《冶金工业厂房钢吊车梁疲劳现状评估方法综述》
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摘 要： 钢吊车梁系统是冶金工业厂房的重要组成部分,在对厂房结构进行可靠性鉴定时,吊车梁系统的翼缘及腹板连接处及支座部位的疲劳破坏现状情况其中重要的一个环节.本文通过工程实例及相关文献,对冶金厂房钢吊车梁系统常见的疲劳损伤及缺陷进行了总结归纳,分析了钢吊车梁系统出现破坏的主要原因,并结合实际鉴定工作对当前钢吊车梁系统的检查、检测、疲劳残余寿命的评估、维修加固决策提出中存在的问题进行论述.
关键词： 钢吊车梁;疲劳破坏;疲劳残余寿命;检测鉴定;啃轨
【中图分类号】TU375.3【文献标识码】A【文章编号】1674-3733（2020）24-0182-01
1引言
在冶金工业厂房中,钢吊车梁由于其自身安装简单、自重小、易于更换等优点得到广泛应用,近几年以来更由于钢材上的优势有逐渐取代混凝土吊车梁的趋势,但钢吊车梁在反复荷载作用下的疲劳失效是影响其使用安全的突出问题之一,冶金工业厂房尤其是炼钢车间的生产连续性较强、负荷繁重,实际生产过程中吊车往往处于接近甚至超过设计荷载的状态,再加上厂房内部的高温、腐蚀性介质（积灰等）等的影响,钢吊车梁出现疲劳破坏的几率较大,且主要集中在吊车梁变截面处、梁体腹板上部（靠近上翼缘）T形接头焊缝等区域出现疲劳裂纹.
2钢吊车梁疲劳破坏原因
2、1实际工作状态与计算条件差别较大.
钢吊车梁系统结构由梁体、吊车梁制动系统、吊车轨道连接、梁体与排架柱的连接等部分组成,该结构系统的实际工作状态与理想计算条件的差异往往是吊车梁提前出现疲劳破坏的原因,实际检查中发现吊车轨道断裂及不平顺处的上翼缘与腹板接头处焊缝以及变截面吊车梁支座和变截面处出现疲劳裂纹的可能性远高于其它部位,问题在于这些部位的实际受力状态和计算假定相差很大.
轨道断裂和不平顺处往往有较大的啃轨力,吊车车轮的每一次经过都会产生比理想计算出的水平刹车力大数倍的力,且力的方向及其产生的局部应力状态较复杂,非一般的计算假设条件可以模拟,即为此种情况,钢吊车梁上翼缘与腹板T形接头焊缝处出现水平裂纹,经检查该裂纹已经穿透焊缝,该处裂纹上方轨道断裂,且该吊车梁所在区间天车工作频繁,荷载较大.
对于吊车梁支座,在使用过程中经常出现厂房把原有铰接连接人为“加强”,接近于固结状态,这种刚度“加强”会导致原支座连接处产生较大的内力,导致支座连接焊缝断裂或连接板撕裂.
2、2吊车荷载超出原设计.
总所周知的原因,国内冶金行业产能扩容较为频繁,有些炼钢车间的生产能力在使用期间往往会扩容数倍,而原设计并未考虑到如此大的安全冗余,即使经过加固,在疲劳性能方面往往也不能满足要求.
2、3加固处理方法不当.
收到实际生产状况的影响,使用方在经检查发现吊车梁出现疲劳问题后,在不具备更换条件时,往往采取在出现疲劳裂纹处直接焊接的加固处理办法,该方法虽然能解决一时只需,但加固部位在经过打火和施焊后,会产生新的焊接残余应力及微裂缝,而随着应力循環次数的增加这些微裂缝会继续扩展成为新的疲劳裂缝,且新出现的裂缝往往更多更具危险性.即为这种情况,裂缝1～10均为原疲劳部位重新施焊加固后产生的新裂缝,裂缝数量较多、分布较密.
3吊车梁疲劳寿命评估方法
由于以上原因,钢吊车梁常常在其设计使用期内出现不同程度的疲劳裂纹,对工业生产造成影响,在日常对其进行检测鉴定时,往往涉及到对其疲劳寿命进行评估的问题,一方面,疲劳寿命评估可以确保结构的安全使用,另一方面,科学合理的寿命评估可以延长吊车梁的使用寿命,带来巨大的经济效益.
现阶段,钢吊车梁寿命评估的主要方法有：S-N曲线法、损伤力学分析方法、断裂力学分析方法以及DFR法（细节疲劳额定值法）.
现行钢结构设计规范采用的方法是S-N曲线法,所谓的S-N曲线,是以材料标准试件疲劳强度为纵坐标,以疲劳寿命的对数值lgN为横坐标,表示一定应力循环特征下构件的疲劳强度与疲劳寿命之间关系的曲线,也称应力-寿命曲线.钢结构设计规范根据不同构件的构造、连接形式及其受力特点给出了8条曲线,规定常幅疲劳荷载作用下的应力幅不超过在规定的循环次数（200万次）下的容许应力幅.该方法具有简单直观、计算方便的优点,但缺点是其计算结果往往不能反映结构构件的实际受力状态,可操作性不强.
损伤力学分析方法认为损伤是由一系列不可逆的能量耗散过程引起的,累积损伤达到一定数值时,构件即发生破坏.典型的线性损伤理论假设疲劳损伤是可以线性叠加的,各应力单独作用,互不相干.除此之外还有修正的线性损伤理论,但这些理论至今还没有发展成为能在实际工程中准确评估预测结构损伤、疲劳破坏的程度.
断裂力学分析方法[1]的假定破坏是疲劳裂纹不断发展引起的,在发现初始裂纹后,可根据构件特点确定其强度因子以及破坏判定（该判定对应一个临界裂纹尺寸）,而构件从初始裂纹发展到临界裂纹的时间即为构件的剩余疲劳寿命,具体计算时可采用经典的Paris疲劳裂纹扩展公式,其公式形式及解释如下：
该方法目前在石化行业压力容器疲劳寿命预测方面应用较多,随着有限元计算应用范围的扩展,其应用范围会逐步扩大.
DFR法为最新引进的用来分析吊车梁疲劳的方法[2],在已知结构构件细节名义应力谱（该应力谱可通过实际监测统计及计算分析得到）和DFR值（应力比为0.06时,构件能够承受10万次循环荷载的最大名义应力,也即该条件下的疲劳强度,可根据材料和焊接工艺通过试验获得）的情况下,结合材料参数,采用相应的寿命计算公式,即可获得构件在各级荷载作用下能承受的循环次数N.该方法需要通过应力谱监测、疲劳试验等步骤,但精确度较高,适用于重要工程的疲劳寿命评估,也有较大的发展空间.
4结语
现阶段,对吊车梁疲劳的检查、检测及疲劳寿命评估还未发展成为系统性、标准化的工作,尤其是钢吊车梁剩余疲劳寿命的评估,影响因素较多,只有结合试验和监测才能得到较为准确的结果,严格来说是近似的手法,实际工作中往往还需结合经常性的日常检查和科学的维护来保证钢吊车梁系统的安全运行.
参考文献
[1]郭春红,弓俊青等.钢吊车梁结构疲劳寿命评估理论方法的比较[J].钢结构.2011,26（1）：16-19.
[2]倪向贵,李新亮等.疲劳裂纹扩展规律Paris公式的一般修正及应用[J].压力容器2006,23（12）：8～15,19.
总结,本文是关于冶金工业方面的论文题目可用作相关论文提纲和冶金和吊车梁文献综述的参考文献.
冶金和吊车梁引用文献:
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