網架結構懸掛吊車軌道安裝技術分析

陳宇征

（北京動力機械研究所，北京 100074）

0 前言

網架結構懸掛吊車軌道在建筑、橋梁等工程建設中應用較多，各項技術已經相對成熟，但是在安裝及運行過程中，經常會因重心偏移等因素加大施工難度和安全風險，因此要求施工單位必須嚴格按照專業規范對吊車軌道安裝作業進行有效規劃和管理，保證安裝工作的順利進行。

1 網架結構懸掛吊車軌道節點連接分析

在工業建筑工程中，為滿足施工工藝要求，經常需要在網架下懸掛輕級工作制吊車或者是電葫蘆，基于實際需求，必須要對動荷載、鋼材疲勞以及吊車懸掛節點等問題進行綜合分析，保證安裝技術的科學性，提高整個網架結構安裝的穩定性。分析網架結構懸掛吊車軌道安裝技術，前提是明確各節點的連接形式及結構特點，本文所論述吊車軌道為工字鋼梁，連接方式復雜度低，現場操作方便，因為難度低得以廣泛應用[1]。但很多情況下因為安裝操作不規范產生偏差，以及吊車突然制動產生水平力促使節點焊縫產生次應力導致吊車壽命縮短。為提高軌道安裝效果，需要在形式上進行更新，降低水平荷載對吊車軌道帶來的影響，降低實際安裝偏差。

2 網架懸掛吊車作業荷載分析

2.1 簡化計算模型

基于網架懸掛吊車軌道懸掛節點連接特點，對工字鋼梁形式進行簡化，以簡支梁的形式進行倒梁安裝，將工字鋼上部連接約束作為下部約束作用在工字鋼梁結構上。

2.2 懸掛吊車荷載

（1）垂直荷載。工字鋼承受自重以及小車自重產生的荷載為q，吊物重量荷載作用力為P，基于影響線原理計算求出支座反力為最大輪壓。對于網架結構的設計，可以將計算得到的最大或最小輪壓，施加到網架下弦節點位置，最后根據荷載組合求出受力最不利情況，確定結構所受荷載大小[2]。

（2）水平荷載。吊車水平荷載作用力的分析，可以分為橫向和縱向2個方面，其中橫向水平荷載作用力T＝0.12（Q+g），其中Q表示吊車額定起重量，g表示小車自重。分析可知吊車最大橫向水平荷載與豎直荷載的最不利位置相同，均可以利用影響線原理計算得到，但要同時兼顧橫向與縱向兩個作用影響。另外，計算縱向水平荷載時，可以看作吊車啟動或者制動產生的慣性力，利用公式T0＝Pmax/10計算，其中Pmax是最大輪壓。

（3）綜合荷載。為提高網架設計結果的穩定性，不僅要考慮0.3 kN/m2上弦恒載、0.5 kN/m2上弦活載和0.1 kN/m2下弦恒載，還需要兼顧水平荷載與豎向荷載對吊車產生的影響，以承載力極限狀態確定荷載效應組合形式，并將計算得到的荷載數值加到吊車下弦節點位置。但是在實際計算中，要明確可變荷載效應控制的為最不利組合，結合動力系數和不利因素修正系數μ，確定荷載效應組合 St＝μ（rGSGK+βrQ1SQ1k）。其中 rG表示永久荷載分項系數，取值1.2；表示可變荷載分項系數，取值1.4；SGK表示永久荷載標準值產生的效應值；SQ1K表示按照可變荷載值Q1k計算所得荷載效應值；Q1k表示可變荷載標準值，電葫蘆自重、額定起重量對應荷載，以及電動單梁懸掛起重機自重等，對網架產生的可變荷載，且電動單梁懸掛起重機可變荷載標準值可確定為產品最大輪壓值Pmax、最小輪壓值Pmin或者手工計算值[3]。β表示動力系數，取值1.05；μ表示修正系數，基于運輸設備產品變更特點，以及軌道材料代換等情況，計算式取值電葫蘆值為1.13，單梁懸掛起重機取值為1.06。對水平荷載作用狀態進行分析，為輕級制吊車，可在不計算間動力系數和修正系數前提下得到數值，并施加到網架吊車軌道安裝節點。

2.3 鋼材疲勞計算。

鋼材疲勞也是影響網架懸掛吊車軌道安裝效果的重要因素，需要嚴格按照規范進行分析。即對于直接承受動力荷載重復作用影響的鋼結構構件與連接，如果應力循環變化次數n超過5×104次時，必須進行鋼材疲勞計算。而對于應力循環中未出現拉應力的結構，無需進行疲勞計算。以直接承受動力荷載結構作為分析對象時，動力荷載標準值無需乘以動力系數。一般鋼材疲勞計算可以選擇應用容許應力幅法，以彈性狀態進行應力計算：Δs＝[Δs]。其中，Δs表示焊接部位應力幅，且 Δs＝smax－smin；非焊接部位為折算應力幅，Δs＝smax－0.7smin。其中，smax表示每次應力循環中，計算部位所受最大拉應力；smin表示每次應力循環中，計算部位最小拉應力與壓應力；[Δs]表示容許應力幅，單位 N/mm2；按照構件、鏈接類別以及盈利循環次數 n 計算，即[Δs]＝(C/n)1/β，可由構件與連接類別查詢得到相關數據；n表示應力循環次數。

3 網架懸掛吊車安裝設計要點

3.1 計算直線軌道

工字鋼為應用最多的軌道形式，為提高吊車運行的穩定性，應選擇相同型號的工字鋼。直線吊車軌道計算時，可選擇連續梁計算方法，重點分析最不利位置，對于影響線計算難度較大的情況，在保證網架懸掛吊車運行安全性的基礎上，可以要求影響線算法精確性。但是要明確軌道損壞帶來的影響，按照二級安全等級計算，動力系數確定為手動電動懸掛1.05，手動單軌1.0，同時還要兼顧車輪磨損特點，截面矩需要乘以磨損系數，且為滿足不利條件運行要求，鋼材剛度需要乘以折減系數[4]。

3.2 計算曲線軌道

計算曲線軌道時，因為處于受力狀態，多支點弧形界面工字形軌道為受彎矩開口薄壁構件，計算難度大。為保證計算精度，對于支點數≥3的弧形軌道，可以直接按照3個支點計算，并且不考慮自重均布荷載，并乘以加大系數1.05。

3.3 節點屋蓋連接

應用直接與下弦螺旋連接的方法處理吊車節點與鋼屋架難度更小，一般鋼架下弦懸掛吊車噸位較小，但高差調正不便，安裝時對下弦標高有著十分嚴格的要求。或者在懸掛吊車節點與屋蓋連接時設置過渡板，不僅可以當場完成高差測量，還可以調整高度。其中，吊車節點與梁連接時，節點鋼管與球連接，以鋼結構為對象完成焊接疲勞計算，但要重點做好下部鋼管與鋼板連接位置的控制，該位置為薄弱環節，經常會因為應力集中造成鋼板彎曲，可對其進行加強肋補強[5]。吊車節點與螺栓球網架連接時，可以應用大螺栓與螺栓球連接，但是抗疲勞性差，且螺栓直徑大淬透性差，安全風險較大。或者是應用特殊帶長柄的球，控制好長柄和下弦垂直度，避免形成扭轉角，保證連接質量達到設計要求。

3.4 節點軌道連接

分析吊車節點與軌道安裝作業，應提前對安裝尺寸進行檢查和調正，例如通過精制螺栓現場高空打孔后連接，將與屋蓋相連接部位制作成一個兩面開口的箱子，并連接兩側平板和軌道下部節點平板，隨時根據設計方案進行尺寸方位調正，待檢查確認屋蓋撓度穩定后，測量標高和水平位置，將現場安裝誤差控制在0.5 mm以內，最后安裝螺栓固定。條件允許情況下，可以將螺栓更改為焊接固定，但是要保證高空作業安全。

4 結語

網架結構懸掛吊車在工業與建筑領域中應用較多，為保證作業的安全性與可靠性，需要在前期做好安裝管理，保證安裝作業每個細節的規范性與專業性。通過分析節點連接形式與特點，結合吊車受力荷載，選擇最為合適的安裝技術，提高整體安裝效果。

［1］王鵬鑫，李花.吊車軌道偏心作用下鋼吊車梁受力性能的研究［J］.價值工程，2017，36（16）：147－148.

［2］劉娜，郭燁彤.塢墻廊道頂面吊車軌道軸線偏移問題的技術處理［J］.中國水運，2014（4）：358－359.

［3］唐揚，鄧仲良，吳玉全，等.吊車軌道偏心對大噸位吊車梁受力性能的影響［J］.建筑鋼結構進展，2010，12（3）：43－48.

［4］倪家明，胡現輝，胡茂林.吊車軌道監測數據分析管理程序的開發［J］.測繪信息與工程，2009，34（1）：50－51.

［5］丁蕓孫.懸掛吊車軌道與節點的設計探討［C］.中國土木工程學會第十一屆空間結構學術會議論文集，2005.