材料力学论文

吊车梁强度和梁的立柱偏心压缩的研究

姓名：白志同 学号：201031020

指导教师：王博

摘 要：吊车系统是工业厂房和实验室中重要的受力结构，其中包含大量的弯曲强度和稳定性的问题，我通过对吊车梁主要部位（连接部位和焊接部位等）的应力和对厂房中支撑梁的立柱偏心压缩的研究来研究吊车梁的安全性问题，并以此应用来解决提高吊车梁的强度问题，提出了几个方案。

关键词：弯曲强度，偏心压缩，连接部，截面核心，解决方案。

一、前言

举一个实例，某实验室为跨长24米的工字型截面简支梁，材料为Q235钢，翼缘由多层钢板叠置组合而成，腹板为单层钢板，连接方式为铆钉连接和焊接，如果将将吊车的吨位从250t升级至350t。则需要对此实验室的吊车系统重新进行研究并提出提高吊车梁强度的方案。经过资料搜集发现吊车梁的破坏有以下几个方面1、连接破坏。2、疲劳破坏。3、强度破坏。 4、梁的立柱的破坏。由于本人目前为止知识水平的限制，许多方面可能会忽略掉。如在网上搜集到吊车梁的受力特点有:①承受的吊车荷载是重复荷载，吊车荷载具有冲击和振动作用,要考虑荷载的动力特性。②吊车荷载的偏心影响产生扭矩,要考虑扭矩的影响，制动系统与柱的连续破坏(包括制动梁与柱连接焊缝开裂,制动梁与柱连接的预埋件与柱剪切破坏等)以及制动系统本身杆件破坏。这些方面我可能会忽略掉，在此做出提示。

二、简要分析

1、本人先从简单方面入手，先进行对吊车梁的立柱强度进行计算，看是否满足其强度要

求。这里有一张实验室吊车系统图。

可以看见这个吊车系统的柱子，在材料力学书偏心拉压的课中也有此力学模型，如图（a）

可看出一般力作用于F1所指的位置。

整体力学模型如图：

我们知道吊车荷载是通过吊车桥架两侧的轮子分别传递到两边的吊车梁上。在满负荷条件下，吊车的最大轮压取决于吊车主钩的位置，一般为了能简单计算我以主钩在中间位置进行计算。

并且补充一下通过原先知识了解：在工程中，对于偏心拉压问题，有时要求截面上只有一种应力，如建筑中的砖柱和石柱，要求截面上不出现拉应力。这时压力载荷的作用中心距截面形心不能相距太远，只能作用在一个很小的范围，这个范围称为截面核心。查资料我了解到综合以上情况，可知矩形截面核心的形状为菱形，其形心下梁截面形心重合，见图。

，所以我们尽可能将F1作用在此菱形范围内。这样更能提高安全性。

2、梁的强度分析

相对滑轮给得集中力，梁的自重可忽略不计，我简单处理可以做出如下计算：

如果复杂具体的处理，则可以用用我们学过的电测法，用应变花测出应变进而得出应力，看是否满足其强度要求。吊车梁的内应力分布试验。本文主要补充归纳内应力分布试验部分。 进行内应力分布试验的吊车梁共有三根:10吨先张法吊车梁、3Q吨先张法吊车梁和30吨后张法吊车梁2。试验在我院大型结构试验室内进行，按简支梁加载，在加载部位

放置一块20x2o厘米的钢垫块，测点布置，两端的相反面布置有与其正面相同的测点，每一个测点都贴有三片梅花形电阻片，并采用100点数字应变仪和一般应变仪记录应变值，然后再换算成应力值。现以30吨先张法吊车梁试验为例，不同位置加荷下，实测内应力分布见表1。 根据下面的表可以算出吊车梁上具有代表性的各点的应力大小是否满足其要求，看加载后是否其安全性仍然满足。

3、对疲劳性破坏和稳定性破坏的安全测评

由于本人知识方面的欠缺，我通过对一些论文的读解和学习，我总结出几方面的原因关于疲劳性破坏。普遍认为吊车梁的疲劳损坏主要是由于吊车荷载和作用特点引起吊车梁及其连接出现复杂应力状态。使用中的不利因素:生产超负荷。吊车工作频率加大,构件及连接件已达到或超过正常服役期限。结构构件带伤工作,连接破坏后不能及时修复,致使吊车梁处于自由放置状态,抗横向水平力的能力降低。所以对这些方面要依依进行安全测评。这里不做具体计算。

4、对疲劳性破坏和稳定性破坏的处理及预防措施

(1)在设计中尽可能考虑车间内吊车的实际工作特点，如果采用自重很大的硬钩吊车，吊车梁总在满负荷状态下工作，应适当提高吊车梁的安全储备，并在吊车梁的重要部位如腹板与

上翼缘的连接焊缝采用疲劳性能好焊缝形式如坡口熔透焊。

(2)加强制作、安装各工序的科学管理，严格控制偏差:在制作中严格避免焊缝相交，以避免局部残余应力过大而出现微裂缝:尽可能在制作中消除焊缝的局部缺陷，控制吊车梁的初始偏心和初始弯曲:在吊车梁的安装过程中控制吊车轨道的偏心;尽可能采用国家规范推荐使用的压轨器及其连接件:建议对重级工作值吊车轨道下增设通长带钢板内衬的橡胶垫板。 (3)由于生产工艺改进引起的厂房结构负荷增大如吊车增载和吊车的局部改造等，必须经设计或鉴定人员的验算复核后进行，任何结构构件承载能力不可能无限制挖潜。

(4)改进吊车梁系统的各种连接，部分部位如吊车梁与柱连接可“以柔克刚”采用板铰连接;吊车梁制动结构尽可能采用制动板，吊车梁与制动板尽可能采用高强螺栓连接;

(5)加强工业建筑的日常管理，及时调整轨道，避免轨道偏心过大而在吊车梁腹板与上翼缘连接处出现拉应力。并且对吊车梁断裂处可进行加固处理如图。

五、提高吊车梁的强度改革方案

原吊车梁是多跨的静定简支梁，经计算不能安全的承受升级后的吊车载荷。如果增加梁的支撑，即可改变载荷的传递路线，从而改变梁的内力分布，提高承载力。这样梁就变成了静不定的结构。如图所示在吊车梁上增设两根斜撑杆，斜撑杆两端为铰支连接。设当设计斜撑杆的拉压刚度，即可通过较小横截面的斜撑杆传递足够大的载荷，有效的减少吊车梁的弯曲内力，使强度要求得到满足。如图

参考文献：

常好诵,杨建平,赵英杰(国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心，北京100088) 黄成若,万里鹏 (中国建筑科学研究院结构所)

李锋 （大连理工大学）

注明：文章大部分是自己进行构思思考编写的，在疲劳性破坏和解决方案是参考上述文献，提高强度方案有自己一方面理解也参考李锋老师了。