加固技術在鋼吊車梁上的應用

曹立迎

（中冶東方工程技術有限公司秦皇島研究設計院，河北秦皇島 066004）

加固技術在鋼吊車梁上的應用

曹立迎

（中冶東方工程技術有限公司秦皇島研究設計院，河北秦皇島 066004）

本文針對當前工程中應用較多的鋼吊車梁的修復及吊車升級改造等情況，對鋼吊車梁的加固技術進行了多方面系統的闡述，討論了它們的優缺點和適用情況，并對鋼吊車梁的設計以及加工制作過程提出了合理化的建議。現在某些方法已經應用于多項工程的加固，且經過若干年的檢驗，效果比較理想，為以后的工程應用及科學研究奠定了基礎，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

鋼結構的加固是指對已有鋼結構進行加強以提高其承載能力、耐久性和滿足使用要求。鋼結構存在嚴重缺陷和損傷或改變使用條件，致使存在很大安全隱患，經檢查驗算結構的強度、剛度或穩定性不滿足使用要求時，應對鋼結構進行加固。

吊車梁是工業建筑中的一個重要構件，尤其在現代的鋼結構廠房中，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、外觀美觀，制作安裝方便和施工工期短等優點。

工業建筑在使用過程中面臨著設備更新換代，荷載增加，使用中易受到腐蝕，應定期對工業建筑進行可靠性檢查，特別是對重要構件的檢查。吊車梁在長期的自然環境和使用環境的雙重作用下，其性能將逐漸減弱，這是一個不可逆轉的客觀存在。隨著時間的流逝，鋼吊車梁會因銹蝕、損傷造成承載能力及使用性能大幅下降，或者因技術條件限制而無法繼續使用。為了排除事故安全隱患，確保安全生產，除進行定期監測外，還應及時對其修復和加固處理。目前，隨著我國經濟的進一步發展，原有工業的生產規模絕大多數不能滿足新的使用要求，許多工廠面臨增加設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，這樣原有結構的使用功能和要求就不能滿足，怎樣進行加固等問題就擺在了人們面前。特別是鋼吊車梁對其進行如何的加固處理呢？根據近些年來的國內外專家學者們的科研成果和工程實踐，總結歸納出鋼吊車梁加固的主要方法有減輕荷載、改變計算圖形、加大原構件截面及連接強度等。

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，是一種增大結構構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力水平，同時也可降低下翼緣的應力水平，提高被加固構件的承載能力。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

對焊接工字型吊車梁當出現軌道偏心的情況時，經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。此加固法對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生的附加彎曲應力和局部壓應力。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，它要求焊接質量較高，在斜板端部容易造成應力集中，這些問題在施工中應引起重視。

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（見圖4）。試驗表明，試件在受力過程中，角鋼分擔了一部分荷載，能有效地防止吊車梁內產生超額局部集中應力。

5 改變計算圖形加固法

從調整結構體系和傳力路徑的角度出發，來改善結構的整體性能和受力狀況，從而達到加固結構構件的目的。目前增設支點法的應用較為廣范，即在結構或結構構件的適當位置增設支撐、支柱等，使部分荷載通過新增支點轉移到其他部位，以此來改善結構的受力狀況，同時改善了結構的側向支承條件，從而使結構的穩定性得以保證。增設支點可以大幅度地提高結構整體的承載能力，增強鋼結構構件的穩定性，減小結構位移和受彎構件的豎向撓度。比如在設計無制動系統的鋼吊車梁時，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算長度，減小了吊車梁的撓度，提高了整體穩定性。除了增設支點外，還可將多跨簡支梁改造為多跨連續梁，將鉸接節點改造為剛接節點，將平面結構體系改造為空間結構體系。這些方法在某些特定的情況下都可實現加固的目的，加固效率高。然而它們也存在一定的局限性，改變結構的受力體系雖然可以從總體上改善和提高原結構及結構構件的可靠性，但加固后結構的力學分析以及連接構造的處理往往比較復雜，一些局部問題仍需采用其他方法加固，對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

纖維增強復合材料（FRP）以其優越的物理力學性能、施工簡易等特點，被廣泛應用于鋼結構的補強與加固。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力幅值的方法，間接提高其疲勞強度和延長疲勞壽命（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等因素有關，鋼吊車梁的疲勞壽命隨加固FRP層數的增加而增大。

7 結論與建議

本文闡述了諸多鋼吊車梁加固方法，討論了它們的優缺點和適用情況，對鋼吊車梁的加固改造處理，做了完整而系統的分析討論，通過某些工程實例，證明了加固法的可行性，給以后的工程實例提供了設計參考。建議在進行截面設計時可適當加大上翼緣的厚度和腹板上部區域的厚度，以減小腹板附加彎曲應力和腹板上部區域的應力集中，同時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.結構加固設計及實用計算.中國電力出版社，2010；118-144.

［2］曹靖，王建國，完海鷹.CFRP加固鋼結構吊車梁疲勞有限元分析及應用.合肥工業大學學報（自然科學版），2010（1）.

［3］陳橋生，李斌.破損鋼吊車梁的修復與加固試驗研究.包頭鋼鐵學院學報，1999（1）.

［4］鄭山鎖，郭錦芳，陳愛國，楊勇，溫曉明，梁雨多.采用斜撐加固鋼吊車梁的設計分析與現場動測試驗研究.建筑結構學報，2002（4）.

For the steel crane beam repair and the upgrading of the crane， steel crane beam reinforcement technology has carried on the many-sided systematic elaboration， Their advantages， disadvantages and applicable conditions are discussed， certain manner have used for strengthening of engineering， now some methods have been applied to a number of projects， and after several years of inspection， effect is more ideal， it provides a reference for future engineering application and scientific research.

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