桥式起重机主梁上翼缘板裂纹分析

桥式起重机主梁上翼缘板裂纹分析

摘要：分析某管桩制造企业桥式起重机主梁上翼缘板裂纹产生的原因为跨中起重作业频繁、应力集中，同时轨道接头部位也处于跨中，在轮压作用下，上翼缘板受交变剪切应力作用，材料疲劳开裂。

同时提出切实可行的修复要点，为管桩制造企业起重机安全作业具有重要的意义。

关键词：桥式起重机；上翼缘板；疲劳裂纹；交变剪切应力

概论

近期笔者在某管桩制造企业离心机车间起重机定检是发现该起重机上翼缘板出现裂纹，笔者当即通知该企业停止使用，并根据该企业作业特性及起重机上翼缘板受力、轨道布置等情况对裂纹的成因进行分析，提出了修复要点及注意事项，对管桩制造企业起重机安全作业具有重要的意义。

1.起重机情况和裂纹描述

1.1 现场起重机情况

该台型号为QD7.5+7.5-21.5A6的偏轨箱形梁桥式起重机自2005年06月起用于该管桩企业离心机车间吊运管桩，其工作级别为A6级，实际作业特点是作业频繁，满载率高，繁忙时连续24小时作业，实际使用等级达到A7级，而且小车轨道接口正处于跨中，此处正是第三道管道模离心机的位置。

1.2 主梁上翼缘板裂纹描述

现场发现在两根主梁小车运行轨道接头部位上翼缘板均有开裂（如图1），南侧主梁上翼缘板横向裂纹2个，裂纹长度为45mm和35mm、纵向裂纹2个，裂纹长度为50mm和60mm；北侧主梁上翼缘板横向裂纹2个，裂纹长度为70mm 和30mm；南侧主梁上翼缘板裂纹向外侧延伸至主梁外侧腹板，裂纹长度为200mm左右。主梁上供度符合要求，主梁下翼缘板情况良好。

图1

2.主梁上翼缘板裂纹成因分析和修复要点

2.1上翼缘板开裂点受力分析

该起重机主梁受自重载荷、额定载荷、起升动载荷（动载系数取1.2）、惯性载荷、偏斜运行侧向力、半偏轨引起的主梁扭转载荷等载荷作用，其最大弯矩在

跨中，根据其主梁内力在跨中对主梁点①、②、③（如图2）形成的复合应力折算数据如下：①点：箱形梁上翼缘板受轮压引起的双向弯曲作用时，验算点的折算应力为95.8Mpa；②点：箱形梁下翼缘板边缘折算应力为104.5 Mpa；③点：箱形梁下翼缘板纵向焊缝折算应力为118.3 Mpa；

图2

对于Q235-B材料许用应力【σ】=235/1.34=176Mpa，①、②、③点的折算应力都小于其材料许用应力，且上翼缘板①点折算应力小于下翼缘板②点和③点处的折算应力，但上翼缘板出现裂纹而下翼缘板边和纵向焊缝都完好无裂纹，可以看出主梁整体设计和材质并不是上翼缘板裂纹的成因。

2.2 裂纹成因分析

对于偏轨箱形梁式桥式起重机疲劳裂纹一般发生在跨中附近的焊缝及焊缝附近母材上及车轮下方或者上方焊缝连接处及热影响区因为存在较大交变应力和应力集中；而该起重机上翼缘板裂纹正好出现在跨中轨道接缝处（如图1），轨道下方无垫板。因此轮压作用引起的剪应力交变是裂纹萌生的主要原因，而应力集中和高循环次数是裂纹扩展的主要原因：（1）按照弹塑性接触理论，该起重机的起升载荷与移动小车自重构成移动载荷由小车通过轮子与轨道接触将移动载荷传递给轨道；轨道又通过与承轨梁的接触将轮压以分布载荷的形式传递给上翼缘板；一般而言轮压作用下的应力场在沿轨道方向的进行衰减，然而在轨道接头处，车轮的每一次快速驶过等效于一个快速的动态冲击载荷，区段内板的应力场呈现高频次的交变，应力的交变循环，在焊接热影响区形成一条材质劣化带由于最大剪应力经常达到屈服限，当加于金属上的应力超过其弹性极限后，在微观上致使材料不断劣化构成最初裂纹源。（2）同时根据该企业作业频繁，满载率高的特性外加其主要作业区间正好是跨中，即疲劳裂纹产生后在相当大应力幅值的交变应力作用下达到一定的循环次数后不断扩展，由微小裂纹扩大为宏观裂缝。

2.3 修复要点

根据该起重机上翼缘板裂纹成因和扩展机理及该管桩企业的作业特性提出以下修复要点：

①因为该起重机上翼缘板裂纹为疲劳裂纹不得补焊，应将原有裂纹板挖去后重新补板；

②原有轨道接头处处在跨中且为作业频发区，应将小车轨道重新排布接头避开此区域；

③原有小车轨道接头处应用连接板的形式螺栓连接，减少交变剪切应力。

3.结束语和建议

笔者发现并分析为该管桩制造企业起重机上翼缘板裂纹为疲劳裂纹并提出了相应的修复要点，同时建议该企业在日后的生产中应定期对该起重机进行外观检查，如发现新的裂纹应及时报告和处理，以确保起重作业安全。

参考文献：

[1] GB/T 3811-2008《起重机设计规范》.

[2]董达善石来德《起重机承轨梁水平裂纹成因》同济大学学报2001年12期.

[3]GB/T 14405-2011《通用桥式起重机》.

[4]GB 500172003《钢结构设计规范》.