网架结构悬挂吊车轨道安装技术分析

2017-04-09陈宇征

设备管理与维修 2017年11期

陈宇征

（北京动力机械研究所，北京 100074）

0 前言

网架结构悬挂吊车轨道在建筑、桥梁等工程建设中应用较多，各项技术已经相对成熟，但是在安装及运行过程中，经常会因重心偏移等因素加大施工难度和安全风险，因此要求施工单位必须严格按照专业规范对吊车轨道安装作业进行有效规划和管理，保证安装工作的顺利进行。

1 网架结构悬挂吊车轨道节点连接分析

在工业建筑工程中，为满足施工工艺要求，经常需要在网架下悬挂轻级工作制吊车或者是电葫芦，基于实际需求，必须要对动荷载、钢材疲劳以及吊车悬挂节点等问题进行综合分析，保证安装技术的科学性，提高整个网架结构安装的稳定性。分析网架结构悬挂吊车轨道安装技术，前提是明确各节点的连接形式及结构特点，本文所论述吊车轨道为工字钢梁，连接方式复杂度低，现场操作方便，因为难度低得以广泛应用[1]。但很多情况下因为安装操作不规范产生偏差，以及吊车突然制动产生水平力促使节点焊缝产生次应力导致吊车寿命缩短。为提高轨道安装效果，需要在形式上进行更新，降低水平荷载对吊车轨道带来的影响，降低实际安装偏差。

2 网架悬挂吊车作业荷载分析

2.1 简化计算模型

基于网架悬挂吊车轨道悬挂节点连接特点，对工字钢梁形式进行简化，以简支梁的形式进行倒梁安装，将工字钢上部连接约束作为下部约束作用在工字钢梁结构上。

2.2 悬挂吊车荷载

（1）垂直荷载。工字钢承受自重以及小车自重产生的荷载为q，吊物重量荷载作用力为P，基于影响线原理计算求出支座反力为最大轮压。对于网架结构的设计，可以将计算得到的最大或最小轮压，施加到网架下弦节点位置，最后根据荷载组合求出受力最不利情况，确定结构所受荷载大小[2]。

（2）水平荷载。吊车水平荷载作用力的分析，可以分为横向和纵向2个方面，其中横向水平荷载作用力T＝0.12（Q+g），其中Q表示吊车额定起重量，g表示小车自重。分析可知吊车最大横向水平荷载与竖直荷载的最不利位置相同，均可以利用影响线原理计算得到，但要同时兼顾横向与纵向两个作用影响。另外，计算纵向水平荷载时，可以看作吊车启动或者制动产生的惯性力，利用公式T0＝Pmax/10计算，其中Pmax是最大轮压。

（3）综合荷载。为提高网架设计结果的稳定性，不仅要考虑0.3 kN/m2上弦恒载、0.5 kN/m2上弦活载和0.1 kN/m2下弦恒载，还需要兼顾水平荷载与竖向荷载对吊车产生的影响，以承载力极限状态确定荷载效应组合形式，并将计算得到的荷载数值加到吊车下弦节点位置。但是在实际计算中，要明确可变荷载效应控制的为最不利组合，结合动力系数和不利因素修正系数μ，确定荷载效应组合 St＝μ（rGSGK+βrQ1SQ1k）。其中 rG表示永久荷载分项系数，取值1.2；表示可变荷载分项系数，取值1.4；SGK表示永久荷载标准值产生的效应值；SQ1K表示按照可变荷载值Q1k计算所得荷载效应值；Q1k表示可变荷载标准值，电葫芦自重、额定起重量对应荷载，以及电动单梁悬挂起重机自重等，对网架产生的可变荷载，且电动单梁悬挂起重机可变荷载标准值可确定为产品最大轮压值Pmax、最小轮压值Pmin或者手工计算值[3]。β表示动力系数，取值1.05；μ表示修正系数，基于运输设备产品变更特点，以及轨道材料代换等情况，计算式取值电葫芦值为1.13，单梁悬挂起重机取值为1.06。对水平荷载作用状态进行分析，为轻级制吊车，可在不计算间动力系数和修正系数前提下得到数值，并施加到网架吊车轨道安装节点。

2.3 钢材疲劳计算。

钢材疲劳也是影响网架悬挂吊车轨道安装效果的重要因素，需要严格按照规范进行分析。即对于直接承受动力荷载重复作用影响的钢结构构件与连接，如果应力循环变化次数n超过5×104次时，必须进行钢材疲劳计算。而对于应力循环中未出现拉应力的结构，无需进行疲劳计算。以直接承受动力荷载结构作为分析对象时，动力荷载标准值无需乘以动力系数。一般钢材疲劳计算可以选择应用容许应力幅法，以弹性状态进行应力计算：Δs＝[Δs]。其中，Δs表示焊接部位应力幅，且 Δs＝smax－smin；非焊接部位为折算应力幅，Δs＝smax－0.7smin。其中，smax表示每次应力循环中，计算部位所受最大拉应力；smin表示每次应力循环中，计算部位最小拉应力与压应力；[Δs]表示容许应力幅，单位 N/mm2；按照构件、链接类别以及盈利循环次数 n 计算，即[Δs]＝(C/n)1/β，可由构件与连接类别查询得到相关数据；n表示应力循环次数。

3 网架悬挂吊车安装设计要点

3.1 计算直线轨道

工字钢为应用最多的轨道形式，为提高吊车运行的稳定性，应选择相同型号的工字钢。直线吊车轨道计算时，可选择连续梁计算方法，重点分析最不利位置，对于影响线计算难度较大的情况，在保证网架悬挂吊车运行安全性的基础上，可以要求影响线算法精确性。但是要明确轨道损坏带来的影响，按照二级安全等级计算，动力系数确定为手动电动悬挂1.05，手动单轨1.0，同时还要兼顾车轮磨损特点，截面矩需要乘以磨损系数，且为满足不利条件运行要求，钢材刚度需要乘以折减系数[4]。

3.2 计算曲线轨道

计算曲线轨道时，因为处于受力状态，多支点弧形界面工字形轨道为受弯矩开口薄壁构件，计算难度大。为保证计算精度，对于支点数≥3的弧形轨道，可以直接按照3个支点计算，并且不考虑自重均布荷载，并乘以加大系数1.05。

3.3 节点屋盖连接

应用直接与下弦螺旋连接的方法处理吊车节点与钢屋架难度更小，一般钢架下弦悬挂吊车吨位较小，但高差调正不便，安装时对下弦标高有着十分严格的要求。或者在悬挂吊车节点与屋盖连接时设置过渡板，不仅可以当场完成高差测量，还可以调整高度。其中，吊车节点与梁连接时，节点钢管与球连接，以钢结构为对象完成焊接疲劳计算，但要重点做好下部钢管与钢板连接位置的控制，该位置为薄弱环节，经常会因为应力集中造成钢板弯曲，可对其进行加强肋补强[5]。吊车节点与螺栓球网架连接时，可以应用大螺栓与螺栓球连接，但是抗疲劳性差，且螺栓直径大淬透性差，安全风险较大。或者是应用特殊带长柄的球，控制好长柄和下弦垂直度，避免形成扭转角，保证连接质量达到设计要求。

3.4 节点轨道连接

分析吊车节点与轨道安装作业，应提前对安装尺寸进行检查和调正，例如通过精制螺栓现场高空打孔后连接，将与屋盖相连接部位制作成一个两面开口的箱子，并连接两侧平板和轨道下部节点平板，随时根据设计方案进行尺寸方位调正，待检查确认屋盖挠度稳定后，测量标高和水平位置，将现场安装误差控制在0.5 mm以内，最后安装螺栓固定。条件允许情况下，可以将螺栓更改为焊接固定，但是要保证高空作业安全。