加固技术在钢吊车梁上的应用

曹立迎

（中冶东方工程技术有限公司秦皇岛研究设计院，河北秦皇岛 066004）

加固技术在钢吊车梁上的应用

曹立迎

（中冶东方工程技术有限公司秦皇岛研究设计院，河北秦皇岛 066004）

本文针对当前工程中应用较多的钢吊车梁的修复及吊车升级改造等情况，对钢吊车梁的加固技术进行了多方面系统的阐述，讨论了它们的优缺点和适用情况，并对钢吊车梁的设计以及加工制作过程提出了合理化的建议。现在某些方法已经应用于多项工程的加固，且经过若干年的检验，效果比较理想，为以后的工程应用及科学研究奠定了基础，为此方面的科研研究提供了参考。

钢吊车梁 加固 承载力 可靠性

钢结构的加固是指对已有钢结构进行加强以提高其承载能力、耐久性和满足使用要求。钢结构存在严重缺陷和损伤或改变使用条件，致使存在很大安全隐患，经检查验算结构的强度、刚度或稳定性不满足使用要求时，应对钢结构进行加固。

吊车梁是工业建筑中的一个重要构件，尤其在现代的钢结构厂房中，跨度大、荷载重的吊车梁常常采用钢制的吊车梁。它具有自重轻、承载力强、外观美观，制作安装方便和施工工期短等优点。

工业建筑在使用过程中面临着设备更新换代，荷载增加，使用中易受到腐蚀，应定期对工业建筑进行可靠性检查，特别是对重要构件的检查。吊车梁在长期的自然环境和使用环境的双重作用下，其性能将逐渐减弱，这是一个不可逆转的客观存在。随着时间的流逝，钢吊车梁会因锈蚀、损伤造成承载能力及使用性能大幅下降，或者因技术条件限制而无法继续使用。为了排除事故安全隐患，确保安全生产，除进行定期监测外，还应及时对其修复和加固处理。目前，随着我国经济的进一步发展，原有工业的生产规模绝大多数不能满足新的使用要求，许多工厂面临增加设置新的吊车或增大吊车起重量的问题。如已有的20t吊车可能要改成30t的吊车，这样原有结构的使用功能和要求就不能满足，怎样进行加固等问题就摆在了人们面前。特别是钢吊车梁对其进行如何的加固处理呢？根据近些年来的国内外专家学者们的科研成果和工程实践，总结归纳出钢吊车梁加固的主要方法有减轻荷载、改变计算图形、加大原构件截面及连接强度等。

1 贴钢板加固法

图1 贴钢板加固

图2 加小梁加固

又称截面增大法，是一种增大结构构件截面面积的加固方法。比如在上下翼缘加焊钢板（见图1），这种方法可有效降低上翼缘的应力水平，同时也可降低下翼缘的应力水平，提高被加固构件的承载能力。该法还可加大截面刚度，改变其自振频率，这是一种比较常用的加固方法。

2 增大截面高度加固法

增大截面高度加固法是一种增加吊车梁截面高度的加固方法。该法不仅可以提高被加固构件的承载能力，而且还可加大其截面刚度，有效减少钢吊车梁的挠度，使正常使用阶段的性能在某种程度上得到改善，尤其对挠度起控制作用的钢吊车梁效果更为显著。比如在吊车梁下翼緣下面加小梁，即采用在原吊车梁下加一工字形小梁来增大吊车梁截面的加固方案，它们之间采用螺栓连接，加固后吊车梁截面形式如图2所示。

3 斜板支撑加固法

对焊接工字型吊车梁当出现轨道偏心的情况时，经常采用斜板支撑加固（见图3）的加固处理措施。宝钢在焊接工字型钢吊车梁上部就采用此法加固，加固后效果不错。此加固法对钢吊车梁整体刚度影响很小，这是一种局部加固措施。它增加了钢吊车梁上翼缘抗扭能力，有效降低了偏心轮压产生的附加弯曲应力和局部压应力。与其他加固方法相比斜板加固法能形成闭口截面，使吊车梁上部区域加固效果突出，是一种比较理想的加固措施。但此法也存在不足之处，它要求焊接质量较高，在斜板端部容易造成应力集中，这些问题在施工中应引起重视。

图3 斜板支撑加固

图4 角钢加固

图5 FRP加固

4 角钢加固法

采用高强螺栓将角钢与吊车梁腹板及上翼缘连接起来或采用焊缝将角钢与吊车梁腹板及上翼緣焊接起来，角钢布置在吊车梁腹板两侧（见图4）。试验表明，试件在受力过程中，角钢分担了一部分荷载，能有效地防止吊车梁内产生超额局部集中应力。

5 改变计算图形加固法

从调整结构体系和传力路径的角度出发，来改善结构的整体性能和受力状况，从而达到加固结构构件的目的。目前增设支点法的应用较为广范，即在结构或结构构件的适当位置增设支撑、支柱等，使部分荷载通过新增支点转移到其他部位，以此来改善结构的受力状况，同时改善了结构的侧向支承条件，从而使结构的稳定性得以保证。增设支点可以大幅度地提高结构整体的承载能力，增强钢结构构件的稳定性，减小结构位移和受弯构件的竖向挠度。比如在设计无制动系统的钢吊车梁时，通常在吊车梁上翼緣与柱子之间加水平斜撑连接，这样可减小吊车梁的水平计算长度，减小了吊车梁的挠度，提高了整体稳定性。除了增设支点外，还可将多跨简支梁改造为多跨连续梁，将铰接节点改造为刚接节点，将平面结构体系改造为空间结构体系。这些方法在某些特定的情况下都可实现加固的目的，加固效率高。然而它们也存在一定的局限性，改变结构的受力体系虽然可以从总体上改善和提高原结构及结构构件的可靠性，但加固后结构的力学分析以及连接构造的处理往往比较复杂，一些局部问题仍需采用其他方法加固，对建筑物的使用功能也可能造成不利影响。

6 采用FRP加固钢吊车梁

纤维增强复合材料（FRP）以其优越的物理力学性能、施工简易等特点，被广泛应用于钢结构的补强与加固。将FRP贴于钢吊车梁下翼緣底层，在交变荷载的作用下，提高承载能力和降低应力幅值的方法，间接提高其疲劳强度和延长疲劳寿命（见图5）。通过有限元模型分析表明，钢吊车梁的疲劳性能提高幅度与FRP材料的厚度、弹性模量以及粘贴的层数等因素有关，钢吊车梁的疲劳寿命随加固FRP层数的增加而增大。

7 结论与建议

本文阐述了诸多钢吊车梁加固方法，讨论了它们的优缺点和适用情况，对钢吊车梁的加固改造处理，做了完整而系统的分析讨论，通过某些工程实例，证明了加固法的可行性，给以后的工程实例提供了设计参考。建议在进行截面设计时可适当加大上翼缘的厚度和腹板上部区域的厚度，以减小腹板附加弯曲应力和腹板上部区域的应力集中，同时防止上翼缘的局部屈曲。在钢吊车梁的制作加工中，要尽量避免残余应力，在使用过程中要防止锈蚀，以减少钢吊车梁的损伤。

［1］王全凤，黄奕辉，杨勇新.结构加固设计及实用计算.中国电力出版社，2010；118-144.

［2］曹靖，王建国，完海鹰.CFRP加固钢结构吊车梁疲劳有限元分析及应用.合肥工业大学学报（自然科学版），2010（1）.

［3］陈桥生，李斌.破损钢吊车梁的修复与加固试验研究.包头钢铁学院学报，1999（1）.

［4］郑山锁，郭锦芳，陈爱国，杨勇，温晓明，梁雨多.采用斜撑加固钢吊车梁的设计分析与现场动测试验研究.建筑结构学报，2002（4）.

For the steel crane beam repair and the upgrading of the crane， steel crane beam reinforcement technology has carried on the many-sided systematic elaboration， Their advantages， disadvantages and applicable conditions are discussed， certain manner have used for strengthening of engineering， now some methods have been applied to a number of projects， and after several years of inspection， effect is more ideal， it provides a reference for future engineering application and scientific research.

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