隨著煉鋼廠生產(chǎn)的發(fā)展，煉鋼廠主副跨內(nèi)的吊車不斷加大。原主跨內(nèi)的吊車*大為50t，副跨內(nèi)的吊車*大為30t，現(xiàn)在分別增加到75t和50t，吊車運行的頻繁程度也有大幅度的增加。目前，這些吊車梁已出現(xiàn)裂縫、制動結(jié)構(gòu)斷裂、螺栓松動脫落等不同程度的損傷。為了了解現(xiàn)有吊車荷載條件下吊車梁的實際應(yīng)力水平和受吊車荷載作用的頻繁程度，進(jìn)而對吊車梁系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評估，有必要對吊車主梁進(jìn)行實際應(yīng)力測試。
吊車梁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
主跨和副跨的跨度均為18.42米，長度方向從03線到36線共228米，其中03線到1線和30線到36線為擴(kuò)建部分。柱距主要有6米和12米兩種，僅f/1-4為18米，如圖1。吊車梁系統(tǒng)均采用鋼結(jié)構(gòu)，*早建造的吊車梁為鉚接鋼結(jié)構(gòu)，有實腹式和桁架式兩種；之后擴(kuò)建、改建的吊車梁均采為焊接實腹梁（如圖2）。
吊車梁系統(tǒng)損傷情況
吊車梁系統(tǒng)缺陷損傷主要有以下幾個問題
1.吊車梁腹板和吊車桁架支座節(jié)點板被人為切割開洞。
2.吊車桁架下弦和腹桿局部變形
3.付跨e列1-4線制動板未拼接
4.制動結(jié)構(gòu)邊梁與柱的連接斷開
5.制動桁架桿件斷，連接螺栓松動
6.吊車梁上翼緣與柱的連接斷開
7.相鄰吊車梁之間的連接螺栓脫落或松動
8.斜撐桿與吊車梁連接脫焊
9.支座螺栓松動
除了人為損壞和施工缺陷之外，其他損傷都與吊車增載、頻繁運行有關(guān)，這些都是重級工作制吊車梁常見的疲勞問題。
吊車梁應(yīng)力測試
*定載荷條件下的測試
廠房主副跨內(nèi)的吊車經(jīng)過了多次更換和增載，為了了解現(xiàn)有吊車荷載條件下吊車梁的實際應(yīng)力水平和受吊車荷載作用的頻繁程度，對吊車梁進(jìn)行了實測。
測試梁為主跨e列14-15線6米跨度的吊車桁架和副跨e列20-22線12米跨度的吊車桁架。測點布置在受力較大的端斜桿和下弦桿上。
測試時，利用跨內(nèi)一吊車加載，主跨為75/20t吊車，吊重為一滿罐鋼水；副跨為50/10t吊車，吊重為空罐，里面沒有鋼水。吊車吊起吊重緊靠測試梁，在測試梁上通過，對測試梁進(jìn)行測試。
表1 吊車桁架桿實測應(yīng)力與計算應(yīng)力比較
跨別吊車吊重
測試部位
實測應(yīng)力
計算應(yīng)力
主跨75/20t
73.7t
端斜桿
里側(cè)
61.2
77.5
外側(cè)
61.5
下弦桿
里側(cè)
66.2
70.3
外側(cè)
56.7
幅跨15/10t
27.5t
端斜桿
里側(cè)
35.2
44.5
外側(cè)
35.0
下弦桿
里側(cè)
34.1
39.9
外側(cè)
32.2
實測應(yīng)力與計算應(yīng)力的對比見表1。相同荷載作用下的計算應(yīng)力與實測應(yīng)力比較接近，說明可以按照現(xiàn)有的吊車資料對吊車桁架的承載能力進(jìn)行驗算。
驗算吊車桁架的承載能力時，實際上應(yīng)考慮多臺吊車的作用，吊車最不利位置、吊車梁系統(tǒng)自重、荷載分項系數(shù)、動力系數(shù)、穩(wěn)定系數(shù)、凈截面和毛截面抵抗矩的差別等，驗算應(yīng)力要比表中的應(yīng)力值大很多。
參考實測結(jié)果，對主跨6m吊車桁架和副跨12m的吊車桁架按增載后的吊車載荷進(jìn)行靜力承載能力驗算，設(shè)計控制應(yīng)力分別為193mpa和223mpa，而材料強(qiáng)度設(shè)計值為215mpa，說明主跨6m吊車桁架靜力承載能力能夠滿足要求，而副跨12m吊車桁架不滿足要求。
正常生產(chǎn)條件下的測試
正常生產(chǎn)條件下的測試不需要*定吊車起重運行方式，*全按正常生產(chǎn)情況，連續(xù)測試8h左右。根據(jù)實測的應(yīng)力-時間歷程，用雨流法統(tǒng)計應(yīng)力幅值和應(yīng)力幅循環(huán)次數(shù)，以此推算用于疲勞驗算的欠載效應(yīng)等效系數(shù)。
根據(jù)吊車桁架實測的應(yīng)變-時間歷程得到*大應(yīng)力幅和應(yīng)力幅循環(huán)次數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果如表2所示，主跨吊車桁架下弦實測*大應(yīng)力幅為59mpa，50年應(yīng)力幅循環(huán)次數(shù)達(dá)到1675萬次。副跨吊車桁架下弦實測*大應(yīng)力幅為45.8mpa，50年應(yīng)力幅循環(huán)次數(shù)達(dá)到1120萬次。
表2中列出了欠載效應(yīng)等效系數(shù)的實測結(jié)果和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定值，可以看出，副跨的實測結(jié)果與規(guī)范值基本吻合，而主跨的實測結(jié)果則超出了規(guī)范值近20%，說明主跨吊車運行非常繁重，屬于不安全因素。吊車梁疲勞性能應(yīng)按實測結(jié)果評估。
表2 主幅跨吊車桁架應(yīng)力幅實測統(tǒng)計結(jié)果
跨別
測試部位
*大應(yīng)力幅
（mpa）
測試時間
（h）
應(yīng)力幅循環(huán)次數(shù)
欠載效應(yīng)等級系數(shù)
測試期間
50年（萬次）
實測
規(guī)范
主跨
端斜桿
50.6
7.52
292
1699
0.906
0.8
下弦桿
59.0
8.15
312
1675
0.951
幅跨1
端斜桿
44.4
9.92
247
1088
0.744
0.8
下弦桿
45.8
9.95
255
1120
0.786
吊車梁靜力與疲勞性能評估
在主副跨吊車桁架應(yīng)力實測的基礎(chǔ)上，對吊車梁進(jìn)行了靜力和疲勞強(qiáng)度驗算。結(jié)果表明，在上述缺陷損傷處理后，主跨吊車梁本體滿足要求；副跨吊車梁本體在目前生產(chǎn)條件不超過30t的吊重情況下也滿足要求，但在吊車額定起重量50t的情況下，就不滿足要求。
評價吊車梁或吊車桁架的疲勞性能，應(yīng)考慮疲勞驗算和實際疲勞損傷兩方面。疲勞驗算主要針對幾個受拉的部位；對受壓部位以及制動結(jié)構(gòu)，雖然經(jīng)常出現(xiàn)疲勞破壞，但目前還沒有合適的驗算方法，必須從實際的疲勞損傷來考慮疲勞性能。
該廠*早的吊車梁和吊車桁架已經(jīng)接近其50年的設(shè)計基準(zhǔn)期。吊車梁系統(tǒng)的制動結(jié)構(gòu)、與柱子的連接等已經(jīng)出現(xiàn)比較普遍的疲勞損傷。因此，需要對吊車梁系統(tǒng)進(jìn)行全面的治理，包括加固、改造、更換等。
通過本次測試，可以準(zhǔn)確了解主副跨吊車梁和吊車桁架的受力狀況。幾個關(guān)鍵受拉部位的疲勞強(qiáng)度目前尚能滿足要求。因此，吊車梁系統(tǒng)的治理可以安排在適當(dāng)試件上。
結(jié)論及處理建議
該煉鋼廠吊車梁系統(tǒng)經(jīng)多次改造，目前仍存在比較嚴(yán)重的缺陷損傷，包括裂縫、開洞、桿件變形、構(gòu)件斷裂、與柱子連接斷開、螺栓脫落等，直接影響吊車梁的正常受力，降低結(jié)構(gòu)的安全和壽命。是整個廠房結(jié)構(gòu)中最容易出現(xiàn)安全問題的薄弱環(huán)節(jié)。
吊車桁架動態(tài)測試結(jié)果表明，主副跨的吊車目前運行非常頻繁，規(guī)范規(guī)定的欠載效應(yīng)系數(shù)為0.8，主跨實測結(jié)果接近1.0超出了規(guī)范值近20%。副跨12m吊車桁架在吊車額定起重量50t的情況下，按照2003年新規(guī)范驗算，靜力強(qiáng)度不滿足要求。
針對以上結(jié)論，提出處理意見；對吊車梁系統(tǒng)首先應(yīng)控制吊重，嚴(yán)禁超載；對吊車梁上的裂縫、開洞，應(yīng)進(jìn)行修補加固；變形的桿件修復(fù)或更換；建議將主副跨吊車桁架更換為實腹梁；對主副跨的制動結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，將所有制動桁架該換成制動梁；改造制動結(jié)構(gòu)與柱的聯(lián)接方式，使之傳力可靠；更換松動、脫落的連接螺栓以及修復(fù)其他缺陷損傷。
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