位置，將現(xiàn)場安裝誤差控制在0.5 mm以內(nèi)，最后安裝螺栓固定。條件允許情況下，可以將螺栓更改為焊接固定，但是要保證高空作業(yè)安全。

4 結(jié)語

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)懸掛吊車在工業(yè)與建筑領(lǐng)域中應(yīng)用較多，為保證作業(yè)的安全性與可靠性，需要在前期做好安裝管理，保證安裝作業(yè)每個(gè)細(xì)節(jié)的規(guī)范性與專業(yè)性。通過分析節(jié)點(diǎn)連接形式與特點(diǎn)，結(jié)合吊車受力荷載，選擇最為合適的安裝技術(shù)，提高整體安裝效果。

［1］王鵬鑫，李花.吊車軌道偏心作用下鋼吊車梁受力性能的研究［J］.價(jià)值工程，2017，36（16）：147－148.

［2］劉娜，郭燁彤.塢墻廊道頂面吊車軌道軸線偏移問題的技術(shù)處理［J］.中國水運(yùn)，2014（4）：358－359.

［3］唐揚(yáng)，鄧仲良，吳玉全，等.吊車軌道偏心對(duì)大噸位吊車梁受力性能的影響［J］.建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展，2010，12（3）：43－48.

［4］倪家明，胡現(xiàn)輝，胡茂林.吊車軌道監(jiān)測數(shù)據(jù)分析管理程序的開發(fā)［J］.測繪信息與工程，2009，34（1）：50－51.

［5］丁蕓孫.懸掛吊車軌道與節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)探討［C］.中國土木工程學(xué)會(huì)第十一屆空間結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2005.