橋式起重機(jī)在長期使用過程中，由于制造、使用和日常維修方法等多種因素的影響，會(huì)導(dǎo)致主梁下?lián)?。主梁發(fā)生永久變形時(shí)，橋式起重機(jī)小車行走運(yùn)行阻力增加，并且造成主梁下蓋板及附近的腹板上出現(xiàn)裂紋、脫焊等現(xiàn)象，不能正常使用，最終導(dǎo)致報(bào)廢。通過對(duì)產(chǎn)生主梁下?lián)系脑蜻M(jìn)行分析，制定一些規(guī)避措施，確保起重機(jī)正常使用。在主梁下?lián)狭踊那闆r下，積極采取預(yù)應(yīng)力矯正的方法對(duì)主梁進(jìn)行處理，可以起到延長橋式起重機(jī)壽命的作用，降低運(yùn)行成本。筆者根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)就下?lián)系脑颉⒂绊懞托蘩矸椒ㄟM(jìn)行分析。
2.發(fā)生主梁下?lián)系脑蚍治?/strong>
造成箱形主梁下?lián)系脑蚴嵌喾矫娴?，有制造、使用的原因，也有運(yùn)輸、安裝的原因，可歸納為以下幾方面。
2.1主梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的原因
箱形結(jié)構(gòu)是一種焊接結(jié)構(gòu)，由于焊接過程中局部加熱造成焊縫及附近加熱區(qū)金屬的收縮，產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。箱形主梁四條角焊縫引起的焊接內(nèi)應(yīng)力如圖1所示，即上下蓋板焊縫附近為拉應(yīng)力，中間為壓應(yīng)力；腹板焊縫附近為拉應(yīng)力，中間為壓應(yīng)力；又由于主梁內(nèi)部筋板焊縫的應(yīng)力疊加，腹板壓應(yīng)力區(qū)域中心下移。由于焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和工作應(yīng)力疊加，結(jié)構(gòu)的局部應(yīng)力可能超過屈服極限而導(dǎo)致局部的塑性變形，從而使整個(gè)主梁產(chǎn)生永久變形。另一方面，由于自然時(shí)效使梁結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力在使用過程中逐漸消失，主梁會(huì)出現(xiàn)永久變形，這些永久變形就是造成主梁上拱減小或下?lián)献冃蔚闹饕颉?br />
2.2產(chǎn)生腹板波浪的原因
箱形主梁腹板波浪較大時(shí)，主梁下?lián)献冃我院螅拱宀ɡ擞墒芾瓍^(qū)向受壓區(qū)集中，也就是靠近下蓋板的腹板波浪展平而靠近上蓋板的腹板波浪的波峰增大。腹板波浪變遷的過程也就是主梁下?lián)献冃蔚倪^程。
2.3超負(fù)荷和不合理使用
橋式起重機(jī)經(jīng)常超載或不合理使用，是主梁產(chǎn)生下?lián)系闹饕蛑?。?shí)踐證明，當(dāng)部分吊物的單件重量超過了起重機(jī)的額定載荷，致使起重機(jī)長期處于超負(fù)荷狀態(tài)；有時(shí)為趕工期、搶時(shí)間，采取”歇人不歇機(jī)”的方法，超工作級(jí)別使用起重機(jī)，使起重機(jī)長期處于疲勞狀態(tài)。以上兩種不科學(xué)的使用方法都會(huì)使主梁局部應(yīng)力處于甚至超過屈服極限，從而導(dǎo)致主梁變形下?lián)?。更有甚者，個(gè)別作業(yè)人員使用起重機(jī)拖拉重物，這是造成主梁下?lián)系闹匾颉?nbsp;
2.4走臺(tái)上蓋板氣割、焊接
在主梁蓋板上的加熱(氣割、焊接)會(huì)使主梁下?lián)?，在走臺(tái)上加熱，會(huì)使主梁向內(nèi)旁彎，所以要盡量避免在主梁金屬結(jié)構(gòu)上氣割和焊接。如修理小車軌道時(shí)，因鏟下壓板，不應(yīng)用氣割，必須進(jìn)行焊接時(shí)要采取防止主梁變形的措施。
2.5高溫工作環(huán)境
在環(huán)境溫度較高場(chǎng)所使用的橋式起重機(jī)，其主梁長期處于高溫烘烤狀態(tài)，從而降低了金屬材料的屈服極限和產(chǎn)生溫度應(yīng)力，一方面溫度應(yīng)力與其他應(yīng)力疊加后可能超過材料的屈服極限；另一方面由于主梁上下蓋板受熱不均勻，下蓋板溫度大大高于上蓋板，下蓋板伸長較多，最后導(dǎo)致主梁下?lián)稀?br />
2.6起重機(jī)不合理存放、吊運(yùn)、安裝
由于起重機(jī)橋架系長、大結(jié)構(gòu)件，彈性較大，不合理的存放、吊運(yùn)和安裝都會(huì)引起橋架變形。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，有些新起重機(jī)由于種種原因未及時(shí)安裝，在安裝前被隨處安放，沒有采取防止橋架變形的措施；有些新起重機(jī)在吊運(yùn)、安裝過程中，沒有根據(jù)橋架重心和受力情況設(shè)計(jì)吊裝方案，采取野蠻吊裝而致使橋架變形。這些都是易引起起重機(jī)主梁下?lián)?。
3.下?lián)蠈?duì)起重機(jī)使用性能的影響
3.1對(duì)小車運(yùn)行的影響
橋式起重機(jī)主梁在空載時(shí)，已出現(xiàn)嚴(yán)重的下?lián)献冃?，?fù)載后小車軌道就會(huì)隨主梁一起產(chǎn)生變形，軌道就出現(xiàn)坡度，小車由跨中開往兩端時(shí)，小車不但要克服正常的運(yùn)行阻力，而且要克服由爬坡而產(chǎn)生的附加阻力。據(jù)粗略估算，當(dāng)主梁跨中下?lián)现颠_(dá)Lk/500時(shí)，小車運(yùn)行阻力將增加40%，嚴(yán)重下?lián)闲≤囘\(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)易燒毀。當(dāng)小車由梯部向中間運(yùn)行時(shí)，將出現(xiàn)“溜車”、速度加快和不能準(zhǔn)確停車的現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致事故。
3,2對(duì)小車的影響
當(dāng)兩根主梁的下?lián)铣潭炔煌瑫r(shí)，會(huì)使小車的四個(gè)車輪不能同時(shí)與軌道接觸，形成小車“三條腿”現(xiàn)象。同時(shí)，隨著主梁下?lián)?，又引起了主梁的水平彎曲。主梁向?nèi)彎曲， 使小車軌距減少，軌距減小到一定數(shù)值時(shí)，雙輪緣小車將產(chǎn)生運(yùn)行夾軌，外側(cè)單輪緣小車將會(huì)造成脫軌。
3.3對(duì)大車運(yùn)行的影響
特別是對(duì)于具有集中驅(qū)動(dòng)型式的橋式起重機(jī)，由于主梁下?lián)蠈⑹勾筌囘\(yùn)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)軸支架及結(jié)構(gòu)一起下移，傳動(dòng)軸彎曲。當(dāng)傳動(dòng)軸彎曲嚴(yán)重時(shí)，就會(huì)損壞軸頸，甚至?xí)鹇?lián)軸器的牙齒折斷，連接螺栓斷裂等，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生切軸現(xiàn)象，甚至燒毀電機(jī)。
3.4對(duì)主梁金屬結(jié)構(gòu)的影響
主梁出現(xiàn)嚴(yán)重下?lián)喜a(chǎn)生永久變形時(shí)，主梁下蓋板和腹板的受拉區(qū)的應(yīng)力已達(dá)到屈服極限，甚至在主梁下蓋板及附近的腹板上出現(xiàn)裂紋、脫焊的現(xiàn)象，直至不能使用，影響生產(chǎn)正常運(yùn)行。
4.箱形主梁下?lián)闲迯?fù)方法的選擇
箱形主梁下?lián)系男迯?fù)，目前常采用兩種方法，即火焰矯正法和預(yù)應(yīng)力矯正法。
火焰矯正法原理：利用金屬熱塑性原理在主梁下蓋板和腹板局部區(qū)域用火焰加熱，冷卻收縮時(shí)產(chǎn)生向上拱起的永久變形，達(dá)到矯正主梁下?lián)系哪康摹?nbsp;
預(yù)應(yīng)力矯正法：使起重機(jī)主梁在承受載荷前，預(yù)先張拉預(yù)應(yīng)力拉桿施加應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力與工作應(yīng)力的方向相反，抵消部分工作應(yīng)力，達(dá)到主梁向上彎曲恢復(fù)上拱的目的。
火焰矯正法操作工藝較為復(fù)雜，不易控制上拱的程度，矯正后殘余應(yīng)力避較大，使用性能不可靠，仍有再次下?lián)系目赡?，而預(yù)應(yīng)力矯正法容易控制主梁上拱的程度，對(duì)施工人員的技術(shù)要求不太高，修理后拱度一般較為穩(wěn)定，主梁的強(qiáng)度、剛度均得到加強(qiáng)，修理周期較短、效果較好，筆者就預(yù)應(yīng)力法的操作程序和計(jì)算方法進(jìn)行介紹。
5.預(yù)應(yīng)力矯正法要點(diǎn)
預(yù)應(yīng)力矯正法矯正下?lián)?，是在主梁的下蓋板兩端焊上兩個(gè)支承架，然后把若干根兩端帶有螺紋的拉桿穿過支撐架，擰緊螺母，使拉桿受到張拉，主梁偏心受壓，使主梁向上拱起，從而達(dá)到矯正起重機(jī)主梁下?lián)匣謴?fù)上拱的目的見圖2。
5.1結(jié)構(gòu)要點(diǎn)
在預(yù)應(yīng)力矯正法中拉桿端部結(jié)構(gòu)尤為重要，見圖3。
(1) 拉桿。拉桿由端桿與圓鋼拉桿組焊而成，但必須保證其同軸度要求，焊后應(yīng)仔細(xì)檢查，最好作探傷檢查。兩端帶螺紋部分的端桿，一般用45號(hào)鋼制作，為防其斷裂或滑扣，應(yīng)保證其加工質(zhì)量和材質(zhì)要求。為了便于工人張拉，應(yīng)盡量減少每根拉桿的張拉力。拉桿的設(shè)置可以單排或雙排排列，排列應(yīng)對(duì)稱于主梁的垂直軸，其布置寬度一般不超過主梁的寬度。端桿的螺母分為工作螺母和防松螺母，工作螺母在張拉時(shí)，通過擰緊施加預(yù)應(yīng)力并錨固拉桿以保持預(yù)應(yīng)力的長期作用，由于拉桿拉張時(shí)的應(yīng)力往往超過設(shè)計(jì)應(yīng)力，因此工作螺母要求較厚，一般厚度65mm 為宜，并且材料與端桿材料相同，防松螺母的作用是防止工作螺母松動(dòng)或拉桿斷裂而設(shè)置的，一般用Q235鋼制成。
(2)支承架。支承架的結(jié)構(gòu)如圖4所示，由底板、立板和筋板焊成。采用單面角焊縫，底板與立板外面要求平整，以保證支承架與主梁下蓋板及工作螺母貼緊。支承架底板的寬度應(yīng)略寬于主梁下蓋板的寬度，底板的厚度可與主梁下蓋板相等，焊縫高度近似板的厚度。立板為主要受力件，一般較厚，筋板間的距離與拉桿中心距相等，邊孔到板緣的距離不應(yīng)小于80mm。
(3)托架。托架是為了防止或減少起重機(jī)運(yùn)行過程中拉桿的顫動(dòng)而設(shè)置的，一般每一主梁下設(shè)置三個(gè)，當(dāng)跨度Lk大于22.5m可設(shè)5個(gè)，托架不允許焊在主梁腹板上，只能與下蓋板焊連。
5.2預(yù)應(yīng)力矯正法的施工操作程序
操作程序見圖5。
安裝支承架、托架及拉桿時(shí)，通?？捎闷鹬貦C(jī)小車提升吊籠進(jìn)行，無需卸下起重機(jī)。吊籠寬度一般不大于1.5m，而長度則要保證兩根主梁均可操作，吊籠內(nèi)應(yīng)鋪木板，應(yīng)保證工人操作的安全可靠。張拉預(yù)應(yīng)力是安裝預(yù)應(yīng)力拉桿的關(guān)鍵工序，應(yīng)先將一端螺母全部擰上，然后到另一端收緊螺母。各螺母應(yīng)逐個(gè)分次擰緊，不能一次擰緊到位。每擰一遍螺母時(shí)，均應(yīng)測(cè)出主梁撓度的變化值，直到上拱度符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求為止，張拉拉桿時(shí)，不能讓拉桿轉(zhuǎn)動(dòng)，否則效果不佳且宜拉斷拉桿，如果拉桿長度大于24m，最好從兩端同時(shí)張拉。
5.3計(jì)算
(1) 主梁需調(diào)整的撓度。主梁需調(diào)整的撓度值即從主梁下?lián)系淖畹忘c(diǎn)到上拱標(biāo)準(zhǔn)值的調(diào)整量。
(2)每KN拉力的調(diào)撓值
(3)每根主梁需要的總拉力
(4)每根主梁調(diào)撓時(shí)所需拉桿數(shù)
(5)支承架立板厚度計(jì)算
計(jì)算支承架立板厚度按立板與工作螺母接觸圓周所受剪力決定單孔剪切力
(6)單孔受剪面積
(7)立板厚度計(jì)算
6.結(jié)束語
通過對(duì)橋式起重機(jī)主梁下?lián)显蚍治?，為今后工作中正確使用和維護(hù)橋式起重機(jī)提供理論依據(jù)。通過對(duì)預(yù)應(yīng)力拉桿式矯正方法的闡述，利用預(yù)應(yīng)力的原理，針對(duì)不同的修理對(duì)象，依據(jù)材料力學(xué)理論，設(shè)計(jì)了一系列合理、簡便的修理加固形式確定了配筋計(jì)算方法，并設(shè)計(jì)和制定了完善的修理工藝規(guī)程，能夠?qū)㈩A(yù)應(yīng)力矯正法在工程中得到方便合理的應(yīng)用，能夠快捷地解決橋式起重機(jī)長期使用過程中出現(xiàn)的主梁下?lián)蠁栴}，從而確保起重機(jī)安全運(yùn)行，進(jìn)一步延長起重機(jī)使用壽命。
