重级工作制直角突变式钢吊车梁突变处疲劳性能研究

吊车梁是工业生产需要的重要结构构件,现阶段在各行业、各领域应用地相对广泛,特别是在钢铁冶炼相关行业当中,钢结构的吊车梁应用较多,结构形式具有多样性,作业时承受的荷载相对较大。近几年多数炼钢厂在实际生产过程中,钢吊车梁的疲劳开裂问题极易产生,特别是直角突变式钢吊车梁的截面突变位置,更易有疲劳破坏的状况出现。关于直角突变式钢吊车梁截面突变位置的疲劳破坏机理,国内外部分研究学者及技术工作者已经做出了大量实践研究,为了更进一步地了解直角突变式钢吊车梁截面突变位置产生疲劳破坏的机理及其疲劳性能,改善截面突变位置的疲劳状况,从而更好地指导工业生产,鉴于此,本文主要探讨重级工作制直角突变式钢吊车梁截面突变位置的疲劳性能,供业内相关人士参考。

直角突变式钢吊车梁裂纹扩展及疲劳寿命研究

直角突变式钢吊车梁的变截面部位易发生疲劳破坏。为准确评估吊车梁的疲劳性能,采用基于线弹性断裂力学的Paris公式进行三维裂纹扩展数值模拟,研究其裂纹扩展特性和疲劳寿命,并验证该方法的可行性。根据吊车梁变截面部位T形角焊缝破坏特点,给出了合理初始裂纹深度和形状取值。系统地分析了端部加劲肋距变截面距离、支座处截面高度、下翼缘连接长度、端封板厚度和插入板厚度等因素对变截面部位裂纹扩展和疲劳性能的影响规律,得到了主要影响参数的建议取值范围,可为类似工程设计提供参考依据。

重级工作制直角突变式钢吊车梁突变处疲劳性能分析

从近年发生的直角突变式吊车梁疲劳破坏分析入手,采用有限元计算与传统手册计算进行对比,分析了突变点疲劳破坏的原因,提出了突变点插板的应力集中系数、疲劳类别以及提高特重级工作制吊车梁的欠债效应的等效系数等建议,可供特重级工作制吊车梁设计参考使用。

变截面吊车梁直角突变式支座的构造

变截面吊车梁的疲劳破坏与变截面的支座构造紧密相关。根据变截面吊车梁两种直角突变式支座构造的疲劳性能研究结果,讨论变截面吊车梁直角突变式支座节点的合理构造,并推荐其中一种疲劳性能好、经历过工程实践检验而可广泛推广应用的支座节点构造。

三腹板直角突变式支座钢吊车梁受力性能分析

目前国内钢吊车梁直角突变式支座发展出疲劳裂纹的现象十分普遍,为改善该类支座的抗疲劳性能,提出了三腹板的加固构造方式。利用ANSYS有限元软件进行数值仿真计算,分析支座处加固前后各应力集中部位沿焊缝长度方向的结构应力分布及过渡板对三腹板构造的影响;基于热点应力法,探究了边腹板长度、厚度、间距对三腹板构造加固效果影响的一般规律。研究表明:相比于原构造,三腹板构造各位置结构应力最大值下降了约60%;设置过渡板可以增加三腹板构造与原构造的整体性,避免出现新的应力集中位置;随着长度、间距、厚度的增加,其主要表现分别为位置3处中腹板与边腹板应力的相互接近、位置1处应力水平的逐渐降低、位置1~3处应力水平的逐渐降低。

直角突变式支座薄腹钢吊车梁疲劳性能评估与加固技术研究

设直角突变式支座的薄腹钢吊车梁,在吊车荷载作用下,腹板平面外变形产生的弯曲应力导致吊车梁腹板的疲劳性能明显降低。实际工程中的直角突变式支座薄腹吊车梁,在插入板端部位置的腹板沿竖向产生疲劳裂纹,裂纹长度最大达到300 mm,继续开裂会严重威胁生产安全。通过实测开裂的直角突变式支座薄腹吊车梁的动态应力、欠载效应的等效系数及平面外动态变形,得出吊车运行频繁程度和插入板端部切角弧度是影响插入板端部位置腹板疲劳强度的关键因素。采用有限元法和疲劳裂纹扩展分析技术,对直角式突变支座薄腹吊车梁插入板端部的腹板开展了拟静态疲劳裂纹扩展模拟,得出裂纹长度与应力强度因子的关系曲线。提出了适用于直角突变式支座薄腹吊车梁的钢板高强螺栓加固和“贝壳板”焊接加固两种加固方法,并对比分析了两种加固方法的有效性。证明钢板高强螺栓加固和“贝壳板”焊接加固均可有效降低裂纹尖端的应力强度因子,提高直角突变式支座薄腹钢吊车梁疲劳强度。

弯曲封板直角突变式钢吊车梁的疲劳强度分析

弯曲封板直角突变式钢吊车梁,在2001年推广使用,至今已出现疲劳断裂工程实例。但针对此类钢吊车梁的研究较少,尤其缺乏疲劳试验研究,基于相似性原理,设计并开展了缩尺模型疲劳试验,基于试验数据及结构应力概念,统计回归该连接类型的疲劳强度S-疲劳寿命N曲线,对比总结缩尺模型与原型疲劳裂纹扩展模式,验证试验与工程实际的相似性。最后,通过工程实例验证了试验结果的可靠性、实用性。

直角突变式吊车梁支座受力性能分析

以某厂房直角突变式吊车梁应力测试为工程背景,由于厂房原有结构存在限制,梁端头截面高度不能做到足够大,吊车吨位大、工作繁重,故对其直角突变式吊车梁支座受力性能进行了有限元分析。结合实际应力测试和有限元计算数据,比较和探讨截面突变处的局部应力状态和力学性能,进一步了解直角突变式吊车梁端头的疲劳敏感区以及此类吊车梁的疲劳性能。

直角突变式钢吊车梁群体疲劳寿命评估

近年来在多个钢铁厂出现直角突变式吊车梁疲劳开裂事故,根据现行GB 50144-2008《工业建筑可靠性鉴定标准》对跨中1-2根梁的疲劳寿命进行评估,但如何快速准确地对跨内所有吊车梁进行群体寿命评估,对于厂房管理者来说是迫切需要解决的问题。根据吊车梁疲劳累积损伤原理,在直角突变式钢吊车梁疲劳破坏机理研究的基础上,提出了一种应用吊车梁实测应力谱数据、日使用频次数据及历史产量数据进行吊车梁群体疲劳寿命估算的评估方法,并采用该方法对某炼钢厂板坯清理跨21根吊车梁群体进行疲劳寿命评估,评估结果与实际情况吻合。该方法实现了钢吊车梁群体疲劳寿命的定量评估,可以为吊车梁的日常维护管理提供依据。

变截面吊车梁圆弧式和直角式突变支座的受力性能分析

采用圆弧式突变支座的变截面吊车梁在实际工程中出现了普遍性的疲劳裂缝,而直角式突变支座则未发现这类问题。现针对这两类变截面的吊车梁进行有限元分析,比较和探讨其截面突变处的局部应力状态和力学性能。分析结果表明,圆弧式突变支座翼缘与腹板连接处可形成两个方向较大的主应力,应力集中严重,在动荷载作用下易成为疲劳破坏的薄弱点,而直角式突变的梁中应力集中情况得到了较大的缓和。因此,在工程设计中,尤其是涉及动力荷载时,变截面梁支座构造形式不宜采用圆弧式,直角式应是一种良好的替代。

450／80t钢吊车梁突变支座改进设计

通过对450／80t钢吊车梁圆弧式突变支座及直角式突变支座应力及疲劳破坏的分析比较，决定在实际设计中采用直角式突变支座并进行了改进。

钢吊车梁的疲劳寿命分析与预测

针对钢吊车梁中普遍存在的支座附近产生裂缝的破坏现象,选取建于20世纪70年代的某炼钢厂房吊车梁为研究对象,模拟吊车在吊车梁上的行走过程,并分析吊车梁的应力分布规律和应力-时间历程。通过雨流计数法处理吊车梁上最危险点的应力循环,获得吊车梁的疲劳应力谱,并采用6种现有的疲劳寿命预测方法对吊车梁进行疲劳寿命预测。结果表明:相同板件尺寸条件下,选用直角突变型支座形式的吊车梁的疲劳寿命预测值要比其他支座形式的高,而梯形过渡式次之,角钢封板式和圆弧过渡式钢吊车梁的疲劳性能较差。支座加劲肋能够有效减小支座处的等效应力,提高其疲劳寿命。当支座端的腹板上下两部分高度相对一致时,吊车梁的疲劳性能相对较优。

钢吊车梁直角式突变支座疲劳性能研究

钢吊车梁直角式突变支座在工业建筑中应用广泛,然而缺乏该类连接的疲劳强度评估数据。通过回顾直角式突变支座的演化历史,基于有限元分析,研究了截面参数对直角式突变支座应力集中区域的影响;通过缩尺模型疲劳试验,得出适用于该类构件疲劳强度评估的S-N曲线,直角式突变支座插入板与封板连接焊缝的疲劳强度相对于200万次的允许应力幅为80.2MPa,与GB50017-2017《钢结构设计标准》中的第Z7类相似。

移动荷载作用下钢吊车梁的行为参数研究

钢吊车梁的研究多集中于理论和模型试验研究,为了弥补了钢吊车梁在实测研究中的空白,进行了重级工作制下钢吊车梁受力性能的实测研究。在吊车满载、额定荷载、空载3种荷载工况下,对某炼钢厂连铸车间正在服役的4根跨度不同、轨道偏心距不同的钢吊车梁进行了现场动态应变测试。测试结果表明:采用直角式和变截面圆弧式吊车梁,其支座端有应力集中现象,在吊车频繁运行的情况下,容易产生疲劳裂纹。变截面圆弧式吊车梁在变截面圆弧处易出现径向、切向疲劳裂纹;对于直角式变截面支座,在满足一定构造要求的前提下,其抗疲劳性能优于变截面圆弧式支座。对实际工程中需采用变截面的吊车梁,建议采用直角式突变支座。在偏心移动荷载往复作用下,钢吊车梁上翼缘与腹板连接处,主应力及剪应力的循环作用是该处容易形成疲劳损伤的原因之一。

某工业厂房钢吊车梁疲劳开裂原因分析研究

采用有限元模拟仿真技术对工业建筑中疲劳破坏风险较高的直角突变型支座钢吊车梁进行受力分析。结合某工业厂房内部分钢吊车梁过早出现疲劳开裂的现状,通过对直角突变型支座钢吊车梁疲劳敏感部位的荷载谱测试分析,采用《钢结构设计标准》GB50017-2017中的方法推算了吊车梁端部及跨中的疲劳强度,得到吊车梁在实际生产运行期间等效应力幅及欠载效应等效系数,并与设计值进行对比分析。分析结果表明,吊车梁过早发生疲劳开裂主要由端部变截面位置疲劳强度不足和实际生产行车运行频繁所致。

钢吊车梁直角式突变支座插入板端部疲劳性能研究

钢吊车梁直角式突变支座在工业厂房中广泛应用,工程经验表明钢吊车梁直角式突变支座插入板端部与腹板连接焊缝易出现疲劳裂纹,且通过有效的点检制度可以避免灾难性的事故发生。开展了钢吊车梁直角式突变支座缩尺模型的疲劳试验,得出该类连接的应力幅-疲劳寿命(S-N)曲线,确定了疲劳裂纹的初始位置为小圆孔下侧。通过截面参数分析得出,小圆孔处应力集中系数与插入板板厚呈正线性相关、与圆孔直径呈负线性相关。采用VCCT法和网格重划分技术,针对钢吊车梁直角式突变支座插入板端部开展了疲劳裂纹扩展模拟,明确了该类构件的疲劳裂纹扩展模式。结合S-N曲线法、概率断裂力学法,建立了适用于钢吊车梁直角式突变支座的插入板端部的概率损伤容限分析方法,分析得到在不考虑荷载、断裂韧度随机性时,其疲劳寿命不拒绝服从对数正态分布。

钢吊车梁疲劳不满足时尚可继续使用的条件

冶金工业厂房中承受重级工作制吊车的钢吊车梁因为吊车的更换而仅仅不能满足疲劳计算的要求。从吊车梁疲劳的计算原理出发,研究分析得出:通过缩短吊车梁的使用寿命,使吊车梁可以继续满足使用的条件。

某大型吊车梁疲劳开裂及加固分析研究

因变截面吊车梁疲劳开裂而引起生产事故频发,吊车梁疲劳问题得到充分的重视。针对传统直角突变式变截面吊车梁存在的插板端部腹板开裂、变截面处腹板开裂以及插板与封板处焊缝开裂等风险,以某大型炼钢厂钢水接受跨中某根27 m跨变截面吊车梁为研究对象,分析了其开裂的原因,并采用有限元软件ABAQUS对吊车梁疲劳应力幅进行分析计算,提出了处理方案。