吊車軌道偏心作用下鋼吊車梁受力性能的研究

王鵬鑫

摘要： 經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)包鋼煉鋼廠A列某根吊車梁軌道偏心值超過了規(guī)范的要求。通過在吊車梁上應(yīng)力較大、集中的部位布置測點(diǎn)，采集了額定荷載工況下，吊車沿廠房縱向往復(fù)行駛時(shí)，鋼吊車梁應(yīng)力集中部位（支座處、上翼緣與腹板交界處）的應(yīng)變數(shù)值，并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理分析。結(jié)果表明：規(guī)范中，“吊車軌道的中心偏離腹板中心的距離需小于1/2腹板厚度”的規(guī)定是偏于保守的，可以適當(dāng)放松。

Abstract： It is found that a crane beam orbit eccentricity value exceeds the standard in the Baotou Steel plant. The measurement points are arranged at the part of the crane beam with larger and centralized stress， so strain values at this part are collected under the rated load conditions when the crane moves back and forth along the powerhouse， and the test data is analyzed. The results show that： in the standard， the rule that "distance of the crane rail center offsetting from the web center must be less than 1/2 thickness of Web" is conservative， and can be appropriate to relax.

關(guān)鍵詞： 鋼吊車梁；軌道偏心；應(yīng)力測試

Key words： steel crane girder；orbital eccentricity；stress test

中圖分類號：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1006-4311（2017）16-0147-02

0 引言

鋼吊車梁系統(tǒng)是冶金工業(yè)廠房的重要組成部分，吊車梁能否正常工作直接影響著生產(chǎn)的正常進(jìn)行。在近年的冶金工業(yè)廠房吊車梁系統(tǒng)的安裝和使用過程中發(fā)現(xiàn)，吊車軌道中心相對于腹板中心通常會(huì)產(chǎn)生一定的偏差，有的偏心值甚至嚴(yán)重超過了規(guī)范的要求[1]。包頭鋼鐵集團(tuán)大連鑄廠房始建于1994年，該廠房的重級工作制A列吊車梁經(jīng)過長期使用后，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，多個(gè)位置的吊車軌道偏心值超過了規(guī)范的要求。為確保該廠房生產(chǎn)的安全可靠性，防止發(fā)生安全事故，選取其中一根吊車軌道偏心值為14mm的吊車梁進(jìn)行分析，對該吊車梁進(jìn)行了動(dòng)態(tài)荷載作用下現(xiàn)場應(yīng)變的采集，分析吊車軌道偏心對重級工作制鋼吊車梁受力性能的影響。

1 試驗(yàn)概況

1.1 吊車梁系統(tǒng)概況

所選取的吊車梁位于該廠房A列12-14軸，截面為焊接工字型，跨度為18m，上、下翼緣，支座加勁肋板厚均為28mm，腹板為20mm厚，鋼材為Q345鋼，截面尺寸如圖1所示。

根據(jù)廠房提供的吊車資料，起重機(jī)為140/40/15t鑄造橋式吊車。工作級別為A6，最大輪壓為465kN，吊車總重321.3t，小車重118.7t，起重機(jī)單側(cè)輪數(shù)為8個(gè)。該吊車梁系統(tǒng)由吊車梁、制動(dòng)結(jié)構(gòu)、輔助桁架及支撐（水平支撐和垂直支撐）等構(gòu)件組成。吊車梁主要承受來自吊車的豎向輪壓荷載作用，而制動(dòng)結(jié)構(gòu)主要承受小車的橫向水平荷載作用，輔助桁架及支撐的作用為保證吊車結(jié)構(gòu)的剛度及整體性[2]。

1.2 測點(diǎn)布置

由于該吊車梁為簡支梁且結(jié)構(gòu)構(gòu)造左右對稱，因此選取該吊車梁的一半進(jìn)行測試，在其腹板及上翼緣共布置了5個(gè)測點(diǎn)。測點(diǎn)1，2，4處粘貼應(yīng)變花，且均布置在腹板上，其中測點(diǎn)1位置靠近支座端，測點(diǎn)2位于距支座端1/4跨度處，測點(diǎn)4位于跨中。測點(diǎn)3及測點(diǎn)5位于上翼緣，每個(gè)位置均為縱、橫向兩個(gè)應(yīng)變片。

各測點(diǎn)具體位置如圖2所示。

1.3 現(xiàn)場應(yīng)力測試

在該吊車的額定起吊工況下，使小車位于橋架（大車）的最左端（靠近測試吊車梁一側(cè)），利用動(dòng)態(tài)應(yīng)變采集儀記錄下大車從該吊車梁的一端（北）行駛過另一端（南）的過程中所產(chǎn)生的應(yīng)變數(shù)值。接著在同樣的工況下，記錄吊車相反方向（由南往北）行駛時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)變數(shù)值。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 應(yīng)力測試數(shù)據(jù)分析

在平面應(yīng)力狀態(tài)下，對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析[3]，所得出的各個(gè)測點(diǎn)的最大等效應(yīng)力數(shù)值如表1所示。

2.2 應(yīng)力測試結(jié)果分析

①五個(gè)測點(diǎn)中，測點(diǎn)1的等效應(yīng)力值最大，為240MPa，但是仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于該鋼板的屈服強(qiáng)度fy（345MPa），說明該鋼板變形仍然處于彈性階段。

②測點(diǎn)2號，3號的等效應(yīng)力值分別為116MPa和137MPa，測點(diǎn)4號，5號的等效應(yīng)力值分別為107MPa和116MPa，測點(diǎn)4等效應(yīng)力小于測點(diǎn)2的等效應(yīng)力，測點(diǎn)5的等效應(yīng)力小于測點(diǎn)3的等效應(yīng)力，表明截面a所承受的應(yīng)力要更大一些，分析其原因，根據(jù)影響線的原理，截面a的位置更靠近該吊車梁的最不利荷載位置。

③截面a處，3號測點(diǎn)的應(yīng)力（137MPa）大于2號測點(diǎn)的應(yīng)力（116MPa）；截面b處，5號測點(diǎn)的應(yīng)力（116MPa）大于4號測點(diǎn)的應(yīng)力（107MPa），說明同一個(gè)截面上，上翼緣與腹板交界處，翼緣所受應(yīng)力要大于腹板所受的應(yīng)力。

3 結(jié)語

在吊車額定工況運(yùn)行下，對邊界條件為簡支的凸緣式支座鋼吊車梁進(jìn)行了關(guān)鍵部位的應(yīng)力測試，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：

①吊車軌道中心偏離腹板中心的距離超過規(guī)范規(guī)定的最大值40%的情況下，吊車梁的最大應(yīng)力出現(xiàn)在靠近支座端的腹板上，該最大應(yīng)力值遠(yuǎn)小于腹板的屈服強(qiáng)度fy，說明該吊車梁腹板的變形仍然處于彈性階段；

②在該吊車梁的彎矩最大截面處，上、下翼緣各個(gè)點(diǎn)的等效應(yīng)力也遠(yuǎn)小于其屈服強(qiáng)度fy；

因此，《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50205-2001）續(xù)表E.0.2中，“吊車軌道的中心偏離腹板中心的距離需小于1/2腹板厚度”的規(guī)定是偏于保守的，可以適當(dāng)放松。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]姚諫，夏志斌.鋼結(jié)構(gòu)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社（第2版），2011.

[3]熊仲明，王社良.土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.