鋼吊車梁承載力和穩定性驗算

施其福

(安徽馬鋼工程技術有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

1 工程概況

某煉鋼廠主廠房為單層兩跨鋼排架結構(即BC，CD跨)，跨度分別為27.000 m和30.000 m，BC跨設有3臺A7級工作制橋式軟鉤吊車，額定起重量均為200 t，CD跨設有4臺A6級工作制橋式軟鉤吊車，額定起重量由南向北依次為125 t，50 t，125 t和50 t。除BC跨C列30.000 m梁為焊接雙腹壁箱形梁外，廠房其余所有吊車梁均為焊接Ⅰ形截面鋼吊車梁，廠房B，C，D列(05)軸～(17)軸線范圍吊車梁主要跨度分別為 12.000 m，15.000 m，18.000 m，21.000 m及24.000 m。廠房結構設計按7度、Ⅱ類場地土進行了抗震設防。

2 荷載及內力計算

吊車梁主要承受豎向動力荷載和吊車剎車時產生的水平剎車力，不僅需要滿足強度、剛度和穩定性要求，還要具有足夠的疲勞強度，因此吊車梁需要較高的側向強度和剛度。針對該廠房吊車梁在服役期間出現的問題，選出一根受載最不利的吊車梁進行強度、剛度、穩定性和疲勞驗算。

該鋼吊車梁采用實腹式焊接工字形截面，鋼材選用Q345鋼材，吊車基本參數見表1，吊車梁的截面尺寸、吊車計算簡圖分別見圖 1，圖 2。

表1 吊車基本資料

圖1 吊車梁截面及其組成構件

圖2 1，2吊車計算簡圖

制動板上走道荷載為2.0 kN/mm2，制動結構上的積灰荷載為1.0 kN/mm2。計算吊車梁的豎向剪力時，應考慮軌道和它的固定件、吊車制動結構、支撐系統以及吊車梁自重等影響，將近似地簡化求得的彎矩值和剪力值乘以自重影響系數βw。荷載設計值分項系數 γQ=1.4，A6 級吊車的動力系數取 1.1[1-4]。按照吊車廠家提供的數據，應用結構力學知識可以計算出30 m吊車梁在移動荷載作用下的最大內力如下:

兩臺吊車時:絕對最大豎向彎矩標準值Mxmax，k=14 921.1 kN·m，相應的剪力標準值Vc，k=505.2 kN;絕對最大水平彎矩標準值Mymax，k=1 492.1 kN·m;支座的最大剪力標準值 Vmax，k=2 317.6 kN。

一臺吊車時:絕對最大豎向彎矩標準值Mxmax，k=17 613.2 kN·m，相應的剪力標準值 Vc，k=535.2 kN;絕對最大水平彎矩標準值Mymax，k=1 761.3 kN·m;支座的最大剪力標準值 Vmax，k=2 680.5 kN(以上計算的各標準值已考慮了動力系數及自重影響系數，荷載設計值為標準值乘以荷載分項系數γQ)。

根據吊車梁的截面尺寸可知其截面特性為:

3 截面驗算

3.1 強度驗算

3.1.1 正應力驗算

上翼緣正應力:

下翼緣正應力:

3.1.2 剪應力驗算

一般截面剪應力:

突緣支座截面處剪應力:

其中，hw，tw分別為梁腹板的高度和厚度。

3.1.3 邊緣局部壓應力驗算

吊車梁軌道采用QU120，軌道高度hR=170 mm，翼緣高度hy=36 mm。

最大輪壓設計值:

則局部壓應力:

其中，lz為集中荷載在腹板計算高度上邊緣的假設分布長度;φ為集中荷載增大系數，取值為1.35。

3.1.4 折算應力驗算

取跨中C截面上翼緣板與腹板交匯處:

因為σ和σc均為壓應力，因此β取1.1，則:

3.2 穩定性驗算

3.2.1 整體穩定性驗算

因吊車梁的受壓翼緣板上設有制動梁，吊車梁不會喪失整體穩定性，故可不驗算。

3.2.2 局部穩定驗算

由設計圖紙可知，此吊車梁設置了橫向加勁肋和縱向加勁肋以及短肋，需要對腹板區格的局部穩定進行驗算。

圖3 截面設計圖

根據圖3可知:

經求解:

則:

此處的彎矩最大，因此無需檢驗其他區隔的穩定性。

3.3 撓度驗算

3.3.1 吊車梁的豎向撓度

3.3.2 水平作用下產生的撓度

其中，l為吊車梁跨度;E為鋼材結構彈性模量值。

3.4 疲勞驗算

重級工作制軟鉤吊車的吊車梁的欠載系數αf=0.8。

1)受拉翼緣與腹板連接焊縫附近腹板的主體金屬處(最大彎矩截面處)，此處金屬屬于第3類:

2)橫向加勁肋下端點附近腹板的主體金屬處，此處金屬屬于第4類:

3)下翼緣與腹板連接角焊縫處(角焊縫高度hf=10 mm)，此處金屬屬于第8類:

4)受拉翼緣板上螺栓孔附近的主體金屬處，此處金屬屬于第3類:

5)梁端突緣加勁肋與腹板連接角焊縫處(角焊縫高度hf=10 mm)，此處金屬屬于第8類:

4 結語

由于吊車梁承受很大的豎向動力荷載和橫向水平荷載，設計分析時應對其進行強度、剛度、穩定性和疲勞驗算。經計算分析，該鋼吊車梁在強度、剛度、穩定性及抗疲勞驗算均符合相關要求。本文計算分析可以對類似工程起到一定的參考作用。

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[3] 陳紹番，顧 強.鋼結構(上冊)鋼結構基礎[M].第2版.北京:中國建筑工業出版社，2007.

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