超期服役鉚接鋼吊車梁殘余疲勞壽命估計(jì)試驗(yàn)

王 冬

(山西鋼鐵建設(shè)(集團(tuán))有限公司 山西鼎研工程檢測技術(shù)有限公司,山西 太原 030003)

0 引言

隨著時(shí)間的推移，在新中國成立初期建造的工業(yè)廠房已經(jīng)有大批進(jìn)入老齡期。工程結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷了較長時(shí)間的使用后，由于受到自然環(huán)境和人為因素的影響，往往已經(jīng)出現(xiàn)了一些比較嚴(yán)重的損害，其中鋼吊車梁的疲勞破壞屬于突發(fā)脆性破壞，破壞前無明顯征兆，應(yīng)引起高度重視[1，2]。

某鑄鍛公司鑄鋼廠建于1958年，為單層三跨鋼框排架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，承重系統(tǒng)包括鋼格構(gòu)式階形柱、工字形鉚接吊車梁和鋼結(jié)構(gòu)梯形屋架等，柱距為6 m，三跨鋼框排架跨度為24 m+24 m+24 m，吊車梁多為6 m跨，因工藝需要，西跨存在抽柱情況，部分柱間為12 m，因此設(shè)置12 m跨吊車梁。目前該廠房內(nèi)共布置有6臺橋式吊車，東跨兩臺50 t/10 t吊車已拆除，中跨兩臺50 t/10 t吊車，西跨一臺30 t吊車和一臺100 t吊車，均為重級工作制吊車。因該廠房鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)超期服役，為此本文根據(jù)業(yè)主要求，依據(jù)GB50144-2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》附錄E[3]的方法對該車間重級工作制鋼吊車梁控制部位的應(yīng)力(應(yīng)變)-時(shí)間變化關(guān)系進(jìn)行實(shí)測，并按實(shí)測應(yīng)力(應(yīng)變)-時(shí)間變化關(guān)系進(jìn)行鋼吊車梁殘余疲勞壽命評估。

1 吊車梁殘余疲勞壽命估計(jì)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)概況

結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)條件及吊車梁重要程度，較全面地采集到了所需數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場對三根軸線B列的12 m跨鉚接鋼吊車梁進(jìn)行了試驗(yàn)， 分別為B/16-18、B/18-20、B/20-22，三根梁的結(jié)構(gòu)形式相同，如圖1所示。

圖1 12 m跨鉚接鋼吊車梁

應(yīng)力(應(yīng)變)-時(shí)間變化關(guān)系的測量在正常生產(chǎn)狀態(tài)下進(jìn)行，每次連續(xù)測量時(shí)間應(yīng)至少包括一個完整的生產(chǎn)循環(huán)過程，本次測量總時(shí)間不少于36 h，測量儀器采用動態(tài)電阻應(yīng)變儀。

測試儀器及設(shè)備包括：應(yīng)變片(提前按半橋接好)、三芯屏蔽導(dǎo)線、動態(tài)電阻應(yīng)變儀、筆記本電腦和應(yīng)變數(shù)據(jù)動態(tài)采集系統(tǒng)(軟件)。

測試截面：①跨中最大豎向彎矩截面處受拉翼緣與腹板連接處附近主體(A點(diǎn))；②跨中最大豎向彎矩截面處橫向加勁肋下端點(diǎn)附近主體(B點(diǎn))；③吊車梁截面高度變化位置，受拉翼緣主體(C點(diǎn)與D點(diǎn))。測點(diǎn)位置布置如圖2所示。

圖2 12 m跨鉚接鋼吊車梁測點(diǎn)位置布置

1.2 試驗(yàn)結(jié)果

本次試驗(yàn)連續(xù)監(jiān)測43 h，采樣頻率為100 Hz，即每秒采集數(shù)據(jù)100個，因此試驗(yàn)數(shù)據(jù)量極其龐大，限于篇幅，此處將測試數(shù)據(jù)從略，僅給出開始后2 h的典型應(yīng)變時(shí)程曲線，如圖3～圖5所示。圖3～圖5中的橫坐標(biāo)為時(shí)間(s)，縱坐標(biāo)為微應(yīng)變(με)。

圖3 截面3(梁端) 測點(diǎn)D的應(yīng)變時(shí)程曲線

圖4 截面1(跨中) 測點(diǎn)A的應(yīng)變時(shí)程曲線

圖5 截面1(跨中) 測點(diǎn)B的應(yīng)變時(shí)程曲線

1.3 吊車梁殘余疲勞壽命評估值計(jì)算

鋼吊車梁系統(tǒng)的殘余疲勞壽命評估應(yīng)結(jié)合實(shí)際損傷情況、結(jié)構(gòu)形式、檢查制度和生產(chǎn)發(fā)展等方面的因素綜合考慮。測量部位殘余疲勞壽命的評估值計(jì)算公式為：

(1)

GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.2.3條規(guī)定，重級工作制吊車梁的疲勞可作為常幅疲勞；附錄E構(gòu)建和連接分類規(guī)定，屬于附錄E中第17項(xiàng)次中的鉚釘連接處的主體金屬類別，其構(gòu)件和連接分類為3類，查表6.2.3-2可知，循環(huán)次數(shù)n為200萬次的允許應(yīng)力幅[Δδ]2×106=118 N/mm2。根據(jù)本次疲勞監(jiān)測試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，43 h內(nèi)吊車梁跨中截面超過[Δδ]2×106=118 N/mm2的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的可達(dá)到113次。通過計(jì)算軟件使用雨流法統(tǒng)計(jì)得到測量部位第i個級別的應(yīng)力幅值，并將以上數(shù)值代入公式(1)計(jì)算得到：T=-86 767.3 h<0。由此可知，吊車梁在較高應(yīng)力幅作用下的理論疲勞壽命為負(fù)值，目前吊車梁已不能繼續(xù)安全工作。

2 結(jié)論

根據(jù)吊車梁殘余疲勞壽命估計(jì)試驗(yàn)結(jié)果，目前吊車梁在較高應(yīng)力幅的作用下理論疲勞壽命已經(jīng)耗盡，吊車梁已不能繼續(xù)安全工作。結(jié)合吊車梁鋼材沖擊韌性試驗(yàn)結(jié)果，吊車梁鋼材沖擊韌性不合格，材料韌性較差，在較高應(yīng)力幅的作用下易發(fā)生脆性斷裂。