有重级工作制吊车的冶金工业厂房,吊车梁与柱子的连接经常发生各种形式的破坏,其中一种是 吊车梁上翼缘与柱子连接板的断裂破坏 。
某炼钢厂连铸接受跨有四台125/30t重级工作制铸造吊车,吊车梁跨度有9米和18米两种,投产15年后在检查中发现,吊车梁上翼缘与柱子连接板普遍发生断裂坏,如图1和图2所示。
图1 某连铸车间接受跨平面布置
俯视
仰视
图2 吊车梁与柱连接板断裂
此连接板与梁端上翼缘采用高强度螺栓连接,与柱子翼缘采用焊缝连接,裂缝沿焊缝开展,已完全裂断。
这个连接用于传递吊车横向水平荷载,同时保证吊车梁端部的稳定,其失效破坏会使吊车梁受力状况恶化,影响安全生产,危及结构安全 。
因此,需要分析连接板开裂的原因,进行适当的改造处理。
02
破坏原因分析
吊车梁与柱上翼缘的连接板, 一端与吊车梁上翼缘用高强度螺栓连接,另一端与柱子焊接 ,这是一种常见的构造方式。
采用这种构造方式时,应考虑 连接板承受吊车横向水平荷载产生的最大水平反力 ,以及 由于吊车梁底面承压不均匀造成偏心从而产生的附加内力 ; 对于重级工作制吊车梁 ,还要考虑 梁端转角引起上翼缘纵向水平位移而产生的附加弯矩 的影响。
梁端转角引起的水平位移 u 可按下式计算:
式中, M x ——吊车梁在竖向荷载作用下的跨中最大弯矩;
l ——吊车梁跨度;
h l ——吊车梁截面高度;
I x ——吊车梁截面绕强轴的惯性矩。
水平位移u产生的附加弯矩 为:
式中, I 0 ——连接板在其平面内的惯性矩;
l 0 ——连接板的计算长度,为柱翼缘至最近高强度螺栓的距离。
从上面两式可以看出, 附加弯矩是在吊车竖向荷载作用下产生的,并且其大小与连接板计算长度的平方成反比 。说明当连接板的长度较小时,连接板就会出现较大附加弯曲应力。这样,当吊车运行较频繁时就会出现疲劳断裂。
该连铸接受跨吊车梁与柱连接板的计算长度,对9米跨吊车梁为200mm,对18米跨吊车梁为150mm,这个长度是很小的。按上面两式计算, 最大附加弯曲应力已经超过了材料设计强度 。
此外,接受跨的 吊车运行非常频繁 ,根据正常生产情况下的实测结果,以200万次应力幅循环为基准的 欠载效应等效系数 α f 为0.99 。这个数值高于一般重级工作制软钩吊车的 α f =0.8。
因此,可以认为 连接板在投入使用近15年后出现疲劳开裂,是附加弯矩造成的过大应力和吊车运行非常频繁的结果 。
03
改造处理
处理吊车梁与柱子的这种连接破坏, 一般是改用板铰连接 ,如图3所示。采用板铰连接,上翼缘纵向水平位移不受约束,梁端转角不会产生附加弯矩,是一种很好的连接方法。
但是,接受跨F轴线柱与吊车梁上翼缘的净距很小 ,对9米跨吊车梁为150mm,对18米跨吊车梁为100mm,而铰栓直径约为36~60mm,铰板栓孔的端距不小于1.5倍的铰孔直径,因此, 采用板铰连接受到限制 。
由于此处不便于改用板铰连接,提出了 如图4所示的 改造处理方式 。将原制动板端头部分切除,改换一较厚钢板,利用原有螺栓孔用高强度螺栓进行连接,在新换钢板上开槽口,打入钢楔与柱子顶紧,钢楔与柱子和制动板均不焊,柱子上焊钢板与钢楔顶紧。
与板铰连接一样, 这种连接可限制吊车梁上翼缘横向水平移动,传递吊车横向水平荷载,同时保证吊车梁端部的稳定,而在吊车腹板平面内自由移动,不会产生附加弯矩 。
接受跨柱与吊车梁的连接按上述方法进行了改造处理,如图5所示, 后续使用状况良好 。
图3 吊车梁与柱的板铰连接
图4 吊车梁与柱的改造处理方案
图5 吊车梁上翼缘与柱子改造处理后的情况
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结构施工图
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