陳宇征
(北京動(dòng)力機(jī)械研究所,北京 100074)
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)懸掛吊車軌道在建筑、橋梁等工程建設(shè)中應(yīng)用較多,各項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟,但是在安裝及運(yùn)行過程中,經(jīng)常會(huì)因重心偏移等因素加大施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn),因此要求施工單位必須嚴(yán)格按照專業(yè)規(guī)范對(duì)吊車軌道安裝作業(yè)進(jìn)行有效規(guī)劃和管理,保證安裝工作的順利進(jìn)行。
在工業(yè)建筑工程中,為滿足施工工藝要求,經(jīng)常需要在網(wǎng)架下懸掛輕級(jí)工作制吊車或者是電葫蘆,基于實(shí)際需求,必須要對(duì)動(dòng)荷載、鋼材疲勞以及吊車懸掛節(jié)點(diǎn)等問題進(jìn)行綜合分析,保證安裝技術(shù)的科學(xué)性,提高整個(gè)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝的穩(wěn)定性。分析網(wǎng)架結(jié)構(gòu)懸掛吊車軌道安裝技術(shù),前提是明確各節(jié)點(diǎn)的連接形式及結(jié)構(gòu)特點(diǎn),本文所論述吊車軌道為工字鋼梁,連接方式復(fù)雜度低,現(xiàn)場(chǎng)操作方便,因?yàn)殡y度低得以廣泛應(yīng)用[1]。但很多情況下因?yàn)榘惭b操作不規(guī)范產(chǎn)生偏差,以及吊車突然制動(dòng)產(chǎn)生水平力促使節(jié)點(diǎn)焊縫產(chǎn)生次應(yīng)力導(dǎo)致吊車壽命縮短。為提高軌道安裝效果,需要在形式上進(jìn)行更新,降低水平荷載對(duì)吊車軌道帶來的影響,降低實(shí)際安裝偏差。
基于網(wǎng)架懸掛吊車軌道懸掛節(jié)點(diǎn)連接特點(diǎn),對(duì)工字鋼梁形式進(jìn)行簡(jiǎn)化,以簡(jiǎn)支梁的形式進(jìn)行倒梁安裝,將工字鋼上部連接約束作為下部約束作用在工字鋼梁結(jié)構(gòu)上。
(1)垂直荷載。工字鋼承受自重以及小車自重產(chǎn)生的荷載為q,吊物重量荷載作用力為P,基于影響線原理計(jì)算求出支座反力為最大輪壓。對(duì)于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),可以將計(jì)算得到的最大或最小輪壓,施加到網(wǎng)架下弦節(jié)點(diǎn)位置,最后根據(jù)荷載組合求出受力最不利情況,確定結(jié)構(gòu)所受荷載大小[2]。
(2)水平荷載。吊車水平荷載作用力的分析,可以分為橫向和縱向2個(gè)方面,其中橫向水平荷載作用力T=0.12(Q+g),其中Q表示吊車額定起重量,g表示小車自重。分析可知吊車最大橫向水平荷載與豎直荷載的最不利位置相同,均可以利用影響線原理計(jì)算得到,但要同時(shí)兼顧橫向與縱向兩個(gè)作用影響。另外,計(jì)算縱向水平荷載時(shí),可以看作吊車啟動(dòng)或者制動(dòng)產(chǎn)生的慣性力,利用公式T0=Pmax/10計(jì)算,其中Pmax是最大輪壓。
(3)綜合荷載。為提高網(wǎng)架設(shè)計(jì)結(jié)果的穩(wěn)定性,不僅要考慮0.3 kN/m2上弦恒載、0.5 kN/m2上弦活載和0.1 kN/m2下弦恒載,還需要兼顧水平荷載與豎向荷載對(duì)吊車產(chǎn)生的影響,以承載力極限狀態(tài)確定荷載效應(yīng)組合形式,并將計(jì)算得到的荷載數(shù)值加到吊車下弦節(jié)點(diǎn)位置。但是在實(shí)際計(jì)算中,要明確可變荷載效應(yīng)控制的為最不利組合,結(jié)合動(dòng)力系數(shù)和不利因素修正系數(shù)μ,確定荷載效應(yīng)組合 St=μ(rGSGK+βrQ1SQ1k)。其中 rG表示永久荷載分項(xiàng)系數(shù),取值1.2;表示可變荷載分項(xiàng)系數(shù),取值1.4;SGK表示永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的效應(yīng)值;SQ1K表示按照可變荷載值Q1k計(jì)算所得荷載效應(yīng)值;Q1k表示可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值,電葫蘆自重、額定起重量對(duì)應(yīng)荷載,以及電動(dòng)單梁懸掛起重機(jī)自重等,對(duì)網(wǎng)架產(chǎn)生的可變荷載,且電動(dòng)單梁懸掛起重機(jī)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值可確定為產(chǎn)品最大輪壓值Pmax、最小輪壓值Pmin或者手工計(jì)算值[3]。β表示動(dòng)力系數(shù),取值1.05;μ表示修正系數(shù),基于運(yùn)輸設(shè)備產(chǎn)品變更特點(diǎn),以及軌道材料代換等情況,計(jì)算式取值電葫蘆值為1.13,單梁懸掛起重機(jī)取值為1.06。對(duì)水平荷載作用狀態(tài)進(jìn)行分析,為輕級(jí)制吊車,可在不計(jì)算間動(dòng)力系數(shù)和修正系數(shù)前提下得到數(shù)值,并施加到網(wǎng)架吊車軌道安裝節(jié)點(diǎn)。
鋼材疲勞也是影響網(wǎng)架懸掛吊車軌道安裝效果的重要因素,需要嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行分析。即對(duì)于直接承受動(dòng)力荷載重復(fù)作用影響的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件與連接,如果應(yīng)力循環(huán)變化次數(shù)n超過5×104次時(shí),必須進(jìn)行鋼材疲勞計(jì)算。而對(duì)于應(yīng)力循環(huán)中未出現(xiàn)拉應(yīng)力的結(jié)構(gòu),無需進(jìn)行疲勞計(jì)算。以直接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)作為分析對(duì)象時(shí),動(dòng)力荷載標(biāo)準(zhǔn)值無需乘以動(dòng)力系數(shù)。一般鋼材疲勞計(jì)算可以選擇應(yīng)用容許應(yīng)力幅法,以彈性狀態(tài)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算:Δs=[Δs]。其中,Δs表示焊接部位應(yīng)力幅,且 Δs=smax-smin;非焊接部位為折算應(yīng)力幅,Δs=smax-0.7smin。其中,smax表示每次應(yīng)力循環(huán)中,計(jì)算部位所受最大拉應(yīng)力;smin表示每次應(yīng)力循環(huán)中,計(jì)算部位最小拉應(yīng)力與壓應(yīng)力;[Δs]表示容許應(yīng)力幅,單位 N/mm2;按照構(gòu)件、鏈接類別以及盈利循環(huán)次數(shù) n 計(jì)算,即[Δs]=(C/n)1/β,可由構(gòu)件與連接類別查詢得到相關(guān)數(shù)據(jù);n表示應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。
工字鋼為應(yīng)用最多的軌道形式,為提高吊車運(yùn)行的穩(wěn)定性,應(yīng)選擇相同型號(hào)的工字鋼。直線吊車軌道計(jì)算時(shí),可選擇連續(xù)梁計(jì)算方法,重點(diǎn)分析最不利位置,對(duì)于影響線計(jì)算難度較大的情況,在保證網(wǎng)架懸掛吊車運(yùn)行安全性的基礎(chǔ)上,可以要求影響線算法精確性。但是要明確軌道損壞帶來的影響,按照二級(jí)安全等級(jí)計(jì)算,動(dòng)力系數(shù)確定為手動(dòng)電動(dòng)懸掛1.05,手動(dòng)單軌1.0,同時(shí)還要兼顧車輪磨損特點(diǎn),截面矩需要乘以磨損系數(shù),且為滿足不利條件運(yùn)行要求,鋼材剛度需要乘以折減系數(shù)[4]。
計(jì)算曲線軌道時(shí),因?yàn)樘幱谑芰顟B(tài),多支點(diǎn)弧形界面工字形軌道為受彎矩開口薄壁構(gòu)件,計(jì)算難度大。為保證計(jì)算精度,對(duì)于支點(diǎn)數(shù)≥3的弧形軌道,可以直接按照3個(gè)支點(diǎn)計(jì)算,并且不考慮自重均布荷載,并乘以加大系數(shù)1.05。
應(yīng)用直接與下弦螺旋連接的方法處理吊車節(jié)點(diǎn)與鋼屋架難度更小,一般鋼架下弦懸掛吊車噸位較小,但高差調(diào)正不便,安裝時(shí)對(duì)下弦標(biāo)高有著十分嚴(yán)格的要求?;蛘咴趹覓斓踯嚬?jié)點(diǎn)與屋蓋連接時(shí)設(shè)置過渡板,不僅可以當(dāng)場(chǎng)完成高差測(cè)量,還可以調(diào)整高度。其中,吊車節(jié)點(diǎn)與梁連接時(shí),節(jié)點(diǎn)鋼管與球連接,以鋼結(jié)構(gòu)為對(duì)象完成焊接疲勞計(jì)算,但要重點(diǎn)做好下部鋼管與鋼板連接位置的控制,該位置為薄弱環(huán)節(jié),經(jīng)常會(huì)因?yàn)閼?yīng)力集中造成鋼板彎曲,可對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)肋補(bǔ)強(qiáng)[5]。吊車節(jié)點(diǎn)與螺栓球網(wǎng)架連接時(shí),可以應(yīng)用大螺栓與螺栓球連接,但是抗疲勞性差,且螺栓直徑大淬透性差,安全風(fēng)險(xiǎn)較大?;蛘呤菓?yīng)用特殊帶長(zhǎng)柄的球,控制好長(zhǎng)柄和下弦垂直度,避免形成扭轉(zhuǎn)角,保證連接質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
分析吊車節(jié)點(diǎn)與軌道安裝作業(yè),應(yīng)提前對(duì)安裝尺寸進(jìn)行檢查和調(diào)正,例如通過精制螺栓現(xiàn)場(chǎng)高空打孔后連接,將與屋蓋相連接部位制作成一個(gè)兩面開口的箱子,并連接兩側(cè)平板和軌道下部節(jié)點(diǎn)平板,隨時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行尺寸方位調(diào)正,待檢查確認(rèn)屋蓋撓度穩(wěn)定后,測(cè)量標(biāo)高和水平位置,將現(xiàn)場(chǎng)安裝誤差控制在0.5 mm以內(nèi),最后安裝螺栓固定。條件允許情況下,可以將螺栓更改為焊接固定,但是要保證高空作業(yè)安全。
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)懸掛吊車在工業(yè)與建筑領(lǐng)域中應(yīng)用較多,為保證作業(yè)的安全性與可靠性,需要在前期做好安裝管理,保證安裝作業(yè)每個(gè)細(xì)節(jié)的規(guī)范性與專業(yè)性。通過分析節(jié)點(diǎn)連接形式與特點(diǎn),結(jié)合吊車受力荷載,選擇最為合適的安裝技術(shù),提高整體安裝效果。
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