门式起重机主梁跨度改造工艺

门式起重机主梁跨度改造工艺
田光;王磊
【摘要】针对门式起重机主梁跨度不能满足使用要求而需要增大主梁跨度的问题,提出一种增大门式起重机主梁跨度的改造工艺,建立了主梁跨度改造后的结构分析模型,给出了主梁改造完成后结构强度不足的补强方法,可以有效解决门式起重机跨度不够,以及主梁跨度增加后强度不足的问题,能够降低改造的工艺难度和成本.【期刊名称】《港口装卸》
【年(卷),期】2019(000)004
【总页数】3页(P57-59)
【关键词】门式起重机;主梁;跨度;工艺改造
【作者】田光;王磊
【作者单位】中水电四局武汉轨道交通工程有限公司;武汉开锐海洋起重技术有限公司
【正文语种】中文
1 问题分析
门式起重机是地铁施工过程中重要的起重设备，除了承担隧道掘进施工中的渣土吊运外，还能在车站施工中吊抓基坑的开挖土方，协助现场工作人员起吊、运输基坑钢支撑、脚手架、管片、钢轨等重物及各类施工材料，为地铁施工提供了极大的便利。

门式起重机主要由柔性门腿、主梁、小车、司机室、刚性门腿和大车运行机构
等组成[1]。

武汉地铁21号线后湖大道站的盾构施工现场需要使用1台45/16 t门式起重机，主要承担隧道掘进过程中的渣土吊出及施工材料下井的任务。

根据后湖大道站始发井口的结构设计的实际情况，要求投入使用的45/16 t门式起重机的跨距必须达到24.2 m。

公司现有的2台MG45/16 t门式起重机最大跨度仅为23.2 m，无法满足现场的使用要求，若重新采购一台跨距满足24.2 m要求的45/16 t门式起重机除了会增加采购成本外，还会造成现有设备的闲置。

因此考虑对现有45/16 t门式起重机进行改造，以满足现场施工需求，同时控制项目投入成本。

增加门式起重机跨度的常用方法主要有3种[2]：
(1) 门式起重机的主梁由于跨度较大，一般采用分段拼接而成，不同段之间采用法兰连接而成，增加主梁的跨度方法是更换中间段主梁或在中间额外增加一段中间调节梁。

(2) 更换或延长门式起重机的主梁柔性腿一侧的连接段主梁，增加主梁的跨度。

(3) 将主梁与柔性腿之间的连接法兰沿主梁长度方向向外延展，增加主梁的跨度。

MG45/16 t门式起重机主梁需要增加的跨度仅为1 m，根据现场的施工条件，选择第3种最为便捷、经济的方案，即将主梁与柔性腿之间的连接法兰沿主梁长度方向向外延展1 m，使起重机的最大跨度由23.2 m增加到24.2 m，解决现有门式起重机跨度不够的问题[3]。

2 主梁跨度增加后的结构分析
将主梁与柔性腿之间的连接法兰向外延展，增加起重机主梁跨度的方法能够解决门式起重机跨度不够的问题，但是随着跨度增加，在主梁截面和额定起重量不变的条件下，主梁承受的弯矩增大。

由简支梁的强度和挠度计算式(1)和式(2)可知，其危险截面的强度和挠度也会增大，在超过材料的许用应力及挠度的情况下，主梁存在发生断裂或下挠等安全隐患，对现场的施工作业人员的人身安全构成威胁，必须对
跨度增加后的主梁强度和刚度进行校核。

(1)
(2)
式中，Mmax为主梁承受的最大弯矩，Nm；P为主梁承受的载荷，N；l为主梁
的跨度，m；fc为主梁最大的扰度，m；E为材料的弹性模量；I为材料的惯性矩，m4。

MG45/16 t门式起重机的主梁的结构复杂，为得到跨度增加后主梁的整体强度和
刚度，使用有限元结构分析软件ANSYS对主梁进行结构分析。

MG45/16 t门式
起重机的主梁采用钢板焊接而成，为准确反应出主梁的应力及应变，对主梁进行结构分析时，主梁的结构均采用shell63板单元进行建模。

根据主梁在工作状态和非工作状态的下所受的载荷对模型进行加载并求解。

主梁跨度增加后的应力和应变分析结果见图1，主梁的最大应力为181.8 MPa，最大应
力发生位置为主梁下翼板，最大应力发生的工况为工作状态下、满载、风速20
m/s,小车位于主梁跨度中间位置；主梁跨度增加后最大位移为12.3 mm，最大位
移发生位置为主梁跨中，最大位移发生的工况为工作状态下、满载、风速20 m/s,小车位于主梁跨度中间位置。

图1 主梁跨度增加后的应力和应变分析结果
主梁使用Q235-B的板材焊接而成，《起重机设计规范3811-2008》中规定，主
梁材料的屈服强度σs=235 MPa，安全系数[n]=1.34，得出材料的许用应力为175.4 MPa；主梁的跨度为24.2 m，其最大许用应变为32.3 mm(许用位移为主
梁跨度的1/750)。

由此可知跨度增加后主梁的最大应力超出材料的许用应力，最
大应变在许用范围内，主梁的强度不满足使用条件，刚度满足使用条件，必须对主
梁的结构进行加强[4-5]。

3 主梁补强改造工艺
为消除跨度增加引起主梁强度和刚度下降的隐患，需要对改造后的主梁进行改造加强[6-7]。

由图1可知，主梁的最大应力发生在主梁中间的下翼板位置，且最大应
力与材料的许用应力相差不大，只需对下翼板进行补强即可使主梁满足使用要求。

从现场施工难度及改造成本考虑，下翼板补强的方法是：沿着下翼板的底面贴焊一层厚度为20 mm的钢板，作业完成后下翼板的厚度由原有的12 mm增加到32 mm。

使用ANSYS对下翼板补强的主梁进行结构分析，主梁的应力和应变分析结果分别见图2。

主梁的最大应力为147.6 MPa，最大位移为10.3 mm，均满足使用要求。

图2 下翼板补强后的主梁应力和应变分析结果
通过对跨度增加1 m的主梁下翼板补强前后结构性能参数进行对比，得到主梁改
进前后的性能参数对比，见表1。

表1 主梁下翼板改进前后的性能参数对比表项目最大应力/MPa最大位移/mm主
梁下翼板改进前181.312.3主梁下翼板改进后147.610.3
综上所述，通过在主梁下翼板贴板方法对门式起重机的主梁进行补强，能够显著增加主梁的强度和刚度，解决起重机主梁跨度增加后强度和刚度下降的问题。

4 结语
针对现有门式起重机主梁跨度不能满足使用要求，需要对主梁跨度进行增加的难题，提出将主梁与柔性腿之间的连接法兰沿主梁长度方向向外偏移的主梁跨度改造工艺，并采用在主梁下翼板贴板的方法对主梁进行补强，从而解决主梁跨度增加后强度和刚度下降的问题，可降低改造的工艺难度和成本，具有一定的工程应用及推广价值。

参考文献
【相关文献】
[1] 王彤曼,贾文华,张在梅,等.一种造船门式起重机的主结构有限元分析方法[J].科技视
界,2012(14):7-9.
[2] 封伟.浅谈龙门式起重机的应用和维修[J].中国高新技术企业,2014(21):47-48.
[3] 吕伟东,王亚斌.提高龙门式起重机综合性能的研究[J].低碳世界,2014(15):301-302.
[4] 魏国前,董海涛,范勤.基于GB/T 3811-2008的大跨度桥式起重机主梁校核[J].起重运输机
械,2010(2):16-19.
[5] 李梦，惠记庄，王斌华，等.变跨度架桥机主梁纵向连接螺栓群的力学分析[J].筑路机械与施工机械化，2019(4):112-117.
[6] 张树林.400 t双悬臂造船门式起重机的设计特点[J].起重运输机械，2012(8):45-47.
[7] 李宝娟，陶元芳.桥门机主梁设计时强度与刚度的关系[J].太原科技大学学报，2011(1):28-32.。