某鋼筋混凝土吊車梁振動(dòng)分析及安全性評(píng)估

毛東建

(江蘇方測(cè)建筑工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210004)

0 引言

吊車梁是廠房主要承重構(gòu)件之一，它主要承受吊車在運(yùn)行和起吊時(shí)的移動(dòng)荷載。同時(shí)它又是廠房的縱向聯(lián)系構(gòu)件，對(duì)于傳遞山墻的風(fēng)力，增強(qiáng)廠房縱向穩(wěn)定性以及連接橫向平面排架以保證廠房的整體空間起著很重要的作用。

吊車梁長期在動(dòng)荷載作用下服役多年后，構(gòu)件會(huì)出現(xiàn)變形、開裂、振動(dòng)偏大等現(xiàn)象，其安全性得不到保障。本文以一鋼筋混凝土吊車梁為例，通過對(duì)損傷變形、強(qiáng)度、配筋以及其在吊車運(yùn)行中動(dòng)力響應(yīng)等相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)[1]，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的資料，利用有限元軟件對(duì)其承載能力進(jìn)行驗(yàn)算，并對(duì)其在吊車運(yùn)行中動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析，評(píng)估其在額定荷載作用下的安全性。

1 某吊車梁實(shí)況

某沖壓廠房為鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，吊車梁為鋼筋混凝土吊車梁，跨度為6.0 m，T型截面，工作級(jí)別為中級(jí)工作制，于2003年—2004年建造，近年來廠房內(nèi)工作人員反映部分吊車梁在運(yùn)行時(shí)振動(dòng)較大，且其與混凝土柱牛腿連接處局部已經(jīng)出現(xiàn)損壞，為了評(píng)價(jià)后期吊車梁的運(yùn)行安全性，對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、有限云分析、動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試等。

2 某吊車梁現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

2.1 構(gòu)件尺寸、跨度、配筋等參數(shù)檢測(cè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)鋼筋混凝土吊車梁跨度、截面尺寸、配筋等進(jìn)行檢測(cè)[2]，經(jīng)檢測(cè)，該廠房吊車梁為鋼筋混凝土吊車梁，兩端簡支，跨度為6.0 m，截面形式及尺寸為T 1 200 mm×500 mm×180 mm×120 mm，受力鋼筋設(shè)置2排，底排數(shù)量為3根，箍筋間距為150 mm，混凝土強(qiáng)度推定最小值為50.2 MPa。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置2臺(tái)橋式吊車，1臺(tái)為30/5 t，另1臺(tái)為32/5 t，吊車使用荷載與設(shè)計(jì)荷載一致。

2.2 鋼筋混凝土吊車梁損傷變形等檢查

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇振動(dòng)較大的3根吊車梁，對(duì)其損傷變形等進(jìn)行檢查，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)3根吊車梁端部均出現(xiàn)不同程度混凝土剝落現(xiàn)象，局部鋼筋外露，未發(fā)現(xiàn)吊車梁不適于繼續(xù)承載的受力裂縫和非受力裂縫。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)局部吊車梁之間明顯錯(cuò)位，向外偏離最大距離約15 mm，如圖1所示；對(duì)其撓度進(jìn)行測(cè)量，吊車梁的撓度測(cè)試最大值為8 mm，由GB 50144相關(guān)規(guī)定：輕級(jí)及Q<50 t的中級(jí)橋式吊車a級(jí)變形要求為l0/600，l0為吊車梁跨度[3]，本工程為10.0 mm。

2.3 鋼筋混凝土吊車梁與柱連接處檢查以及螺栓連接質(zhì)量檢查

1)鋼筋混凝土吊車梁與柱連接處檢查。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)混凝土吊車梁與柱連接處進(jìn)行檢查，經(jīng)檢查：部分吊車梁與柱連接處所使用的角鋼已經(jīng)斷裂，見圖2。

2)螺栓連接質(zhì)量檢查。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)吊車梁與鋼軌之間螺栓連接質(zhì)量進(jìn)行檢查，經(jīng)檢查，存在如下問題：大部分螺栓松動(dòng)；局部螺栓出現(xiàn)缺失現(xiàn)象；局部螺栓絲扣外露小于2扣～3扣；且螺栓普遍出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。連接質(zhì)量問題如圖3所示。

2.4 鋼筋混凝土吊車梁的振動(dòng)響應(yīng)檢測(cè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，釆用振動(dòng)及動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析系統(tǒng)，在吊車、室內(nèi)機(jī)器均停止運(yùn)行的情況下和吊車、室內(nèi)機(jī)器均正常運(yùn)行這兩種工況下，分別測(cè)試鋼筋混凝土吊車梁的頻率；在吊車、室內(nèi)機(jī)器均正常運(yùn)行時(shí)，選擇吊車梁振動(dòng)響應(yīng)較大的位置，測(cè)試其豎向的加速度、速度；具體描述如下：

1)測(cè)點(diǎn)布置。

該吊車梁測(cè)試的重點(diǎn)是結(jié)構(gòu)沿豎直方向的動(dòng)力響應(yīng)。為得到需要的采集數(shù)據(jù)，布置傳感器時(shí)，可依據(jù)以下原則[4]：a.傳感器布置方向應(yīng)與測(cè)量方向一致；b.為了防止外部電磁干擾和通道間干擾，檢測(cè)所使用的電纜應(yīng)采用雙屏蔽技術(shù)；c.傳感器與吊車梁連接牢固，以防測(cè)試中傳感器脫離吊車梁造成數(shù)據(jù)失真等等。

現(xiàn)場(chǎng)采用中國地震局工程力學(xué)研究所941B型拾振器對(duì)3根吊車梁進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布置，現(xiàn)場(chǎng)布置于3根吊車梁的跨中分別沿豎向方向，共布置3根測(cè)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)傳感器布置見圖4。

2)數(shù)據(jù)采集及分析。

現(xiàn)場(chǎng)在吊車、室內(nèi)機(jī)器均停止運(yùn)行的情況下和吊車、室內(nèi)機(jī)器均正常運(yùn)行這兩種工況下，我公司采用振動(dòng)及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀、振動(dòng)及動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析軟件、高靈敏度型傳感器分別測(cè)試鋼筋混凝土吊車梁的頻率；在吊車、室內(nèi)機(jī)器均正常運(yùn)行時(shí)，測(cè)試吊車梁跨中豎向的加速度、速度。

經(jīng)檢測(cè)，存在與柱連接角鋼已經(jīng)斷裂、與鋼軌連接螺栓已經(jīng)松動(dòng)等問題的吊車梁，其動(dòng)力響應(yīng)異常偏大，豎向最大振動(dòng)速度為12.98 mm/s，豎向最大振動(dòng)加速度為1 611.90 mm/s2，具體測(cè)試結(jié)果見表1。吊車梁跨中測(cè)點(diǎn)典型加速度采樣時(shí)程曲線圖見圖5，吊車梁跨中測(cè)點(diǎn)典型速度采樣時(shí)程曲線圖如圖6所示。

表1 各測(cè)點(diǎn)在正常運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)速度以及加速度值

在吊車、室內(nèi)機(jī)器均停止運(yùn)行時(shí)，鋼筋混凝土吊車梁的測(cè)試的頻率范圍為5 Hz～50 Hz，在吊車、室內(nèi)機(jī)器均正常運(yùn)行時(shí)，鋼筋混凝土吊車梁的測(cè)試的頻率范圍為2 Hz～70 Hz。

3 安全性評(píng)估

3.1 吊車梁結(jié)構(gòu)承載能力驗(yàn)算

利用有限元軟件對(duì)吊車梁進(jìn)行建模驗(yàn)算，模型的跨度、截面尺寸按照現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪情況確定，建模時(shí)混凝土強(qiáng)度取50 N/mm2，箍筋取HPB235，縱向受力鋼筋取HRB335；模型的邊界條件為兩端簡支；恒荷載根據(jù)截面尺寸及容重確定，活荷載為吊車荷載，根據(jù)剪力和彎矩影響線按照最不利情況布置2臺(tái)吊車荷載[5]。

經(jīng)驗(yàn)算，鋼筋混凝土吊車梁的抗力和效應(yīng)比大于1.0，即吊車梁的承載能力可以滿足安全使用要求。

3.2 動(dòng)力響應(yīng)下吊車梁受力情況評(píng)估

1)評(píng)估依據(jù)。

依據(jù)國家現(xiàn)行有效的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程、規(guī)定和國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及江蘇省有關(guān)現(xiàn)行有效設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程、規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)圖集。

2)換算吊車梁受壓區(qū)應(yīng)力。

表2 換算受壓區(qū)應(yīng)力值

經(jīng)驗(yàn)算，吊車梁在動(dòng)力響應(yīng)下的壓應(yīng)力小于混凝土設(shè)計(jì)壓應(yīng)力。

4 結(jié)語

本文以一鋼筋混凝土吊車梁為例，通過對(duì)損傷變形、強(qiáng)度、配筋以及其在吊車運(yùn)行中動(dòng)力響應(yīng)等相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的資料，利用有限元軟件對(duì)其承載能力進(jìn)行驗(yàn)算，并對(duì)其在吊車運(yùn)行中動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

1)該吊車梁端部存在混凝土剝落現(xiàn)象，且局部吊車梁與柱連接處角鋼已經(jīng)斷裂、吊車梁與鋼軌連接螺栓已經(jīng)松動(dòng)等問題，另外局部相鄰吊車梁出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象, 未發(fā)現(xiàn)吊車梁出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

2)該吊車梁的混凝土強(qiáng)度、配筋設(shè)置情況以及撓曲變形均滿足國家現(xiàn)行規(guī)范要求，吊車使用荷載與設(shè)計(jì)荷載一致。

3)存在與柱連接角鋼已經(jīng)斷裂、與鋼軌連接螺栓已經(jīng)松動(dòng)等問題的吊車梁，其動(dòng)力響應(yīng)異常大，豎向振動(dòng)速度最大12.98 mm/s，豎向振動(dòng)加速度最大1 611.90 mm/s2。

4)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，利用PKPM相關(guān)軟件對(duì)吊車梁的承載能力進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果表明，該吊車梁的承載能力滿足使用要求。

5)依據(jù)相關(guān)規(guī)范，對(duì)吊車正常運(yùn)行下的吊車梁的動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將測(cè)試振動(dòng)速度換算成應(yīng)力，經(jīng)驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果表明換算壓應(yīng)力小于吊車梁上表面壓應(yīng)力。

盡管吊車梁在額定荷載作用下安全性滿足要求，但考慮廠房工作人員舒適度以及鋼筋混凝土吊車梁的耐久性，提取如下建議：對(duì)該工程部分鋼筋混凝土吊車梁與柱連接處角鋼斷裂處進(jìn)行加固處理；對(duì)該工程部分鋼筋混凝土吊車梁與鋼軌連接螺栓松動(dòng)、銹蝕等問題進(jìn)行更換處理；相鄰吊車梁存在錯(cuò)位現(xiàn)象，進(jìn)行糾正處理。