某廠房吊車“啃軌”整改后檢測(cè)及原因分析

姜 巍

（1.安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站，安徽合肥230088；2.安徽省水利部淮委水利科學(xué)研究院，安徽合肥230088）

0 引 言

橋式吊車作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和起重運(yùn)輸中重要工具和設(shè)備，被廣泛地運(yùn)用到室內(nèi)外倉(cāng)庫(kù)、廠房、碼頭和露天貯料場(chǎng)等處，但在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，由于各種不利因素造成吊車“啃軌”、牛腿彈簧板焊縫斷裂等異常情況的發(fā)生。這些問(wèn)題不僅降低了生產(chǎn)效率，也對(duì)吊車運(yùn)行造成了安全隱患。針對(duì)以上異常問(wèn)題，本文結(jié)合工程實(shí)例，主要檢測(cè)與吊車系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的構(gòu)件和部位，通過(guò)計(jì)算分析得出造成吊車“啃軌”、構(gòu)件及部件損壞的原因，并對(duì)確保后期吊車的良好運(yùn)行提出建議。

1 工程概況

某廠房在建成后吊車使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)B～C跨行車“啃軌”嚴(yán)重，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)該橋式吊車（原有吊車跨度為22.3m，后改裝為22.5m使用）角部四個(gè)車輪的安裝位置不是矩形的四角，“啃軌”導(dǎo)致軌道削弱、變形，出現(xiàn)軌道壓塊滑移，雖臨時(shí)采用加焊小擋塊強(qiáng)制固定，但仍出現(xiàn)B～C跨個(gè)別吊車梁與柱身連接板螺栓松動(dòng)掉落、吊車梁螺栓松動(dòng)、部分吊車梁與牛腿連接彈簧板拉裂、牛腿扭曲等異常現(xiàn)象，如圖1、圖2所示。根據(jù)此類狀況，有關(guān)單位提出方案進(jìn)行整改，具體整改情況：①采用L50×5角鋼間斷焊于鋼柱翼緣板自由邊上進(jìn)行加固，加固柱列編號(hào)B-1、B-3、B-4、B-5、B-9、B-11、B-13、B-14、B-15、C-5，C-9、C-14、C-16。②增加支承加勁肋加固牛腿，加固牛腿編號(hào)B-3、B-13、C-9、C-12。③對(duì)吊車梁與牛腿連接彈簧板拉裂焊縫進(jìn)行重焊；相鄰兩吊車梁接頭部位的間隙用鋼板塞緊。④B～C跨所有吊車梁與剛架柱間增加L50×5mm隅撐。⑤B～C軸的所有軌道進(jìn)行更換。

圖1 牛腿彈簧板拉裂

圖2 柱身扭曲

2 整改后檢測(cè)情況

2.1 剛架柱

對(duì)B～C跨10根鋼柱側(cè)向水平位移（平面內(nèi)、平面外）進(jìn)行檢測(cè)，傾斜值在10.0～25.0mm，達(dá)到GB50144－2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》［1］第7.3.9條規(guī)定的C級(jí)嚴(yán)重情況要求，影響吊車運(yùn)行；同時(shí)B～C跨柱列扭曲較嚴(yán)重，C軸扭曲方向?yàn)?6軸→1軸，B軸扭曲方向?yàn)?軸→16軸，呈相反態(tài)勢(shì)。

2.2 吊車梁現(xiàn)有安裝質(zhì)量

15處同跨間同一橫截面吊車梁頂面高差范圍值為1.0～20.0mm，其中9處超出允許偏差（≤10.0mm）；29處同列相鄰兩柱間吊車梁頂面高差范圍值為1.0～48.0mm，其中11處超出允許范圍（≤10.0mm）；27處相鄰兩吊車梁接頭部位高差范圍值為0.0～22.0mm，其中18處超出允許范圍（≤1.0mm）；15處同跨間吊車梁中心跨距基本滿足規(guī)范要求；15處吊車梁跨中垂直度為3.0～10.0mm全部超出允許范圍（≤1.5mm）；32處吊車梁支座中心與牛腿承壓加勁肋中心偏差范圍值為7.0～40.0mm，全部超出規(guī)范要求。

2.3 吊車初始狀態(tài)

1）車輪同位差。依據(jù)GB50278－2010《起重設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》［2］，橋式吊車B軸端梁下車輪同位差滿足要求；橋式吊車C軸端梁下車輪同位差不滿足要求。

2）軌道中心對(duì)吊車梁腹板軸線的偏移。15處軌道中心對(duì)吊車梁腹板軸線的偏移范圍為7.75～19.75mm，均超出允許偏差（≤4.0mm）。

3）軌道跨度偏差。15處軌道跨度偏差范圍為-9.0～+11.0mm，其中6處超出允許范圍（±6.125mm）。

4）吊車跨度相對(duì)差。吊車跨度的相對(duì)差｜S1-S2｜=｜22.510-22.501｜=0.009m=9mm＞5mm，不滿足規(guī)范要求。

5）牛腿與吊車梁、軌道與吊車梁連接狀況。通過(guò)整改，彈簧板拉裂位置均進(jìn)行了重新焊接；彈簧板與吊車梁連接螺栓進(jìn)行了更換；個(gè)別吊車梁與牛腿接觸面通過(guò)加塞鋼板已調(diào)整其頂面標(biāo)高；對(duì)吊車梁間間隙大的位置加塞鋼板；部分吊車梁與上柱連接板進(jìn)行了調(diào)整，螺栓進(jìn)行了更換或固位，并在連接板兩側(cè)增加了L50×5mm隅撐。

軌道與吊車梁通過(guò)壓塊組成整體，壓塊通過(guò)螺栓固定在吊車梁頂面上，外側(cè)焊有小擋塊限位。

綜上，牛腿與吊車梁、軌道與吊車梁連接基本可靠。

6）吊車梁和牛腿在負(fù)荷狀態(tài)下相對(duì)高程檢測(cè)。通過(guò)吊車負(fù)荷運(yùn)行，在吊車梁和牛腿上分別設(shè)立觀測(cè)點(diǎn)，并選定廠房外不動(dòng)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，利用TS30型全站儀重點(diǎn)觀測(cè)變形較大的柱列（C9～C12、B9～B12）。分別在2t、5t、8t、10t試驗(yàn)下采集觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)高程數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、比較，分別如圖3～18所示。

從圖4、圖6、圖8、圖10、圖12、圖14、圖16、圖18可以看出，在不同狀態(tài)下，同一牛腿上的吊車梁端部的變形趨勢(shì)基本一致。

圖3 C9 牛腿不同狀態(tài)相對(duì)高程變化圖

圖4 C9 吊車梁不同狀態(tài)相對(duì)高程變化圖

圖5 C10 牛腿不同狀態(tài)相對(duì)高程變化圖

圖6 C10 吊車梁不同狀態(tài)相對(duì)高程變化圖

分別比較圖3與圖4、圖5與圖6、圖7與圖8、圖9與圖10、圖11與圖12、圖13與圖14、圖15與圖16、圖17與圖18，可以看出牛腿頂面與其上相應(yīng)的吊車梁頂面變形趨勢(shì)基本一致，說(shuō)明牛腿和吊車梁的變形變位是協(xié)同的。

圖7 C11 牛腿不同狀態(tài)相對(duì)高程變化圖

圖8 C11 吊車梁不同狀態(tài)相對(duì)高程變化圖

圖9 C12 牛腿不同狀態(tài)相對(duì)高程變化圖

圖10 C12 吊車梁不同狀態(tài)相對(duì)高程變化圖

圖11 B9 牛腿不同狀態(tài)相對(duì)高程變化圖

圖12 B9 吊車梁不同狀態(tài)相對(duì)高程變化圖

圖13 B10 牛腿不同狀態(tài)相對(duì)高程變化圖

圖14 B10 吊車梁不同狀態(tài)相對(duì)高程變化圖

圖15 B11 牛腿不同狀態(tài)相對(duì)高程變化圖

圖16 B11 吊車梁不同狀態(tài)相對(duì)高程變化圖

圖17 B12 牛腿不同狀態(tài)相對(duì)高程變化圖

圖18 B12 吊車梁不同狀態(tài)相對(duì)高程變化圖

比較圖3～圖18，可以看出整體變形趨勢(shì)基本相同，為“W”型。觀測(cè)點(diǎn)的相對(duì)高程不是一直下降，也不是一直上升，說(shuō)明結(jié)構(gòu)體系的變形變位在一個(gè)范圍內(nèi)波動(dòng)，而在不同的狀態(tài)下，相對(duì)高程較之中位值的波動(dòng)較小，其彈性狀態(tài)是可信的。這種波動(dòng)與氣溫、觀測(cè)誤差等因素有關(guān)。

3 事故原因分析

3.1 啃軌原因分析

一般對(duì)于橋式吊車，“啃軌”產(chǎn)生的原因主要有［3］：兩個(gè)主動(dòng)輪直徑相差過(guò)大；車輪偏斜；裝配松緊程度不一致；電機(jī)不同步；制動(dòng)器調(diào)整的松緊度不同；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪間隙不同；不合理的操作；軌道水平彎曲太大；車輪裝錯(cuò)方向；軌道安裝技術(shù)參數(shù)超差等等。

本廠房在整改中對(duì)橋式吊車進(jìn)行了以下處理：①對(duì)吊車跨度進(jìn)行調(diào)整；②增加變頻設(shè)備，使吊車運(yùn)行速度減慢；③輪距加大。同時(shí)，對(duì)軌道進(jìn)行了調(diào)直。通過(guò)對(duì)吊車跨度的調(diào)整修正了車輪偏斜；減慢吊車運(yùn)行速度相應(yīng)減小了制動(dòng)慣性力；加大輪距減小了吊車輪壓。

通過(guò)處理措施，橋式吊車基本消除了啃軌現(xiàn)象（除個(gè)別位置由于軌道接頭錯(cuò)位較大導(dǎo)致啃軌），由此可見(jiàn)，吊車啃軌主要原因是：車輪偏斜和軌道的偏差。

3.2 彈簧板拉裂和鋼柱扭曲分析

牛腿與吊車梁連接之彈簧板拉裂，此種現(xiàn)象應(yīng)為水平荷載引起。在外加荷載中，吊車制動(dòng)力、“啃軌”引起的滑動(dòng)摩擦力（縱向水平荷載）為主要水平荷載。吊車縱向水平荷載為設(shè)計(jì)荷載，依據(jù)GB50009－2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［4］第6.1.2條：“吊車縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按作用在一邊軌道上所有剎車輪的最大輪壓之和的10%采用；該項(xiàng)荷載的作用點(diǎn)位于剎車輪與軌道的接觸點(diǎn)，其方向與軌道方向一致”。而“啃軌”現(xiàn)象，導(dǎo)致主動(dòng)輪和從動(dòng)輪在行駛和制動(dòng)中均與軌道間產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力，大大增加了實(shí)際縱向水平荷載的作用。

依據(jù)提供的吊車相關(guān)技術(shù)參數(shù)，可知10t橋式吊車整改前最大輪壓為130kN。

中跨吊車縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

Hl=Pmax×10%=130×10%=13kN

式中：Pmax為起重機(jī)最大輪壓標(biāo)準(zhǔn)值，kN。

考慮兩臺(tái)吊車組合：

式中：βc為 2 臺(tái)吊車的荷載折減系數(shù)，取 0.9；Hl為吊車縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN。

通過(guò)計(jì)算，吊車梁豎向撓跨比L/f＝1/1092，在最大豎向變形下，吊車梁端部轉(zhuǎn)角為0.1°，計(jì)算吊車梁與牛腿間彈簧板焊縫承受水平荷載時(shí)可以假定為軸向受力。同時(shí)，由于該彈簧板為現(xiàn)場(chǎng)安裝，安裝順序位于鋼柱、吊車梁之后，安裝配合偏差對(duì)該處焊縫不會(huì)產(chǎn)生裝配應(yīng)力。

因此，依據(jù)GB50017－2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》［5］第11.2.2條，在設(shè)計(jì)條件下，取荷載分項(xiàng)系數(shù)1.4，動(dòng)力系數(shù)1.05，則焊縫正應(yīng)力：

式中：N 為軸心力，N；he為直角角焊縫的計(jì)算厚度，mm；lw為角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度，mm；Bf為正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)，對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，Bf=10；ffw為角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2。

焊縫破壞的最小水平荷載計(jì)算：

式中：he為直角角焊縫的計(jì)算厚度，mm；lw為角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度，mm；Bf為正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)，對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，Bf=10；ffw為角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2。

經(jīng)比較N1約為Nl，max的6.5倍，大大超過(guò)設(shè)計(jì)條件下的縱向水平荷載。

通過(guò)對(duì)牛腿頂面相對(duì)高程的觀測(cè)，未發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)有對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響的不均勻沉降。

“啃軌”導(dǎo)致主動(dòng)輪和從動(dòng)輪在行駛和制動(dòng)中均與軌道間產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力，大大增加了實(shí)際縱向水平荷載對(duì)吊車梁乃至結(jié)構(gòu)體系的作用。大大增加的縱向水平荷載使得吊車梁與牛腿連接之彈簧板承受過(guò)大的拉應(yīng)力，彈簧板在過(guò)大的拉應(yīng)力作用下出現(xiàn)裂紋。同時(shí)，該水平荷載為往復(fù)荷載，在往復(fù)荷載作用下，裂紋擴(kuò)展，使得焊縫拉裂。對(duì)于剛架體系而言，過(guò)大的縱向水平荷載導(dǎo)致牛腿承受過(guò)大的扭矩，從而使鋼柱扭曲。

隨著吊車的來(lái)回運(yùn)行，在反復(fù)水平荷載作用下，拉裂彈簧板焊縫，使得吊車梁與主體鋼構(gòu)間的聯(lián)系僅靠上柱連接板維系，增大了吊車梁的可活動(dòng)性。同時(shí)，個(gè)別吊車梁端部間隙較大，在反復(fù)水平荷載作用下，使得端部?jī)傻踯嚵旱倪B接螺栓松動(dòng)。

4 結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)整理和計(jì)算分析，初步判斷事故產(chǎn)生原因是由于車輪偏斜和軌道偏差過(guò)大引起吊車啃軌造成?？熊墝?dǎo)致吊車在運(yùn)行和制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的縱向水平荷載，引起吊車梁與牛腿連接之彈簧板焊縫拉裂，鋼柱扭曲等不良情況。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，廠房部分構(gòu)件已經(jīng)發(fā)生超出相應(yīng)規(guī)范的不可恢復(fù)變形，部分構(gòu)件偏差超出規(guī)范相應(yīng)允許范圍。同時(shí)，吊車運(yùn)行檢測(cè)局限于特定檢測(cè)時(shí)間段，而吊車荷載為動(dòng)荷載，廠房結(jié)構(gòu)體系長(zhǎng)期承受吊車荷載作用，故提出以下建議：

1）中跨吊車降級(jí)使用（限載控制在8t范圍內(nèi)），避免吊車超負(fù)荷運(yùn)行；

2）定期檢查軌道螺栓和調(diào)整軌道、接頭；同時(shí)檢查吊車梁與牛腿、吊車梁與上柱連接部位螺栓是否產(chǎn)生松動(dòng)滑移，焊縫是否出現(xiàn)裂紋，如有異常情況及時(shí)停止吊車運(yùn)行并采取措施。