铸造厂房重级工作制吊车梁设计

铸造厂房重级工作制吊车梁设计

张贻荣张维维阮建云

浙江省机电设计研究院有限公司浙江杭州310051

摘要：吊车梁是工业厂房的重要组成部分，通常吊车梁系统的受力情况比较复杂，尤其是在铸造厂房重级工作制的环境下，吊车梁系统的受力更加复杂。吊车梁在吊车运行中起着非常重要的作用，因而吊车梁的合理设计就显得十分重要。而相关节点的连接及构造做法并不能找到相关图集进行参考，所以在吊车梁设计的过程中必须要多摸索、并且保持在设计的过程中不断学习。

关键词：铸造厂房；重级工作制；吊车梁设计

目前吊车梁最常见的形式有很多，例如型钢梁、组合工字型梁、箱形梁以及吊车桁架等，而且吊车梁一般都是简支结构。其结构比较简单，不仅施工比较方便，而且对于支座的沉降也不会太敏感。

1、吊车梁连接设计的一般原则

连接吊车梁支承结构系统和厂房柱两者的时候需要满足支承结构的计算假定，尽量减少吊车梁上翼缘和柱的连接处因吊车梁发生弯曲变形而产生附加的应力。吊车梁支承结构系统与厂房柱的连接不仅要具有传递纵向力和横向力的能力，而且还要具有一定的纵向滑移的能力，这样不仅可以减少约束应力，而且还可以降低吊车轨道产生的纵向温度应力。所以，加强铸造厂房重级工作制吊车梁端横向传力十分重要。在设计连接件的时候需要结合构件的实际工作的吊车梁端截面的转动、纵向温度的变形以及吊车梁支承结构的变形等条件是否会在连接处产生附加的应力。最后连接构件不要仅满足制造简单的特点，而且还要便于安装。

2、吊车梁支座加劲肋与腹板和翼缘的连接

2.1、吊车梁支座加劲肋与腹板的连接

计算吊车梁支座加劲肋与腹板间焊缝时，应考虑焊缝全长传递支座反力。如果吊车梁采用突缘支座，那么在计算焊缝时就应该在全长传递支座反力的基础上乘以一个增大系数，通常该增大系数取为1.35，如果是进行角焊缝的计算，那么焊脚尺寸的大小应该大于腹板厚度的0.6倍，同时还必须保证焊脚尺寸要大于6毫米。如果铸造厂房重级工作制吊车梁突缘支座的腹板厚度超过14毫米，那么就应该采用K形坡口的方式连接腹板与端加劲肋的T形。

2.2、吊车梁支座加劲肋与翼缘的连接

若吊车梁采用平板式支座，那么既要焊接加劲肋上端与上翼缘，又要焊接加劲肋下端与下翼缘，而对于铸造厂房重级工作制吊车梁来说则应该将支座加劲肋与翼缘焊透。若吊车梁采用突缘式支座，那么连接加劲肋和上翼缘的时候就应该去掉焊根后再进行补焊。连接加劲肋T形和下翼缘的时候通常会选择用两侧角焊缝的方式进行焊接，此外还要保证焊脚的尺寸要大于下翼缘厚度的5倍，而且焊脚的尺寸必须大于6毫米。如果下翼缘的厚度超过24毫米，那么连接焊缝的时候应该选择坡口不焊透T形。

在设计铸造厂房重级工作制吊车梁的时候，在端加劲肋板和腹板的连接焊缝与端加劲肋板和下翼缘连接焊缝的交叉点处的连接焊缝与下翼缘之间应保证有40毫米的长度不会被焊接，以免产生应力集中。

3、焊接工字型梁连接拼接构造

3.1、梁的连接与拼接

连接拼接梁的时候既要保证施工的方便，又应该尽量减少焊接的应力，因为减少焊接应力不仅可以避免截面出现削弱，而且还可以降低拼材的用量。通常铸造厂房重级工作制吊车梁用高强螺栓进行连接与拼接。在连接计算的时候，如果高空安装焊缝的施工环境较差，那么计算焊缝承载力的时候应该乘以一个折减系数，该折减系数通常取为0.9。

3.2、梁腹板与翼缘的连接

无论是轻级吊车梁还是中级吊车梁，它们上翼缘和下翼缘与板腹都可以采用连续直角焊缝的方式进行连接，而且它们焊脚的尺寸都必须大于6毫米。

铸造厂房重级工作制吊车梁的上翼缘与腹板的连接必须进行焊透处理。腹板上端在进行坡口加工时既能以厚度为参考，又能以施工单位的经验为参考，而且在进行腹板的T形焊接时，连接焊缝的质量标准最低不能低于二级焊缝。连接下翼缘与腹板的焊缝既采用自动焊，也可以采用半自动焊。如果铸造厂房重级工作制吊车梁的腹板厚度大于14毫米或者吊车梁两端距支座不少于125毫米，就应该在焊接坡口的时候完全焊透。

4、荷载的取值

铸造厂房重级工作制吊车梁系统是一个完整的结构，该结构主要会受到三种形式的荷载：竖向荷载、横向水平荷载及纵向水平荷载。其中竖向荷载主要包括吊车梁系统的自重、其他设备的重力，吊车轮传递的竖直方向的作用力，以及来自制动板和屋面的荷载；横向水平荷载主要是由吊车的横向水平刹车力以及作用在墙面上的水平风荷载组成；纵向水平荷载主要是由吊车的纵向水平刹车力、墙面上的纵向水平力及厂房所受到的纵向的地震力组成。

铸造厂房重级工作制吊车梁不仅具有复杂的受力情况，而且其荷载组合也十分复杂。在进行构件计算时需要十分仔细，因为在计算的时候很有可能会出现漏算荷载的情况，在计算荷载时可以列表计算，这样不仅利于辨明力的分配，而且还不容易出现荷载的漏算。

5、铸造厂房重级工作制的吊车梁和辅助桁架的计算

5.1、吊车梁的计算

在铸造厂房重级工作制吊车梁系统中，吊车梁不仅承担了大部分的横向水平力和纵向水平力，而且所有吊车竖向的作用力都是由吊车梁所承担。所以在计算吊车梁荷载的时候不仅要考虑梁的强度、稳定，还需要考虑吊车梁的疲劳应力，吊车梁的疲劳设计主要包括了以下五个方面：受拉翼缘附近的主体金属、受拉翼缘板上螺栓孔附近的主体金属、横向加劲肋端部的主体金属、受拉翼缘与腹板的连接处以及梁端突缘支承加劲肋与腹板的连接处，在计算疲劳压力的时候以跨间起重量最大的一台吊车梁荷载标准值为内力，此时不需要考虑动力系数，因为受拉翼缘附近的主体金属的疲劳应力的容许值要大于受拉翼缘板上螺栓孔附近的主体金属的疲劳应力容许值，所以通常在受拉翼缘板上螺栓孔附近的主体金属的疲劳应力满足要求的情况下，可以不用计算受拉翼缘附近的主体金属的疲劳应力。计算吊车梁荷载的时候还可以参考PKPM中的吊车梁模块。

5.2、辅助桁架的计算

辅助桁架是铸造厂房重级工作制吊车梁系统的重要组成部分，辅助桁架不仅提高了吊车梁系统的整体稳定性，而且还可以为吊车梁系统分担很多的荷载。辅助桁架的受力情况也比较复杂，它不仅会受到自重和制动板传递的竖向荷载，而且还会受到吊车梁的横向水平刹车力。为辅助桁架选择适当的截面可以一定程度减小吊车梁的截面大小。

6、吊车梁设计时需要注意的相关事项

设计吊车梁上翼缘与刚架柱的连接点时应该选择高强螺栓，因为高强螺栓可以有效的传递吊车梁的支座剪力。而且选用高强螺栓作为连接的节点还可以传递部分的弯矩。设计吊车梁和制动板的连接点时也应该选用高强螺栓，但是在厂房的尺寸比较长的时候，选用高强螺栓就会造成不必要的浪费，此时应该在吊车梁与制动板的连接处适当增大各个螺栓之间的距离。

结束语：

铸造厂房重级工作制吊车梁设计时，需要仔细分析受力状况，确定荷载最不利布置下的控制内力。合理选择吊车梁构造形式，上翼缘宜布置制动桁架或者制动板以提高吊车梁的平面外受力性能。除满足承载力计算以外，重级工作制吊车梁还要特别重视疲劳验算。对于重级工作制吊车梁，全面准确的受力分析及合理的构造才能使结构设计更加安全、经济、合理。

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