某鋼筋混凝土吊車梁振動分析及安全性評估

毛東建

(江蘇方測建筑工程技術有限公司，江蘇 南京 210004)

0 引言

吊車梁是廠房主要承重構件之一，它主要承受吊車在運行和起吊時的移動荷載。同時它又是廠房的縱向聯系構件，對于傳遞山墻的風力，增強廠房縱向穩定性以及連接橫向平面排架以保證廠房的整體空間起著很重要的作用。

吊車梁長期在動荷載作用下服役多年后，構件會出現變形、開裂、振動偏大等現象，其安全性得不到保障。本文以一鋼筋混凝土吊車梁為例，通過對損傷變形、強度、配筋以及其在吊車運行中動力響應等相關項目進行檢測[1]，然后根據現場測試的資料，利用有限元軟件對其承載能力進行驗算，并對其在吊車運行中動力響應進行分析，評估其在額定荷載作用下的安全性。

1 某吊車梁實況

某沖壓廠房為鋼筋混凝土排架結構，吊車梁為鋼筋混凝土吊車梁，跨度為6.0 m，T型截面，工作級別為中級工作制，于2003年—2004年建造，近年來廠房內工作人員反映部分吊車梁在運行時振動較大，且其與混凝土柱牛腿連接處局部已經出現損壞，為了評價后期吊車梁的運行安全性，對其進行現場檢測、有限云分析、動力響應測試等。

2 某吊車梁現場檢測

2.1 構件尺寸、跨度、配筋等參數檢測

根據現場實際情況，對鋼筋混凝土吊車梁跨度、截面尺寸、配筋等進行檢測[2]，經檢測，該廠房吊車梁為鋼筋混凝土吊車梁，兩端簡支，跨度為6.0 m，截面形式及尺寸為T 1 200 mm×500 mm×180 mm×120 mm，受力鋼筋設置2排，底排數量為3根，箍筋間距為150 mm，混凝土強度推定最小值為50.2 MPa。

經現場檢驗，現場設置2臺橋式吊車，1臺為30/5 t，另1臺為32/5 t，吊車使用荷載與設計荷載一致。

2.2 鋼筋混凝土吊車梁損傷變形等檢查

根據現場實際情況，選擇振動較大的3根吊車梁，對其損傷變形等進行檢查，經檢查發現3根吊車梁端部均出現不同程度混凝土剝落現象，局部鋼筋外露，未發現吊車梁不適于繼續承載的受力裂縫和非受力裂縫。

經檢查發現局部吊車梁之間明顯錯位，向外偏離最大距離約15 mm，如圖1所示；對其撓度進行測量，吊車梁的撓度測試最大值為8 mm，由GB 50144相關規定：輕級及Q<50 t的中級橋式吊車a級變形要求為l0/600，l0為吊車梁跨度[3]，本工程為10.0 mm。

2.3 鋼筋混凝土吊車梁與柱連接處檢查以及螺栓連接質量檢查

1)鋼筋混凝土吊車梁與柱連接處檢查。

根據現場實際情況，對混凝土吊車梁與柱連接處進行檢查，經檢查：部分吊車梁與柱連接處所使用的角鋼已經斷裂，見圖2。

2)螺栓連接質量檢查。

根據現場實際情況，對吊車梁與鋼軌之間螺栓連接質量進行檢查，經檢查，存在如下問題：大部分螺栓松動；局部螺栓出現缺失現象；局部螺栓絲扣外露小于2扣～3扣；且螺栓普遍出現銹蝕現象。連接質量問題如圖3所示。

2.4 鋼筋混凝土吊車梁的振動響應檢測

根據現場實際情況，釆用振動及動態信號采集分析系統，在吊車、室內機器均停止運行的情況下和吊車、室內機器均正常運行這兩種工況下，分別測試鋼筋混凝土吊車梁的頻率；在吊車、室內機器均正常運行時，選擇吊車梁振動響應較大的位置，測試其豎向的加速度、速度；具體描述如下：

1)測點布置。

該吊車梁測試的重點是結構沿豎直方向的動力響應。為得到需要的采集數據，布置傳感器時，可依據以下原則[4]：a.傳感器布置方向應與測量方向一致；b.為了防止外部電磁干擾和通道間干擾，檢測所使用的電纜應采用雙屏蔽技術；c.傳感器與吊車梁連接牢固，以防測試中傳感器脫離吊車梁造成數據失真等等。

現場采用中國地震局工程力學研究所941B型拾振器對3根吊車梁進行測點布置，現場布置于3根吊車梁的跨中分別沿豎向方向，共布置3根測點，現場傳感器布置見圖4。

2)數據采集及分析。

現場在吊車、室內機器均停止運行的情況下和吊車、室內機器均正常運行這兩種工況下，我公司采用振動及動態數據采集儀、振動及動態信號采集分析軟件、高靈敏度型傳感器分別測試鋼筋混凝土吊車梁的頻率；在吊車、室內機器均正常運行時，測試吊車梁跨中豎向的加速度、速度。

經檢測，存在與柱連接角鋼已經斷裂、與鋼軌連接螺栓已經松動等問題的吊車梁，其動力響應異常偏大，豎向最大振動速度為12.98 mm/s，豎向最大振動加速度為1 611.90 mm/s2，具體測試結果見表1。吊車梁跨中測點典型加速度采樣時程曲線圖見圖5，吊車梁跨中測點典型速度采樣時程曲線圖如圖6所示。

表1 各測點在正常運行時的振動速度以及加速度值

在吊車、室內機器均停止運行時，鋼筋混凝土吊車梁的測試的頻率范圍為5 Hz～50 Hz，在吊車、室內機器均正常運行時，鋼筋混凝土吊車梁的測試的頻率范圍為2 Hz～70 Hz。

3 安全性評估

3.1 吊車梁結構承載能力驗算

利用有限元軟件對吊車梁進行建模驗算，模型的跨度、截面尺寸按照現場測繪情況確定，建模時混凝土強度取50 N/mm2，箍筋取HPB235，縱向受力鋼筋取HRB335；模型的邊界條件為兩端簡支；恒荷載根據截面尺寸及容重確定，活荷載為吊車荷載，根據剪力和彎矩影響線按照最不利情況布置2臺吊車荷載[5]。

經驗算，鋼筋混凝土吊車梁的抗力和效應比大于1.0，即吊車梁的承載能力可以滿足安全使用要求。

3.2 動力響應下吊車梁受力情況評估

1)評估依據。

依據國家現行有效的設計標準、規范、規程、規定和國家行業標準，以及江蘇省有關現行有效設計標準、規范、規程、規定和標準圖集。

2)換算吊車梁受壓區應力。

表2 換算受壓區應力值

經驗算，吊車梁在動力響應下的壓應力小于混凝土設計壓應力。

4 結語

本文以一鋼筋混凝土吊車梁為例，通過對損傷變形、強度、配筋以及其在吊車運行中動力響應等相關項目進行檢測，然后根據現場測試的資料，利用有限元軟件對其承載能力進行驗算，并對其在吊車運行中動力響應進行分析，得出如下結論：

1)該吊車梁端部存在混凝土剝落現象，且局部吊車梁與柱連接處角鋼已經斷裂、吊車梁與鋼軌連接螺栓已經松動等問題，另外局部相鄰吊車梁出現錯位現象, 未發現吊車梁出現開裂現象。

2)該吊車梁的混凝土強度、配筋設置情況以及撓曲變形均滿足國家現行規范要求，吊車使用荷載與設計荷載一致。

3)存在與柱連接角鋼已經斷裂、與鋼軌連接螺栓已經松動等問題的吊車梁，其動力響應異常大，豎向振動速度最大12.98 mm/s，豎向振動加速度最大1 611.90 mm/s2。

4)根據現場實測數據，利用PKPM相關軟件對吊車梁的承載能力進行驗算，驗算結果表明，該吊車梁的承載能力滿足使用要求。

5)依據相關規范，對吊車正常運行下的吊車梁的動態響應數據進行分析，將測試振動速度換算成應力，經驗算，驗算結果表明換算壓應力小于吊車梁上表面壓應力。

盡管吊車梁在額定荷載作用下安全性滿足要求，但考慮廠房工作人員舒適度以及鋼筋混凝土吊車梁的耐久性，提取如下建議：對該工程部分鋼筋混凝土吊車梁與柱連接處角鋼斷裂處進行加固處理；對該工程部分鋼筋混凝土吊車梁與鋼軌連接螺栓松動、銹蝕等問題進行更換處理；相鄰吊車梁存在錯位現象，進行糾正處理。