起重機械鋼結(jié)構(gòu)剩余壽命估算中常用理論及應(yīng)用

摘要 ：本文摘取了部分與起重機剩余壽命估算相關(guān)的法律法規(guī)；介紹了剩余壽命估算中常用到的以疲勞計算為基礎(chǔ)的預(yù)期使用壽命相關(guān)理論及應(yīng)用實際、線性累積損傷理論之修正的Miner法則及應(yīng)用和與剩余壽命相關(guān)的斷裂力學(xué)的相關(guān)理論知識及應(yīng)用知識。

關(guān)鍵詞 ：起重機械；剩余壽命；疲勞計算；Miner法則；Paris公式

中圖分類號：TH21 文獻標識碼：A

起重機械鋼結(jié)構(gòu)剩余壽命估算是起重機安全評估中的一類，其特點是利用模擬工況中測得的應(yīng)力結(jié)合數(shù)學(xué)分析方法進行剩余使用年限的推算。鑒于起重機本身結(jié)構(gòu)和工況的復(fù)雜性和多樣性，以及對材料斷裂機理的研究還不夠深入，想準確判斷其結(jié)構(gòu)什么時候斷裂很難，也不可能采用某種方法就能夠解決問題，目前大多還處于科研分析和檢測并實時跟蹤的狀況。

1 與剩余壽命估算相關(guān)的法律法規(guī)

明確與起重機剩余安全使用壽命評估相關(guān)聯(lián)的法規(guī)，從國家主管部門層面看，質(zhì)檢總局2007年下發(fā)的《關(guān)于印發(fā)起重機械專項治理攻堅戰(zhàn)實施方案的通知》（國質(zhì)檢特〔2007〕377號）文件提出“八不檢”，其中之一是“主要部件或整機使用壽命到期不檢驗”。后來制定的TSG Q7015-2008《起重機械定期檢驗規(guī)則》中提到，對于使用時間超過15以上，處于嚴重腐蝕環(huán)境或者強風(fēng)區(qū)域，使用頻率高的大型起重機械，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體情況有針對性地增加其他檢驗手段，必要時根據(jù)大型起重機械實際安全狀況和使用單位安全管理水平能力，進行安全評估。其他部門如由住建部發(fā)布的《建筑起重機械安全評估技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T189-2009）對建筑起重機械提出了進行安全評估要求的具體年限。還有如《鐵路運輸裝卸機械管理規(guī)則》（鐵道部鐵運〔2006〕35號）也提出了裝卸機械參考使用年限，橋式和門式起重機都為19年。

2常用相關(guān)理論及應(yīng)用

2.1 以疲勞計算為基礎(chǔ)的預(yù)期使用壽命分析

2.1.1 理論基礎(chǔ)

2.1.2 應(yīng)用實際

目前用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的疲勞計算來進行剩余壽命估算的方式在鐵路上用的很多，這一方面跟鐵路上特別是鐵路貨場普遍所采用的橋、門吊的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計是嚴格遵照《起重機設(shè)計規(guī)范》和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》密不可分的，另一方面也是因為鐵路作業(yè)屬性相同使得設(shè)備也大體一致?，F(xiàn)以南昌鐵路檢測機構(gòu)采用的計算方式為例來闡述。

其中Y剩為可以繼續(xù)安全工作的年數(shù)；n余為剩余工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；n年為每年完成的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；n總為鋼結(jié)構(gòu)總的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；n已為已經(jīng)完成的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，以一個工作循環(huán)出現(xiàn)依一最大應(yīng)力幅來計算；Q已為已經(jīng)完成的作業(yè)噸數(shù)，查看設(shè)備履歷簿獲?。籕額為額定起重量；Q年為年平均作業(yè)噸數(shù)；k為安全系數(shù)，出于考慮疲勞計算的離散性比較大的原因，可查閱的文件或參考書獲得。

鑒于起重機械特種設(shè)備的危害性屬性，在實際應(yīng)用時是采取上述結(jié)果伴隨動態(tài)應(yīng)力幅值、動剛度、靜剛度、變形、腐蝕程度、裂紋情況和劣化速度8參數(shù)并列評價，一票否決來處理，這大大提高了起重機械的使用安全性。

其他同屬鐵路系統(tǒng)的如鄭州檢測機構(gòu)等也是采用同樣理論方法進行檢測，只是載荷譜系數(shù)和安全系數(shù)等參數(shù)依現(xiàn)場情況和認識而取值不同。

2.2 以線性累積損傷理論為基礎(chǔ)的疲勞壽命估算

2.2.1 理論基礎(chǔ)

2.2.2 應(yīng)用實際

線性累積損傷理論是疲勞累積損傷理論的一種，也是目前應(yīng)用較為廣泛的名義應(yīng)力估算法的理論基礎(chǔ)。本文以某港口機械檢測機構(gòu)對一江西鐵路貨場門吊的實際檢驗計算過程來簡單描述其應(yīng)用，其他采用此理論進行檢測的過程大體類同。

2.3 以斷裂力學(xué)之疲勞裂紋擴展壽命為基礎(chǔ)的剩余壽命估算

2.3.1 理論基礎(chǔ)

結(jié)語

以上列舉了三種常用的起重機械鋼結(jié)構(gòu)剩余壽命估算理論及應(yīng)用。它們之間有時往往搭配使用進行比對，有時在某些方面又是互相關(guān)聯(lián)的。如上述以疲勞計算為基礎(chǔ)的是與裂紋情況檢測配合使用的，線性累積疲勞損傷與裂紋的擴展存在某種聯(lián)系，疲勞計算和線性累積損傷理論都與鋼的S-N曲線的冪函數(shù)表達式緊密關(guān)聯(lián)等。

無論上述哪種方法，檢測點選擇的合適與否對壽命估算的影響很大。一方面必須熟知起重機的設(shè)計計算方法，最好查看原設(shè)計計算書，另一方面選擇一種好的有限元分析軟件如ANSYS等可以帶來很大的幫助，再者可多布置幾個檢測點。

設(shè)備有與法律法規(guī)及技術(shù)標準等明確提出報廢項的不宜壽檢或修復(fù)后符合要求再檢。

參考文獻

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