輪壓不等吊車梁計算方法研究及程序編制

肖萬松 XIAO Wan-song；凃智敏 TU Zhi-min

（中冶南方工程技術有限公司，武漢430223）

0 引言

吊車在冶金行業中被大量使用，目前吊車梁計算的主要工具為STS中的“吊車梁計算和施工圖”模塊，該模塊能計算最大輪壓相等情況下的鋼吊車梁。但在實際工程中，廠家提供的同臺吊車輪壓值相差較大，有的甚至超過50%。碰到此類情況，一般可采用下列兩種方法計算：第一種為簡化計算方法，即按最大的一個輪壓值輸入STS中進行計算，這樣便得到一個保守的結果，必將導致吊車梁耗鋼量增大；第二種方法為手工計算方法，此種方法要求設計人員熟讀規范，首先求解吊車梁的內力，然后按規范的要求對輸入的梁截面進行驗算。手工計算方法準確，但因為計算過程需要反復試算，效率較低。

1 軟件編寫

在電腦普及之前，吊車梁采用手工方法進行計算。經過多年實踐，吊車梁計算的方法和內容已被設計人員掌握。通過VB編寫可視化軟件，將上述整套計算過程標準化、程序化。用戶僅需輸入吊車數據和吊車梁截面參數，便可實現吊車梁的計算。本軟件可同時發揮手工計算準確和電腦計算快捷兩大優勢，提高設計的質量和效率。本軟件適用于任意輪壓分布的吊車梁計算，填補了STS等國內其它軟件的空白；同時本軟件修正了STS內力計算方法，提高了設計精度，滿足精細化設計的要求。該軟件實現了計算準確性和效率的有效結合，必能得到廣泛應用。

本文對輪壓不等吊車梁的計算步驟具體如下：①學習掌握吊車梁內力計算方法；②學習掌握吊車梁截面驗算內容；③利用VB等計算機語言，編寫可視化的計算軟件實現前述兩步計算過程，并輸出完整計算數；④針對某實際工程，利用本軟件和STS軟件對比計算，并得出對比結果。

其中的關鍵點在于：技術難點是吊車梁內力的求解。車輪是移動荷載，需通過反復試算，在保證車輪沒有移出吊車梁范圍的情況下，求出梁的最大內力；同時還需比較不同輪數下的最大內力，取最不利情況來復核梁截面。

2 與其它軟件優缺點對比

STS軟件的局限性在于：①吊車最大輪壓必須相等；②吊車輪距必須沿中心對稱；③吊車材質只能選擇Q235和Q345；④附加荷載只能輸入彎矩和剪力，而輸入值未必是計算點處的相應值。如果遇到吊車廠家提供的輪壓分布不均勻情況，STS就無法進行計算，如圖1所示。

圖1 吊車輪壓分布圖

此臺吊車最大一個輪壓值為590kN，最小一個輪壓值為470kN，輪壓值相差25.5%，此時就不能直接利用STS軟件進行設計計算。同時，STS按吊車梁跨度和吊車梁材質采用不同放大系數來考慮吊車梁自重、軌道等對最大彎矩的影響，如表1所示。

表1 吊車最大內力求解放大系數表

此近似方法在吊車噸位較大時，計算不準確，誤差較大。因此，STS等軟件在吊車輪壓不等情況下不適用。

針對STS計算軟件的上述缺陷，開發出專用軟件修正上述錯誤，本操作主界面如圖2所示。

圖2 本軟件主操作界面

3 實例對比分析

現取圖1吊車資料進行以下四次計算：第一次，按最大一個輪壓值代入STS中進行計算；第二次，按最大一個輪壓值和第一次選擇的截面代入本軟件計算；第三次，按實際輪壓分布代入本軟件計算；第四次，按最大一個輪壓值代入本軟件計算。其中，在第一次、第三次和第四次計算過程中，通過調整梁截面尺寸使得吊車梁應力、撓度等指標相互接近，以便進行耗鋼量比較。將以上四次計算的結果進行匯總，內力結果見表2和表3。

表2 內力計算結果對比表

表3 強度、剛度驗算對比表

從上述表2、表3可以看出，計算1與計算2情況下荷載、梁截面完全相同，計算1為STS按放大系數法考慮吊車梁自重影響，計算2由軟件按梁截面計算自重對最大彎矩的影響。從結果來看，單臺吊車作用下的二者計算的最大彎矩標準值幾乎相等，但考慮吊車梁自重后最大彎矩設計值相差1.06倍，這就說明STS采用的放大系數法不精確。計算1、計算2及計算4均采用最大的一個輪壓值輸入STS或本軟件，從而導致跨中最大彎矩值比按實際輪壓分布輸入的計算3大1.08～1.15倍，這就說明如果按最大一個輪壓計算內力，將會導致截面變大，不滿足精細化設計的要求。從表3可以看出，計算1、計算3及計算4處的強度、剛度驗算指標在調整截面參數后比較接近，將此三種情況下的耗鋼量指標進行對比，結果詳表4。

表4 吊車梁耗鋼量比較表

通過表4可以看出，采用STS按最大輪壓計算的梁截面比采用本軟件按實際輪壓分布計算的吊車梁截面大10%。因此，本軟件對于吊車梁截面控制很有幫助。

4 小結及展望

本軟件密切聯系實際，研究輪壓不等吊車梁的計算理論和方法，并通過計算機語言轉化成標準化軟件，以用來指導實際工程，從而大大提高設計效率。本軟件操作簡單，輸出結果清晰，可以幫助設計人員解決很多實際問題，而且本軟件計算結果更為精確。因此，本軟件具有良好的應用前景，必能充分推廣。

[1]汪一駿等.鋼結構設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2006.

[2]趙熙元等.建筑鋼結構設計手冊[M].北京：冶金工業出版社，1995.

[3]GB 50017-2003，鋼結構設計規范[S].