某裝配車間吊車梁荷載試驗研究

doi：10.3969/j.issn.1672-6375.2023.11.011

摘 要：以某單層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房裝配車間的原設(shè)計吊車更換為大噸位工程為背景，進(jìn)行廠房裝配車間DL-3吊車梁、DL-4吊車梁、DCL-2A吊車梁吊車更換大噸位后吊車梁荷載試驗研究，結(jié)果表明：吊車梁理論值大于試驗值，但均小于限值。在試驗加載和卸載過程中，每級荷載作用下吊車梁跨中底部翼緣單向應(yīng)變變化與荷載增量基本呈線性關(guān)系，卸載完成后各吊車梁均存在不同程度的應(yīng)變回彈，符合彈性階段的要求。可見該裝配車間DL-3吊車梁、DL-4吊車梁、DCL-2A吊車梁能夠在更換大噸位吊車后安全工作，滿足變形要求，可繼續(xù)使用。

關(guān)鍵詞：裝配車間；吊車梁；大噸位吊車；靜載試驗

中圖分類號：TU746" " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

裝配車間吊車梁是廠房的主要構(gòu)件之一，對于吊車梁已有許多學(xué)者做了一些研究，如通過監(jiān)測獲取巖壁吊車梁靜載試驗、動載試驗監(jiān)測數(shù)據(jù)，比對分析巖壁吊車梁結(jié)構(gòu)和體型，從而確保了巖壁吊車梁在吊裝重物工況下的穩(wěn)定性和安全性^[1-4]；對各種情況下吊車梁疲勞性能進(jìn)行了分析，給出了評價吊車梁疲勞性能的方法^[5-9]。張喜德和李嘉文^[10]對兩根銹蝕程度較嚴(yán)重的吊車梁進(jìn)行疲勞強(qiáng)度試驗和靜力荷載試驗，發(fā)現(xiàn)在2×10⁶次疲勞荷載下，舊吊車梁仍處于彈性工作階段，靜力荷載作用下狀態(tài)完好。尹新龍等^[11]結(jié)合某引水工程始發(fā)井吊車梁的現(xiàn)場原型試驗，分析不同荷載等級作用下大跨度T型吊車梁的變形、裂縫情況及承載性能。而本文的目標(biāo)是以某單層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房裝配車間的原設(shè)計吊車更換為大噸位工程為背景，進(jìn)行廠房裝配車間DL-3吊車梁、DL-4吊車梁、DCL-2A吊車梁吊車更換大噸位后吊車梁荷載試驗研究，測量被測試吊車梁在規(guī)定荷載作用下的跨中撓度和應(yīng)變，分析吊車梁在規(guī)定荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變，評估該裝配車間DL-3吊車梁、DL-4吊車梁、DCL-2A吊車梁在更換大噸位吊車后是否安全。研究成果可為類似工程提供參考。

1 裝配車間結(jié)構(gòu)概況

該廠房為單層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房，局部兩層。梁、柱截面均采用工字型截面形式，廠房有多臺吊車運(yùn)行。建筑面積約7 053 m²。廠房2003年投產(chǎn)使用，裝配車間8 m跨30 t行車吊車梁位置為C/（10～11）軸線吊車梁DCL-2A；裝配車間16 m跨30 t行車吊車梁位置為C/（11～13）軸線吊車梁DL4；裝配車間16 m跨25 t行車吊車梁位置為C/（11～13）軸線吊車梁DL3。吊車梁截面尺寸的詳情見表1所列。

2 試驗?zāi)康摹⒎秶皟?nèi)容

2.1 試驗?zāi)康?/p>

由于生產(chǎn)工藝改造，需要把部分原有吊車更換為大噸位吊車，為了解更換后的吊車梁在新的吊車荷載作用下是否安全，按照現(xiàn)行工作荷載資料要求對吊車梁進(jìn)行分級加載試驗，測量被測試吊車梁在規(guī)定荷載作用下的跨中撓度和應(yīng)變，分析吊車梁在規(guī)定荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變。

2.2 試驗內(nèi)容

在同樣的溫度條件下，進(jìn)行加載試驗前、后吊車梁跨中豎向位移的變化試驗，進(jìn)行加載試驗前、后吊車梁梁底跨中應(yīng)變變化試驗。

2.3 試驗設(shè)備

（1）構(gòu)件截面尺寸測量采用鋼卷尺、游標(biāo)卡尺（量程0～150 mm，精度0.05 mm）、激光測距儀等。

（2）梁跨中豎向位移采用機(jī)械百分表（量程0～10 mm，精度0.01 mm）直接觀測。

（3）梁跨中底部采用振弦傳感器和基康BGK-Micro-40型自動化數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行應(yīng)變測量。

2.4 測點(diǎn)布置

測點(diǎn)布置如圖1所示，應(yīng)變片測點(diǎn)布置如圖2所示，千分表布置如圖3所示，加載現(xiàn)場如圖4所示，卸載如圖5所示。

3 吊車梁試驗

3.1 確定荷載試驗的吊車梁

根據(jù)設(shè)計圖紙資料和現(xiàn)場實(shí)際情況確定進(jìn)行荷載試驗的吊車梁數(shù)量和位置，根據(jù)綜合情況共確定3根吊車梁進(jìn)行荷載試驗：裝配車間8 m跨30 t行車吊車梁位置為C/（10～11）軸線吊車梁DCL-2A；裝配車間16 m跨30 t行車吊車梁位置為C/（11～13）軸線吊車梁DL4；裝配車間16 m跨25 t行車吊車梁位置為C/（11～13）軸線吊車梁DL3。

3.2 吊載方案

本次荷載試驗利用現(xiàn)場行車加載配重進(jìn)行吊車梁荷載試驗，各行車梁加載的配重采用2 t混凝土塊和10 t鋼錠進(jìn)行分級加載。鋼錠采用半掛汽車進(jìn)出場，裝卸及加載采用鋼絲繩固定。

3.3 吊載位置

本次試驗吊載位置有2個，分別為：行車位于吊車梁跨中，小車加載點(diǎn)位于行車中部進(jìn)行加載；行車位于吊車梁跨中，小車加載點(diǎn)位于靠近被測吊車梁一側(cè)進(jìn)行加載。

3.4 加載重量及級別

根據(jù)實(shí)際情況確定加載荷載，各行車梁加載配重見表2。

4 試驗結(jié)果分析

4.1 數(shù)據(jù)采集

該裝配車間行車吊車梁的試驗數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場如圖6、圖7所示，其中圖6為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，圖7為數(shù)據(jù)收集設(shè)備。

4.2 結(jié)果分析

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，對加載和卸載過程的撓度和應(yīng)變進(jìn)行分析。加載和卸載過程中DCL-2A撓度位移對比分析結(jié)果如圖8所示，應(yīng)變對比分析結(jié)果如圖9所示。DL-3撓度位移對比分析結(jié)果如圖10所示，應(yīng)變對比分析結(jié)果如圖11所示。DL-4撓度位移對比分析結(jié)果如圖12所示，應(yīng)變對比分析結(jié)果如圖13所示。

從圖8—圖13可以發(fā)現(xiàn)吊車梁加載過程的位移、應(yīng)變小于卸載過程的位移、應(yīng)變。加載點(diǎn)靠近被測吊車梁一側(cè)的位移、應(yīng)變大于加載點(diǎn)位于中部的位移、應(yīng)變。

4.3 吊車梁模擬分析

通過以上分析，吊車梁一側(cè)加載時，撓度和應(yīng)變最大。運(yùn)用ABAQUS軟件對吊車梁一側(cè)加載時進(jìn)行了計算與分析。最大撓度和應(yīng)力分析統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。從表3中可以明顯發(fā)現(xiàn)吊車梁撓度和應(yīng)力的模擬值大于試驗值。DL-4吊車梁最大試驗撓度為5.339 mm，有限元計算結(jié)果為11.5 mm；最大內(nèi)力為116.37 MPa，小于強(qiáng)度限值。DCL-2A吊車梁最大試驗撓度5.379 mm，有限元計算結(jié)果為8.92 mm；最大內(nèi)力為90.4 MPa，小于強(qiáng)度限值。DL-3吊車梁最大試驗撓度為4.16 mm，有限元計算結(jié)果為7.62 mm；最大內(nèi)力為82.3 MPa，小于強(qiáng)度限值。從而可以確定該裝配車間DL-3吊車梁、DL-4吊車梁、DCL-2A吊車梁在更換大噸位吊車后能夠安全工作。

5 結(jié)論

通過對該裝配車間靜載試驗和模擬結(jié)果對比分析，得出以下主要結(jié)論：

（1）吊車梁撓度和應(yīng)力的模擬值大于試驗值，但均小于限值，可以確定該裝配車間DL-3吊車梁、DL-4吊車梁、DCL-2A吊車梁在更換大噸位吊車后能夠安全工作。

（2）吊車梁加載過程的位移、應(yīng)變小于卸載過程的位移、應(yīng)彎。加載點(diǎn)靠近被測吊車梁一側(cè)的位移、應(yīng)變大于加載點(diǎn)位于中部的位移、應(yīng)變。

（3）在試驗加載和卸載過程中，每級荷載作用下吊車梁跨中底部翼緣單向應(yīng)變變化與荷載增量基本呈線性關(guān)系，卸載完成后各吊車梁均存在不同程度的應(yīng)變回彈，符合彈性階段的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]" 趙振軍，上官瑾，劉潔. 白鶴灘水電站左岸地下廠房巖壁吊車梁荷載試驗監(jiān)測分析[J]. 水利建設(shè)與管理，2021，41（11）：23-27.

[2]" 王永德，謝勇兵，劉軍. 巖錨吊車梁荷載試驗研究[J]. 水利建設(shè)與管理，2022，42（6）：60-63.

[3]" 張學(xué)良，吳興旺，王麗娟，等. 大華橋水電站巖壁吊車承載試驗設(shè)計方案[J]. 云南水力發(fā)電，2020，36（1）：71-74.

[4]" 王洪巖，張習(xí)平，李志. 安全監(jiān)測技術(shù)在大華橋水電站地下廠房巖壁吊車梁荷載試驗的應(yīng)用[J]. 水力發(fā)電，2019，45（6）：56-59.

[5]" 孫晉博，施杭，黃嘉偉，等. 某煉鋼廠主廠房吊車梁疲勞性能評估[J]. 中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2022（9）：85-87.

[6]" 王兵，陶毅. 某煉鋼廠鋼吊車梁疲勞承載力檢測評估[J/OL].工業(yè)安全與環(huán)保：2023，49（11）：69-72.

[7]" 王冬. 超期服役鉚接鋼吊車梁殘余疲勞壽命估計試驗[J]. 機(jī)械工程與自動化，2022（5）：143-144.

[8]" 嚴(yán)勇. 某工業(yè)廠房鋼吊車梁疲勞開裂原因分析研究[J].廣東建材，2022，38（6）：51-55.

[9]" 畢登山，王建強(qiáng)，幸坤濤，等. 直角突變式支座薄腹鋼吊車梁疲勞性能評估與加固技術(shù)研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2024，45（1）：243-254.

[10] 張喜德，李嘉文. 預(yù)應(yīng)力混凝土舊吊車梁疲勞及承載性能評估[J]. 工程與試驗，2021，61（1）：42-44+54.

[11] 尹新龍，付傳雄，柯宇榮，等. 基于原型試驗的大跨度T型吊車梁荷載變形特性分析[J]. 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2020，18（2）：10-12+18.

收稿日期：2023-09-16

基金項目：甘肅省建材科研設(shè)計院有限責(zé)任公司專項“既有砌體結(jié)構(gòu)內(nèi)部大空間改造加固”（項目編號：KY2021-05）。

作者簡介：王志俊（1991-），男，大學(xué)本科，工程師，項目經(jīng)理，主要從事既有工程結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究。

通信作者：汪過兵（1993-），男，博士，工程師，主要從事工程振動、工程抗震、工程結(jié)構(gòu)鑒定加固理論研究。