萬雨

摘 要：承受主要載荷的大型鋼結(jié)構(gòu)失效會引起重大事故。本文以75/40噸的大型起重機鋼結(jié)構(gòu)為例，闡述了其主要關(guān)鍵部件的受力情況，并基于可靠性理論和受力分析結(jié)果，建立了關(guān)于多維準則的失效模型，最后，利用算例分析并驗證了所提出的失效模型的力學有效性。

關(guān)鍵詞：大型鋼結(jié)構(gòu)；失效；可靠性；模型

0 前言

大型鋼結(jié)構(gòu)的安全關(guān)系到人民生命和財產(chǎn)安全以及社會和諧穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)失效尤其是大型鋼結(jié)構(gòu)的失效會引起重大事故，因此失效分析是可靠性分析的重要組成部分和關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)。本文將結(jié)合具體的橋式起重機的鋼結(jié)構(gòu)，建立其結(jié)構(gòu)可靠性的失效模型，并用算例驗證所提出的失效模型的有效性。

1 受力分析

橋式起重機主要承受自重載荷、移動載荷、慣性載荷、小車輪壓、偏斜側(cè)向力和扭轉(zhuǎn)載荷。自重載荷主要包括主梁、小車軌道、走臺、欄桿和導電架等的重量，這些載荷按均勻分布考慮，而主梁上的機電設備和司機室等按集中載荷分布考慮。移動載荷由起升載荷與小車重量決定。慣性載荷按車輪打滑條件確定大小車運行的慣性力。小車輪壓按小車架中受力最大的AB梁分析。偏斜側(cè)向力根據(jù)滿載小車在主梁的位置不同，得到不同的側(cè)向力。扭轉(zhuǎn)載荷是由于偏軌箱形梁截面的彎心與形心不重合，在小車動輪壓和小車水平慣性力的偏心作用下產(chǎn)生的。

2 失效建模

基于可靠性理論和和關(guān)鍵部件的受力情況分析，建立了橋式起重機可靠性失效模型，其主要包括疲勞強度失效準則、靜強度失效準則、穩(wěn)定性失效準則、剛度失效準則及失效路徑長度極限準則。

①靜強度失效準則。主梁跨中截面的任意危險點i的應力應滿足：

其中σo為靜強度許用應力，危險截面驗算點的應力應該按照最不利工況和載荷組合決定，當失效路徑單元中出現(xiàn)上述點時，系統(tǒng)失效。

②疲勞強度失效準則。主梁截面翼緣板拼接焊縫處j的應力應滿足：

其中σp為疲勞強度許用應力，同樣的危險截面驗算點的應力應該按照最不利工況和載荷組合決定，當失效路徑單元中出現(xiàn)上述點時，系統(tǒng)失效。

③整體穩(wěn)定性失效準則。經(jīng)測算，當高寬比大于3時，系統(tǒng)失效。

④局部穩(wěn)定性失效準則。箱形主梁的翼緣板和腹板均需要考慮局部穩(wěn)定性失效準則。首先根據(jù)板的寬厚比布置，形成區(qū)格，然后分別驗算跨端和跨中附近的區(qū)格，由此得出局部穩(wěn)定性失效準則。

⑤剛度失效準則。主要包括橋架的垂直靜/動剛度失效準則和水平靜/動剛度失效準則。

其中垂直靜剛度以滿載小車處于跨中位置產(chǎn)生的靜撓度來表征：

垂直動剛度以滿載小車處于跨中位置產(chǎn)生的垂直自振頻率來表征：

水平靜剛度以滿載小車處于跨中位置產(chǎn)生的水平慣性位移來表征：

水平動剛度以物品高位懸掛時，滿載小車處于跨中位置的水平自振頻率來表征：

⑥失效路徑長度極限準則。通過測算，失效路徑一般取4-5。

針對以上6維失效準則，即只要不符合其中一項準則，橋式起重機結(jié)構(gòu)件就失效。

3 計算驗證

以某具體75/40T的橋式起重機為例，驗證失效模型的有效性。具體參數(shù)參見產(chǎn)品說明書在其他條件不變的情況下， 小范圍調(diào)整跨度時剛度失效的變化規(guī)律如圖1所示。

由圖1可以看出，在跨度從27到30m的攝動過程中，剛度失效比重增加了。也就是說，剛度失效的可能性增大了，符合力學規(guī)律，說明該模型是有效的。

4 結(jié)語

本文以75/40T的橋式起重機為例，闡述了其主要關(guān)鍵部件的受力情況，并基于可靠性理論和受力分析結(jié)果，建立了關(guān)于多維準則的失效模型，最后算例證明了所提出的失效模型是有效的。

參考文獻：

[1]須雷.起重機可靠性考核評定與分析[J].起重運輸機械，1997（5）：3-7.

[2]楊瑞剛，徐格寧，范小寧.橋式起重機結(jié)構(gòu)可靠性失效準則與剩余壽命評估準則[J].中國安全科學學報，2009，19 （10）：95-100.