重级钢构吊车梁的疲劳设计

摘要：重级钢构吊车梁是工业厂房的一大关键部件，其在工业材料运输、工业机械装配等厂房生产运行中扮演着十分重要的角色。确保重级钢构吊车梁处

于正常、可靠的工作状态是有效确保生产安全的必要前提，然而，一系列数据显示，目前我国重级钢构吊车梁常处于超负荷频繁运行状态，由此导致吊车梁出

现疲劳损坏。为此，本文将针对重级钢构吊车梁的疲劳设计展开研究。

关键词：重级钢构；疲劳设计；吊车梁；破坏；裂缝

疲劳破坏并不是短期形成的，疲劳裂缝一旦产生，长期忽略则可能引

起构架断裂，甚至产生更严重的结果。实行定时检查项目，开展维修加固，

从某种程度来说，能够有效规避裂缝危险，确保安全性。作为钢吊车梁金

属构件的一种，重级钢构吊车梁直接负载着压力，金属疲劳产生的可能性

较大。所以，在进行重级钢构吊车梁设计时，也同样要将其金属疲劳问题

考虑进去。尽可能地减少其产生疲劳破坏的风险，还要对其开展定期检查

和维修加固，确保生产万无一失。

1 重级钢构吊车梁的疲劳破坏原因研究

1.1 应力幅的差别

重级钢构吊车梁性能状况，及所能产生的疲劳抵抗力等，与应力幅的

大小、发生频率息息相关。依据《钢结构设计规范》，应力幅可进行具体核

算，但由于仅局限在步骤方面，因此其计算结果并不可靠。还需要考虑到：

吊车梁竖向剪应力作用、吊车梁加劲助与上翼缘连接不好导致腹板上部的

高应力区出现、吊车梁上翼缘局部扭转产生的附加弯曲应力作用、吊车梁

受弯扭等联合作用、燥缝残余拉应力的作用、施工过程中焊缝质量问题以

及轮压的取用情况等因素。

1.2 受力分析不全面

在进行重级钢构吊车梁受力具体分析时，主要关注其受力荷载、起重

荷载、强度、刚度等要素，并对这些要素进行计算。通常情况下，计算完

成或留有余地则意味着安全，但从实际状况来看，由于吊车梁设计时计算

次数较多,且板件相对较薄，一旦吊车起重荷载产生一点偏差，将会直接引

起其上翼缘、腹板等的应力幅数值的变动。在实际铺设过程中，是无法确

保百分百精确的。铺设的轨道，总会存在一点误差，不可能完全沿着直线

操作。

除此之外，依据《钢结构设计规范》(GB50(H7-2003)计算出来的吊车

小车横向制动力数值，与实际测算数值并不一致。力学原理中,杠杆平面外

的力度更大，并具有强破坏性。这种力度会造成构件产生变形或破坏现象，

会影响初期设计时的判断。进一步影响理论模型的设计，加大其与实际落

实的差距。因此，也要关注水平制动力产生的附加应力存在的破坏性。

2 钢吊车梁的加固策略

重级钢构吊车梁的安全保障是十分重要的工作。在实际操作过程中，

要开展定时监控,及时了解应用状况，同时采取加固、维修、及时更换等方

法确保其安全。

2.1 改变计算简图的加固方式

(1)通常设计中，采用的是简支形式。在实际操作时，可以通过在梁的

上、下翼缘处焊接相同厚度的板来提升整体。这种方式，会缩减跨中的弯

距，相反，会造成端部弯距。从其原理来看，它通过在支座处设置较简支

梁形式大的荷载,增强其负荷承载力，形式改变后，需要对其实际柱子强度、

基础强度等进行重新核算，除此之外，其对实际施工操作也提出了更高要

求。

(2)借助斜撑实现加固。采用斜撑加固，能够促进跨中弯距的缩减,能产

生较好的辅助作用，这种方式，实现了中心力的新转移。

(3)增加钢柱，缩减跨度，从而起到加固效果。

(4)将垂直拉应力拉杆与吊车梁进行连接，通过增加垂直预应力，产生

加固作用。实际操作中，当梁刚性强度不够时，这种方法使用较多。

(5)设置新的支撑点，能够有效减小吊车梁的承受力度，采用拉杆，能

够节省钢材，这一方式与第二种方式有异曲同工之妙。

(6)设置新的受力点,重新支配吊车梁的承受力度，减少受力。通过进行

内部弯距较大点与较小点之间的转移，能够让受力点更加均衡。转移形式

多样，跨中可以转移到跨端,跨中也可以转移到其他支撑点。这些方式的使

用，减少了次生力,例如，可减少吊车梁的平面外受力，能帮助吊车梁维持

内部力度平衡。

(7)通过在吊车梁底部增加杆件,减小其承受力。杆件的作用，不仅可以

分摊承受力，而且可以帮助力进行转移，跨中可以转移到跨端，跨中也可

以转移到其他支撑点。

(8)关注国家预应力加固措施，结合实际状况考虑其实施。

2.2 加强截面

当前设计使用的吊车梁，板件设计相对较薄,因此，可在此方面入手，

进行改善。通过在上下翼缘上增设板件，来增加其厚度。方式具有多样化，

水平、垂直、斜向都可以产生一定的帮助。如果吊车梁钢材允许煙接,还可

以借助翼缘爆接形式进行加固,如果钢材不允许择接,则可以借助重铆水平

板，来进行加固。腹板过薄,则会引起抗剪不足,这种状况下则可以间隔采用

增设同厚度的垂直板来解决。

2.3 采用专用张拉装置及推力装置加固

条件允许的情况下，还可以利用专用张拉机械设备来进行加固。这一

装置通过向吊车梁的受拉下翼缘施加一个预应力，从而减少内负荷承受力。

与此同时，在多跨钢吊车梁状况下，可采用推力装置通过施加预应力，从

而实现加固效果。这两种方法从操作来看，具有明显的便捷性。

2.3 裂缝的修复

（1）针对裂缝的修复需要采取堵焊的方法。同时，也可以通过盖板附

加进行修复。进行堵焊操作步骤如下：

（2）对于裂缝板面进行有效清洁，通过把上面的浮锈与板面所附灰尘

清洁完全，实现钢材金属板面的光亮洁净。

（3）采用碳弧气刨、砂轮以及风铲等制作工具，在裂缝边上制作出符

合《气焊、手工电弧焊与气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》的实际

要求、可以直接到达纹端的坡口止裂孔。运用碳弧气刨生产制作的坡口上

附着的渗碳层可以通过砂轮磨去。

（4）预热制作，裂缝进行修复过程中，全部焊接需要持续保持恒定的

修改温度，一般为金属加热控制在100-150 度。

（5）在 焊接过程中，需要运用同整体钢结构相符合的低氢焊条与超

低氢焊条加以焊接，最好采用比较小的直径焊条进行焊接，在焊接方法上

也尽量运用多段多层形式逆向焊接方法，焊接完毕之后加以锤击。

（6）依照严格的设计需要进行焊接修复裂缝的质量检验。

（7）实现吊车梁的破损堵焊完以后，需要把接口地方进行磨平整齐，

从而让焊接处同连接部件持平，摩擦痕迹线在一定方向上大概垂直于裂缝

破损切线。

（8）退火完成。在整个焊接完成之后，需要即刻进行退火处理。

2.4 吊车梁的维护

（1）控制吊车负荷值,当吊车发生初期萎形时，要及时进行修顿调整,

不随意进行焊接操作。

（2）开展定期检查项目。定期对轨道螺栓、轨距、接头等进行检查，

发现松动、不良状况时及时调整，当偏心大于10mm 时,则要注意在柱头调

整吊车梁。

（3）对吊车梁轨道开展定期检查，关注啃轨状况的发生。对于有焊缝

的部件，例如吊车梁上、下翼缘与腹板的连接焊缝、其加劲助与腹板及上、

下翼缘的连接焊缝等等，要注意及时检查，及时采取措施，规避安全隐患。

（4）除此之外，还要定期检查已采取裂缝加固的吊车梁的安全状况。

结语

经济与科技水平的提升，给企业发展带来了更多的发挥空间。21 世纪

以后，企业在机械设备上的投入越来越多，生产越来越频繁，这样一来，

势必会造成厂房负载的增加。很多时候，吊车梁设计与实际设置都存在一

定的误差，这种状况下，极易引起疲劳裂缝的出现。为了更好地满足现下

及未来经济发展需求，以重级钢构吊车梁为对象，对其疲劳设计及加固策

略展开详细探讨。既要对工业厂房开展实际勘察，也要为疲劳裂纹发生状

况提供加固修复方法，通过开展实际探讨，为安全提供更好的保障。

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市政桥梁

2016.16 169