加固技術(shù)在鋼吊車梁上的應(yīng)用

曹立迎

（中冶東方工程技術(shù)有限公司秦皇島研究設(shè)計(jì)院，河北秦皇島 066004）

加固技術(shù)在鋼吊車梁上的應(yīng)用

曹立迎

（中冶東方工程技術(shù)有限公司秦皇島研究設(shè)計(jì)院，河北秦皇島 066004）

本文針對(duì)當(dāng)前工程中應(yīng)用較多的鋼吊車梁的修復(fù)及吊車升級(jí)改造等情況，對(duì)鋼吊車梁的加固技術(shù)進(jìn)行了多方面系統(tǒng)的闡述，討論了它們的優(yōu)缺點(diǎn)和適用情況，并對(duì)鋼吊車梁的設(shè)計(jì)以及加工制作過程提出了合理化的建議?，F(xiàn)在某些方法已經(jīng)應(yīng)用于多項(xiàng)工程的加固，且經(jīng)過若干年的檢驗(yàn)，效果比較理想，為以后的工程應(yīng)用及科學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)，為此方面的科研研究提供了參考。

鋼吊車梁 加固 承載力 可靠性

鋼結(jié)構(gòu)的加固是指對(duì)已有鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)以提高其承載能力、耐久性和滿足使用要求。鋼結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重缺陷和損傷或改變使用條件，致使存在很大安全隱患，經(jīng)檢查驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度或穩(wěn)定性不滿足使用要求時(shí)，應(yīng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。

吊車梁是工業(yè)建筑中的一個(gè)重要構(gòu)件，尤其在現(xiàn)代的鋼結(jié)構(gòu)廠房中，跨度大、荷載重的吊車梁常常采用鋼制的吊車梁。它具有自重輕、承載力強(qiáng)、外觀美觀，制作安裝方便和施工工期短等優(yōu)點(diǎn)。

工業(yè)建筑在使用過程中面臨著設(shè)備更新?lián)Q代，荷載增加，使用中易受到腐蝕，應(yīng)定期對(duì)工業(yè)建筑進(jìn)行可靠性檢查，特別是對(duì)重要構(gòu)件的檢查。吊車梁在長(zhǎng)期的自然環(huán)境和使用環(huán)境的雙重作用下，其性能將逐漸減弱，這是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的客觀存在。隨著時(shí)間的流逝，鋼吊車梁會(huì)因銹蝕、損傷造成承載能力及使用性能大幅下降，或者因技術(shù)條件限制而無法繼續(xù)使用。為了排除事故安全隱患，確保安全生產(chǎn)，除進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)外，還應(yīng)及時(shí)對(duì)其修復(fù)和加固處理。目前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，原有工業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模絕大多數(shù)不能滿足新的使用要求，許多工廠面臨增加設(shè)置新的吊車或增大吊車起重量的問題。如已有的20t吊車可能要改成30t的吊車，這樣原有結(jié)構(gòu)的使用功能和要求就不能滿足，怎樣進(jìn)行加固等問題就擺在了人們面前。特別是鋼吊車梁對(duì)其進(jìn)行如何的加固處理呢？根據(jù)近些年來的國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者們的科研成果和工程實(shí)踐，總結(jié)歸納出鋼吊車梁加固的主要方法有減輕荷載、改變計(jì)算圖形、加大原構(gòu)件截面及連接強(qiáng)度等。

1 貼鋼板加固法

圖1 貼鋼板加固

圖2 加小梁加固

又稱截面增大法，是一種增大結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面面積的加固方法。比如在上下翼緣加焊鋼板（見圖1），這種方法可有效降低上翼緣的應(yīng)力水平，同時(shí)也可降低下翼緣的應(yīng)力水平，提高被加固構(gòu)件的承載能力。該法還可加大截面剛度，改變其自振頻率，這是一種比較常用的加固方法。

2 增大截面高度加固法

增大截面高度加固法是一種增加吊車梁截面高度的加固方法。該法不僅可以提高被加固構(gòu)件的承載能力，而且還可加大其截面剛度，有效減少鋼吊車梁的撓度，使正常使用階段的性能在某種程度上得到改善，尤其對(duì)撓度起控制作用的鋼吊車梁效果更為顯著。比如在吊車梁下翼緣下面加小梁，即采用在原吊車梁下加一工字形小梁來增大吊車梁截面的加固方案，它們之間采用螺栓連接，加固后吊車梁截面形式如圖2所示。

3 斜板支撐加固法

對(duì)焊接工字型吊車梁當(dāng)出現(xiàn)軌道偏心的情況時(shí)，經(jīng)常采用斜板支撐加固（見圖3）的加固處理措施。寶鋼在焊接工字型鋼吊車梁上部就采用此法加固，加固后效果不錯(cuò)。此加固法對(duì)鋼吊車梁整體剛度影響很小，這是一種局部加固措施。它增加了鋼吊車梁上翼緣抗扭能力，有效降低了偏心輪壓產(chǎn)生的附加彎曲應(yīng)力和局部壓應(yīng)力。與其他加固方法相比斜板加固法能形成閉口截面，使吊車梁上部區(qū)域加固效果突出，是一種比較理想的加固措施。但此法也存在不足之處，它要求焊接質(zhì)量較高，在斜板端部容易造成應(yīng)力集中，這些問題在施工中應(yīng)引起重視。

圖3 斜板支撐加固

圖4 角鋼加固

圖5 FRP加固

4 角鋼加固法

采用高強(qiáng)螺栓將角鋼與吊車梁腹板及上翼緣連接起來或采用焊縫將角鋼與吊車梁腹板及上翼緣焊接起來，角鋼布置在吊車梁腹板兩側(cè)（見圖4）。試驗(yàn)表明，試件在受力過程中，角鋼分擔(dān)了一部分荷載，能有效地防止吊車梁內(nèi)產(chǎn)生超額局部集中應(yīng)力。

5 改變計(jì)算圖形加固法

從調(diào)整結(jié)構(gòu)體系和傳力路徑的角度出發(fā)，來改善結(jié)構(gòu)的整體性能和受力狀況，從而達(dá)到加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件的目的。目前增設(shè)支點(diǎn)法的應(yīng)用較為廣范，即在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的適當(dāng)位置增設(shè)支撐、支柱等，使部分荷載通過新增支點(diǎn)轉(zhuǎn)移到其他部位，以此來改善結(jié)構(gòu)的受力狀況，同時(shí)改善了結(jié)構(gòu)的側(cè)向支承條件，從而使結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得以保證。增設(shè)支點(diǎn)可以大幅度地提高結(jié)構(gòu)整體的承載能力，增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性，減小結(jié)構(gòu)位移和受彎構(gòu)件的豎向撓度。比如在設(shè)計(jì)無制動(dòng)系統(tǒng)的鋼吊車梁時(shí)，通常在吊車梁上翼緣與柱子之間加水平斜撐連接，這樣可減小吊車梁的水平計(jì)算長(zhǎng)度，減小了吊車梁的撓度，提高了整體穩(wěn)定性。除了增設(shè)支點(diǎn)外，還可將多跨簡(jiǎn)支梁改造為多跨連續(xù)梁，將鉸接節(jié)點(diǎn)改造為剛接節(jié)點(diǎn)，將平面結(jié)構(gòu)體系改造為空間結(jié)構(gòu)體系。這些方法在某些特定的情況下都可實(shí)現(xiàn)加固的目的，加固效率高。然而它們也存在一定的局限性，改變結(jié)構(gòu)的受力體系雖然可以從總體上改善和提高原結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠性，但加固后結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析以及連接構(gòu)造的處理往往比較復(fù)雜，一些局部問題仍需采用其他方法加固，對(duì)建筑物的使用功能也可能造成不利影響。

6 采用FRP加固鋼吊車梁

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）以其優(yōu)越的物理力學(xué)性能、施工簡(jiǎn)易等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)與加固。將FRP貼于鋼吊車梁下翼緣底層，在交變荷載的作用下，提高承載能力和降低應(yīng)力幅值的方法，間接提高其疲勞強(qiáng)度和延長(zhǎng)疲勞壽命（見圖5）。通過有限元模型分析表明，鋼吊車梁的疲勞性能提高幅度與FRP材料的厚度、彈性模量以及粘貼的層數(shù)等因素有關(guān)，鋼吊車梁的疲勞壽命隨加固FRP層數(shù)的增加而增大。

7 結(jié)論與建議

本文闡述了諸多鋼吊車梁加固方法，討論了它們的優(yōu)缺點(diǎn)和適用情況，對(duì)鋼吊車梁的加固改造處理，做了完整而系統(tǒng)的分析討論，通過某些工程實(shí)例，證明了加固法的可行性，給以后的工程實(shí)例提供了設(shè)計(jì)參考。建議在進(jìn)行截面設(shè)計(jì)時(shí)可適當(dāng)加大上翼緣的厚度和腹板上部區(qū)域的厚度，以減小腹板附加彎曲應(yīng)力和腹板上部區(qū)域的應(yīng)力集中，同時(shí)防止上翼緣的局部屈曲。在鋼吊車梁的制作加工中，要盡量避免殘余應(yīng)力，在使用過程中要防止銹蝕，以減少鋼吊車梁的損傷。

［1］王全鳳，黃奕輝，楊勇新.結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)及實(shí)用計(jì)算.中國(guó)電力出版社，2010；118-144.

［2］曹靖，王建國(guó)，完海鷹.CFRP加固鋼結(jié)構(gòu)吊車梁疲勞有限元分析及應(yīng)用.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（1）.

［3］陳橋生，李斌.破損鋼吊車梁的修復(fù)與加固試驗(yàn)研究.包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào)，1999（1）.

［4］鄭山鎖，郭錦芳，陳愛國(guó)，楊勇，溫曉明，梁雨多.采用斜撐加固鋼吊車梁的設(shè)計(jì)分析與現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)測(cè)試驗(yàn)研究.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2002（4）.

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