某裝配車間吊車梁荷載試驗研究

doi：10.3969/j.issn.1672-6375.2023.11.011

摘 要：以某單層輕鋼結構廠房裝配車間的原設計吊車更換為大噸位工程為背景，進行廠房裝配車間DL-3吊車梁、DL-4吊車梁、DCL-2A吊車梁吊車更換大噸位后吊車梁荷載試驗研究，結果表明：吊車梁理論值大于試驗值，但均小于限值。在試驗加載和卸載過程中，每級荷載作用下吊車梁跨中底部翼緣單向應變變化與荷載增量基本呈線性關系，卸載完成后各吊車梁均存在不同程度的應變回彈，符合彈性階段的要求?？梢娫撗b配車間DL-3吊車梁、DL-4吊車梁、DCL-2A吊車梁能夠在更換大噸位吊車后安全工作，滿足變形要求，可繼續使用。

關鍵詞：裝配車間；吊車梁；大噸位吊車；靜載試驗

中圖分類號：TU746" " " " " " " "文獻標識碼：A

裝配車間吊車梁是廠房的主要構件之一，對于吊車梁已有許多學者做了一些研究，如通過監測獲取巖壁吊車梁靜載試驗、動載試驗監測數據，比對分析巖壁吊車梁結構和體型，從而確保了巖壁吊車梁在吊裝重物工況下的穩定性和安全性^[1-4]；對各種情況下吊車梁疲勞性能進行了分析，給出了評價吊車梁疲勞性能的方法^[5-9]。張喜德和李嘉文^[10]對兩根銹蝕程度較嚴重的吊車梁進行疲勞強度試驗和靜力荷載試驗，發現在2×10⁶次疲勞荷載下，舊吊車梁仍處于彈性工作階段，靜力荷載作用下狀態完好。尹新龍等^[11]結合某引水工程始發井吊車梁的現場原型試驗，分析不同荷載等級作用下大跨度T型吊車梁的變形、裂縫情況及承載性能。而本文的目標是以某單層輕鋼結構廠房裝配車間的原設計吊車更換為大噸位工程為背景，進行廠房裝配車間DL-3吊車梁、DL-4吊車梁、DCL-2A吊車梁吊車更換大噸位后吊車梁荷載試驗研究，測量被測試吊車梁在規定荷載作用下的跨中撓度和應變，分析吊車梁在規定荷載作用下的應力應變，評估該裝配車間DL-3吊車梁、DL-4吊車梁、DCL-2A吊車梁在更換大噸位吊車后是否安全。研究成果可為類似工程提供參考。

1 裝配車間結構概況

該廠房為單層輕鋼結構廠房，局部兩層。梁、柱截面均采用工字型截面形式，廠房有多臺吊車運行。建筑面積約7 053 m²。廠房2003年投產使用，裝配車間8 m跨30 t行車吊車梁位置為C/（10～11）軸線吊車梁DCL-2A；裝配車間16 m跨30 t行車吊車梁位置為C/（11～13）軸線吊車梁DL4；裝配車間16 m跨25 t行車吊車梁位置為C/（11～13）軸線吊車梁DL3。吊車梁截面尺寸的詳情見表1所列。

2 試驗目的、范圍及內容

2.1 試驗目的

由于生產工藝改造，需要把部分原有吊車更換為大噸位吊車，為了解更換后的吊車梁在新的吊車荷載作用下是否安全，按照現行工作荷載資料要求對吊車梁進行分級加載試驗，測量被測試吊車梁在規定荷載作用下的跨中撓度和應變，分析吊車梁在規定荷載作用下的應力應變。

2.2 試驗內容

在同樣的溫度條件下，進行加載試驗前、后吊車梁跨中豎向位移的變化試驗，進行加載試驗前、后吊車梁梁底跨中應變變化試驗。

2.3 試驗設備

（1）構件截面尺寸測量采用鋼卷尺、游標卡尺（量程0～150 mm，精度0.05 mm）、激光測距儀等。

（2）梁跨中豎向位移采用機械百分表（量程0～10 mm，精度0.01 mm）直接觀測。

（3）梁跨中底部采用振弦傳感器和基康BGK-Micro-40型自動化數據采集儀進行應變測量。

2.4 測點布置

測點布置如圖1所示，應變片測點布置如圖2所示，千分表布置如圖3所示，加載現場如圖4所示，卸載如圖5所示。

3 吊車梁試驗

3.1 確定荷載試驗的吊車梁

根據設計圖紙資料和現場實際情況確定進行荷載試驗的吊車梁數量和位置，根據綜合情況共確定3根吊車梁進行荷載試驗：裝配車間8 m跨30 t行車吊車梁位置為C/（10～11）軸線吊車梁DCL-2A；裝配車間16 m跨30 t行車吊車梁位置為C/（11～13）軸線吊車梁DL4；裝配車間16 m跨25 t行車吊車梁位置為C/（11～13）軸線吊車梁DL3。

3.2 吊載方案

本次荷載試驗利用現場行車加載配重進行吊車梁荷載試驗，各行車梁加載的配重采用2 t混凝土塊和10 t鋼錠進行分級加載。鋼錠采用半掛汽車進出場，裝卸及加載采用鋼絲繩固定。

3.3 吊載位置

本次試驗吊載位置有2個，分別為：行車位于吊車梁跨中，小車加載點位于行車中部進行加載；行車位于吊車梁跨中，小車加載點位于靠近被測吊車梁一側進行加載。

3.4 加載重量及級別

根據實際情況確定加載荷載，各行車梁加載配重見表2。

4 試驗結果分析

4.1 數據采集

該裝配車間行車吊車梁的試驗數據采集現場如圖6、圖7所示，其中圖6為數據采集設備，圖7為數據收集設備。

4.2 結果分析

根據統計結果，對加載和卸載過程的撓度和應變進行分析。加載和卸載過程中DCL-2A撓度位移對比分析結果如圖8所示，應變對比分析結果如圖9所示。DL-3撓度位移對比分析結果如圖10所示，應變對比分析結果如圖11所示。DL-4撓度位移對比分析結果如圖12所示，應變對比分析結果如圖13所示。

從圖8—圖13可以發現吊車梁加載過程的位移、應變小于卸載過程的位移、應變。加載點靠近被測吊車梁一側的位移、應變大于加載點位于中部的位移、應變。

4.3 吊車梁模擬分析

通過以上分析，吊車梁一側加載時，撓度和應變最大。運用ABAQUS軟件對吊車梁一側加載時進行了計算與分析。最大撓度和應力分析統計結果如表3所示。從表3中可以明顯發現吊車梁撓度和應力的模擬值大于試驗值。DL-4吊車梁最大試驗撓度為5.339 mm，有限元計算結果為11.5 mm；最大內力為116.37 MPa，小于強度限值。DCL-2A吊車梁最大試驗撓度5.379 mm，有限元計算結果為8.92 mm；最大內力為90.4 MPa，小于強度限值。DL-3吊車梁最大試驗撓度為4.16 mm，有限元計算結果為7.62 mm；最大內力為82.3 MPa，小于強度限值。從而可以確定該裝配車間DL-3吊車梁、DL-4吊車梁、DCL-2A吊車梁在更換大噸位吊車后能夠安全工作。

5 結論

通過對該裝配車間靜載試驗和模擬結果對比分析，得出以下主要結論：

（1）吊車梁撓度和應力的模擬值大于試驗值，但均小于限值，可以確定該裝配車間DL-3吊車梁、DL-4吊車梁、DCL-2A吊車梁在更換大噸位吊車后能夠安全工作。

（2）吊車梁加載過程的位移、應變小于卸載過程的位移、應彎。加載點靠近被測吊車梁一側的位移、應變大于加載點位于中部的位移、應變。

（3）在試驗加載和卸載過程中，每級荷載作用下吊車梁跨中底部翼緣單向應變變化與荷載增量基本呈線性關系，卸載完成后各吊車梁均存在不同程度的應變回彈，符合彈性階段的要求。

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收稿日期：2023-09-16

基金項目：甘肅省建材科研設計院有限責任公司專項“既有砌體結構內部大空間改造加固”（項目編號：KY2021-05）。

作者簡介：王志?。?991-），男，大學本科，工程師，項目經理，主要從事既有工程結構施工技術研究。

通信作者：汪過兵（1993-），男，博士，工程師，主要從事工程振動、工程抗震、工程結構鑒定加固理論研究。