吊車梁形式與設計

摘要：在設計中經常遇到吊車梁的設計，本文主要從吊車梁所承受的荷載、吊車梁的形式、吊車梁的設計等方面簡單談一下。

關鍵詞：吊車梁 荷載 截面設計 穩定性驗算 制動結構

0 引言

在工業工程項目中，設計時經常遇到吊車梁，下面我簡要談談我在這方面的總結，主要包括；吊車梁所承受的荷載、吊車梁的形式、吊車梁的設計等方面。

1 吊車梁所承受的荷載

吊車在吊車梁上運動產生三個方向的動力荷載：豎向荷載、橫向水平荷載和沿吊車梁縱向的水平荷載。縱向水平荷載是指吊車剎車力，其沿軌道方向由吊車梁傳給柱間支撐，計算吊車梁截面時不予考慮。吊車梁的豎向荷載標準值應采用吊車最大輪壓或最小輪壓。吊車沿軌道運行、起吊、卸載以及工件翻轉時將引起吊車梁振動，特別是當吊車越過軌道接頭處的空隙時還將發生撞擊，因此在計算吊車梁及其連接強度時吊車豎向荷載應乘以動力系數。對懸掛吊車(包括電動葫蘆)及工作級別A1～A5的軟鉤吊車，動力系數可取1.05：對工作級別A6～A8的軟鉤吊車、硬鉤吊車和其他特種吊車，動力系數可取為1.1。

橫向水平荷載應等分于橋架的兩端，分別由軌道上的車輪平均傳至軌道，其方向與軌道垂直，并考慮正反兩個方向的剎車情況。對于懸掛吊車的水平荷載應由支撐系統承受，可不計算。手動吊車及電動葫蘆可不考慮水平荷載。

計算重級工作制吊車梁及其制動結構的強度、穩定性以及連接(吊車梁、制動結構、柱相互間的連接)的強度時，由于軌道不可能絕對平行、軌道磨損及大車運行時本身可能傾斜等原因，在軌道上產生卡軌力，因此鋼結構設計規范規定應考慮吊車擺動引起的橫向水平力，此水平力不與小車橫行引起的水平荷載同時考慮。

2 吊車梁的形式

吊車梁一般設計成簡支梁，設計成連續梁固然可節省材料，但連續梁對支座沉降比較敏感，因此對基礎要求較高。吊車梁的常用截面形式，可采用工字鋼、H型鋼、焊接工字鋼、箱型梁及桁架做為吊車梁。桁架式吊車梁用鋼量省，但制作費工，連接節點在動力荷載作用下易產生疲勞破壞，故一般用于跨度較小的輕中級工作制的吊車梁。一般跨度小起重量不大(跨度不超過6米，起重量不超過30噸)的情況下，吊車梁可通過在翼緣上焊鋼板、角鋼、槽鋼的辦法抵抗橫向水平荷載，對于焊接工字鋼也可采用擴大上翼緣尺寸的方法加強其側向剛度。

對于跨度或起重量較大的吊車梁應設置制動結構，即制動梁或制動桁架；由制動結構將橫向水平荷載傳至柱，同時保證梁的整體穩定。制動梁的寬度不宜小于1～1.5米，寬度較大時宜采用制動桁架。吊車梁的上翼緣充當制動結構的翼緣或弦桿，制動結構的另一翼緣或弦桿可以采用槽鋼或角鋼。制動結構還可以充當檢修走道，故制動梁腹板一般采用花紋鋼板，厚度6～10毫米。對于跨度大于或等于12米的重級工作制吊車梁，或跨度大于或等于18米的輕中級工作制吊車梁宜設置輔助桁架和下翼緣(下弦)水平支撐系統，同時設置垂直支撐，其位置不宜設在發生梁或桁架最大撓度處，以免受力過大造成破壞。對柱兩側均有吊車梁的中柱則應在兩吊車梁間設置制動結構。

3 吊車梁的設計

3.1吊車梁鋼材的選擇 吊車梁承受動態荷載的反復作用，因此，其鋼材應具有良好的塑性和韌性，且應滿足鋼結構設計規范GB50017條款3.3.2～3.3.4的要求。

3.2吊車梁的內力計算 由于吊車荷載為移動荷載，計算吊車梁內力時必須首先用力學方法確定使吊車梁產生最大內力(彎矩和剪力)的最不利輪壓位置，然后分別求梁的最大彎矩及相應的剪力和梁的最大剪力及相應彎矩，以及橫向水平荷載在水平方向產生的最大彎矩。計算吊車梁的強度及穩定時按作用在跨間荷載效應最大的兩臺吊車或按實際情況考慮，并采用荷載設計值。

計算吊車梁的疲勞及撓度時應按作用在跨間內荷載效應最大的一臺吊車確定，并采用不乘荷載分項系數和動力系數的荷載標準值計算。求出最不利內力后選擇梁的截面和制動結構。

3.3吊車梁的強度、穩定承載力驗算

3.3.1強度驗算 假定吊車橫向水平荷載由梁加強的上翼緣或制動梁或桁架承受，豎向荷載則由吊車梁本身承受，同時忽略橫向水平荷載對制動結構的偏心作用。對于無制動結構的吊車梁按下式驗算受壓區最大正應力：對于焊接組合梁尚應驗算翼緣與腹板交界處的折算應力。梁的支座截面的最大剪應力，在選截面時已予保證，不必驗算。

3.3.2局部穩定驗算 對于焊接組合梁，應進行局部穩定設計及驗算。

3.3.3整體穩定驗算 當采用制動梁或制動桁架時，梁的整體穩定能夠保證，不必驗算。

3.3.4吊車梁疲勞驗算 吊車梁直接承受動力荷載，對重級工作制吊車梁和重級、中級工作制吊車桁架可作為常幅疲勞，驗算疲勞強度。驗算的部位一般包括：受拉翼緣與腹板連接處的主體金屬、受拉區加勁肋的端部和受拉翼緣與支撐的連接等處的主體金屬以及角焊縫連接處。

3.3.6吊車梁剛度驗算 吊車梁在豎向荷載作用下的撓度要滿足給出的容許限值要求。對冶金工廠或類似車間中工作制為A7、A8的吊車梁，按一臺最大吊車的橫向水平荷載(按《建筑結構荷載規范)，GB50009或本節5.6.1款取值)產生的撓度不宜超過制動結構跨度的1/2200。應注意的是：在計算豎向撓度時系按自重和起重量最大的一臺吊車計算。

3.3.6吊車梁的合理構造設計應力集中是造成疲勞破壞的主要原因，因而應特別關注吊車梁的細部構造設計。焊接組合吊車梁的翼緣宜用一層鋼板，當采用兩層鋼板時，外層鋼板宜沿梁通長設置，并應在設計和施工中采取措施使上翼緣兩層鋼板緊密接觸。吊車梁的翼緣板或腹板的焊接拼接應采用加引弧板和引出板的焊透對接焊縫，引弧板和引出板割去處應予打磨平整。焊接吊車梁和焊接吊車桁架的工地整段拼接應采用焊接或高強螺栓的摩擦型連接。

吊車梁橫向加勁肋的寬度不宜小于90mm。在支座處的橫向加勁肋應在腹板兩側成對布置，并與梁上下翼緣刨平頂緊。中間橫向加勁肋的上端應與梁的上翼緣刨平頂緊，在重級工作制吊車梁中，中間橫向加勁肋亦應在腹板兩側成對布置，而中、輕級工作制吊車梁則可單側設置或兩側錯開設置。在焊接吊車梁中，橫向加勁肋(含短加勁肋)不得與受拉翼緣相焊，但可與受壓翼緣焊接，端加勁肋可與梁上下翼緣相焊，中間橫向加勁肋的下端宜在距受拉下翼緣50~100mm處斷開，其與腹板的連接焊縫不宜在肋下端起落弧。當吊車梁受拉翼緣與支撐相連時，不宜采用焊接連接。

重級工作制吊車梁中，上翼緣與柱或制動桁架傳遞水平力的連接宜采用高強度螺栓的磨擦型連接，而上翼緣與制動梁的連接，可采用高強度螺栓摩擦型連接或焊縫連接。

吊車梁端部與柱的連接構造應設法減少由于吊車梁彎曲變形而在連接處產生的附加應力。吊車梁的受拉翼緣邊緣，宜為軋制邊或自動氣割邊，當用手工氣割或剪切機切割時，應沿全長刨邊。吊車梁的受拉翼緣上下不得焊接懸掛設備的零件，并不宜在該處打火或焊接夾具。