钢吊车梁承载力和稳定性验算

施其福

(安徽马钢工程技术有限公司，安徽 马鞍山 243000)

1 工程概况

某炼钢厂主厂房为单层两跨钢排架结构(即BC，CD跨)，跨度分别为27.000 m和30.000 m，BC跨设有3台A7级工作制桥式软钩吊车，额定起重量均为200 t，CD跨设有4台A6级工作制桥式软钩吊车，额定起重量由南向北依次为125 t，50 t，125 t和50 t。除BC跨C列30.000 m梁为焊接双腹壁箱形梁外，厂房其余所有吊车梁均为焊接Ⅰ形截面钢吊车梁，厂房B，C，D列(05)轴～(17)轴线范围吊车梁主要跨度分别为 12.000 m，15.000 m，18.000 m，21.000 m及24.000 m。厂房结构设计按7度、Ⅱ类场地土进行了抗震设防。

2 荷载及内力计算

吊车梁主要承受竖向动力荷载和吊车刹车时产生的水平刹车力，不仅需要满足强度、刚度和稳定性要求，还要具有足够的疲劳强度，因此吊车梁需要较高的侧向强度和刚度。针对该厂房吊车梁在服役期间出现的问题，选出一根受载最不利的吊车梁进行强度、刚度、稳定性和疲劳验算。

该钢吊车梁采用实腹式焊接工字形截面，钢材选用Q345钢材，吊车基本参数见表1，吊车梁的截面尺寸、吊车计算简图分别见图 1，图 2。

表1 吊车基本资料

图1 吊车梁截面及其组成构件

图2 1，2吊车计算简图

制动板上走道荷载为2.0 kN/mm2，制动结构上的积灰荷载为1.0 kN/mm2。计算吊车梁的竖向剪力时，应考虑轨道和它的固定件、吊车制动结构、支撑系统以及吊车梁自重等影响，将近似地简化求得的弯矩值和剪力值乘以自重影响系数βw。荷载设计值分项系数 γQ=1.4，A6 级吊车的动力系数取 1.1[1-4]。按照吊车厂家提供的数据，应用结构力学知识可以计算出30 m吊车梁在移动荷载作用下的最大内力如下:

两台吊车时:绝对最大竖向弯矩标准值Mxmax，k=14 921.1 kN·m，相应的剪力标准值Vc，k=505.2 kN;绝对最大水平弯矩标准值Mymax，k=1 492.1 kN·m;支座的最大剪力标准值 Vmax，k=2 317.6 kN。

一台吊车时:绝对最大竖向弯矩标准值Mxmax，k=17 613.2 kN·m，相应的剪力标准值 Vc，k=535.2 kN;绝对最大水平弯矩标准值Mymax，k=1 761.3 kN·m;支座的最大剪力标准值 Vmax，k=2 680.5 kN(以上计算的各标准值已考虑了动力系数及自重影响系数，荷载设计值为标准值乘以荷载分项系数γQ)。

根据吊车梁的截面尺寸可知其截面特性为:

3 截面验算

3.1 强度验算

3.1.1 正应力验算

上翼缘正应力:

下翼缘正应力:

3.1.2 剪应力验算

一般截面剪应力:

突缘支座截面处剪应力:

其中，hw，tw分别为梁腹板的高度和厚度。

3.1.3 边缘局部压应力验算

吊车梁轨道采用QU120，轨道高度hR=170 mm，翼缘高度hy=36 mm。

最大轮压设计值:

则局部压应力:

其中，lz为集中荷载在腹板计算高度上边缘的假设分布长度;φ为集中荷载增大系数，取值为1.35。

3.1.4 折算应力验算

取跨中C截面上翼缘板与腹板交汇处:

因为σ和σc均为压应力，因此β取1.1，则:

3.2 稳定性验算

3.2.1 整体稳定性验算

因吊车梁的受压翼缘板上设有制动梁，吊车梁不会丧失整体稳定性，故可不验算。

3.2.2 局部稳定验算

由设计图纸可知，此吊车梁设置了横向加劲肋和纵向加劲肋以及短肋，需要对腹板区格的局部稳定进行验算。

图3 截面设计图

根据图3可知:

经求解:

则:

此处的弯矩最大，因此无需检验其他区隔的稳定性。

3.3 挠度验算

3.3.1 吊车梁的竖向挠度

3.3.2 水平作用下产生的挠度

其中，l为吊车梁跨度;E为钢材结构弹性模量值。

3.4 疲劳验算

重级工作制软钩吊车的吊车梁的欠载系数αf=0.8。

1)受拉翼缘与腹板连接焊缝附近腹板的主体金属处(最大弯矩截面处)，此处金属属于第3类:

2)横向加劲肋下端点附近腹板的主体金属处，此处金属属于第4类:

3)下翼缘与腹板连接角焊缝处(角焊缝高度hf=10 mm)，此处金属属于第8类:

4)受拉翼缘板上螺栓孔附近的主体金属处，此处金属属于第3类:

5)梁端突缘加劲肋与腹板连接角焊缝处(角焊缝高度hf=10 mm)，此处金属属于第8类:

4 结语

由于吊车梁承受很大的竖向动力荷载和横向水平荷载，设计分析时应对其进行强度、刚度、稳定性和疲劳验算。经计算分析，该钢吊车梁在强度、刚度、稳定性及抗疲劳验算均符合相关要求。本文计算分析可以对类似工程起到一定的参考作用。

[1] 《钢结构设计手册》编委会.钢结构设计手册[M].第3版.北京:中国建筑工业出版社，2004.

[2] 汪一骏.轻型钢结构设计指南(实例与图集)[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社，2005.

[3] 陈绍番，顾 强.钢结构(上册)钢结构基础[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社，2007.

[4] 龙驭球，包世华.结构力学基本教程[M].第2版.北京:高等教育出版社，2007.