炼钢厂吊车梁现场应力测试

随着炼钢厂生产的发展，炼钢厂主副跨内的吊车不断加大。原主跨内的吊车*大为50t，副跨内的吊车*大为30t，现在分别增加到75t和50t，吊车运行的频繁程度也有大幅度的增加。目前，这些吊车梁已出现裂缝、制动结构断裂、螺栓松动脱落等不同程度的损伤。为了了解现有吊车荷载条件下吊车梁的实际应力水平和受吊车荷载作用的频繁程度，进而对吊车梁系统的可靠性进行评估，有必要对吊车主梁进行实际应力测试。

吊车梁系统结构

主跨和副跨的跨度均为18.42米，长度方向从03线到36线共228米，其中03线到1线和30线到36线为扩建部分。柱距主要有6米和12米两种，仅F/1-4为18米，如图1。吊车梁系统均采用钢结构，*早建造的吊车梁为铆接钢结构，有实腹式和桁架式两种；之后扩建、改建的吊车梁均采为焊接实腹梁（如图2）。

吊车梁系统损伤情况

吊车梁系统缺陷损伤主要有以下几个问题

1.吊车梁腹板和吊车桁架支座节点板被人为切割开洞。

2.吊车桁架下弦和腹杆局部变形

3.付跨E列1-4线制动板未拼接

4.制动结构边梁与柱的连接断开

5.制动桁架杆件断，连接螺栓松动

6.吊车梁上翼缘与柱的连接断开

7.相邻吊车梁之间的连接螺栓脱落或松动

8.斜撑杆与吊车梁连接脱焊

9.支座螺栓松动

除了人为损坏和施工缺陷之外，其他损伤都与吊车增载、频繁运行有关，这些都是重级工作制吊车梁常见的疲劳问题。

吊车梁应力测试

*定载荷条件下的测试

厂房主副跨内的吊车经过了多次更换和增载，为了了解现有吊车荷载条件下吊车梁的实际应力水平和受吊车荷载作用的频繁程度，对吊车梁进行了实测。

测试梁为主跨E列14-15线6米跨度的吊车桁架和副跨E列20-22线12米跨度的吊车桁架。测点布置在受力较大的端斜杆和下弦杆上。

测试时，利用跨内一吊车加载，主跨为75/20t吊车，吊重为一满罐钢水；副跨为50/10t吊车，吊重为空罐，里面没有钢水。吊车吊起吊重紧靠测试梁，在测试梁上通过，对测试梁进行测试。

表1 吊车桁架杆实测应力与计算应力比较

实测应力与计算应力的对比见表1。相同荷载作用下的计算应力与实测应力比较接(jìn)，说明可以按照现有的吊车资料对吊车桁架的承载能力进行验算。

验算吊车桁架的承载能力时，实际上应考虑多台吊车的作用，吊车最不利位置、吊车梁系统自重、荷载分项系数、动力系数、稳定系数、净截面和毛截面抵抗矩的差别等，验算应力要比表中的应力值大很多。

参考实测结果，对主跨6m吊车桁架和副跨12m的吊车桁架按增载后的吊车载荷进行静力承载能力验算，设计控制应力分别为193MPa和223MPa，而材料强度设计值为215MPa，说明主跨6m吊车桁架静力承载能力能够满足要求，而副跨12m吊车桁架不满足要求。

正常生产条件下的测试

正常生产条件下的测试不需要*定吊车起重运行方式，*全按正常生产情况，连续测试8h左右。根据实测的应力-时间历程，用雨流法统计应力幅值和应力幅循环次数，以此推算用于疲劳验算的欠载效应等效系数。

根据吊车桁架实测的应变-时间历程得到*大应力幅和应力幅循环次数的统计结果如表2所示，主跨吊车桁架下弦实测*大应力幅为59MPa，50年应力幅循环次数达到1675万次。副跨吊车桁架下弦实测*大应力幅为45.8MPa，50年应力幅循环次数达到1120万次。

表2中列出了欠载效应等效系数的实测结果和《钢结构设计规范》的规定值，可以看出，副跨的实测结果与规范值基本吻合，而主跨的实测结果则超出了规范值(jìn)20%，说明主跨吊车运行非常繁重，属于不安全因素。吊车梁疲劳性能应按实测结果评估。

表2 主幅跨吊车桁架应力幅实测统计结果

吊车梁静力与疲劳性能评估

在主副跨吊车桁架应力实测的基础上，对吊车梁进行了静力和疲劳强度验算。结果表明，在上述缺陷损伤处理后，主跨吊车梁本体满足要求；副跨吊车梁本体在目前生产条件不超过30t的吊重情况下也满足要求，但在吊车额定起重量50t的情况下，就不满足要求。

评价吊车梁或吊车桁架的疲劳性能，应考虑疲劳验算和实际疲劳损伤两方面。疲劳验算主要针对几个受拉的部位；对受压部位以及制动结构，虽然经常出现疲劳破坏，但目前还没有合适的验算方法，必须从实际的疲劳损伤来考虑疲劳性能。

该厂*早的吊车梁和吊车桁架已经接(jìn)其50年的设计基准期。吊车梁系统的制动结构、与柱子的连接等已经出现比较普遍的疲劳损伤。因此，需要对吊车梁系统进行全面的治理，包括加固、改造、更换等。

通过本次测试，可以准确了解主副跨吊车梁和吊车桁架的受力状况。几个关键受拉部位的疲劳强度目前尚能满足要求。因此，吊车梁系统的治理可以安排在适当试件上。

结论及处理建议

该炼钢厂吊车梁系统经多次改造，目前仍存在比较严重的缺陷损伤，包括裂缝、开洞、杆件变形、构件断裂、与柱子连接断开、螺栓脱落等，直接影响吊车梁的正常受力，降低结构的安全和寿命。是整个厂房结构中最容易出现安全问题的薄弱环节。

吊车桁架动态测试结果表明，主副跨的吊车目前运行非常频繁，规范规定的欠载效应系数为0.8，主跨实测结果接(jìn)1.0超出了规范值(jìn)20%。副跨12m吊车桁架在吊车额定起重量50t的情况下，按照2003年新规范验算，静力强度不满足要求。

针对以上结论，提出处理意见；对吊车梁系统首先应控制吊重，严禁超载；对吊车梁上的裂缝、开洞，应进行修补加固；变形的杆件修复或更换；建议将主副跨吊车桁架更换为实腹梁；对主副跨的制动结构进行改造，将所有制动桁架该换成制动梁；改造制动结构与柱的联接方式，使之传力可靠；更换松动、脱落的连接螺栓以及修复其他缺陷损伤。

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