吊车梁上翼缘与柱连接板的疲劳断裂及处理

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

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。

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 。

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5　吊车梁上翼缘与柱子改造处理后的情况