钢吊车梁加固在龙腾特种钢炼钢主厂房改造项目中的应用
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摘要工业建筑中工艺的调整是难免的，而作为与工艺配套的结构专业也需要做相应的改造、调整和加固。本文主要结合常熟龙腾特种钢有限公司炼钢主厂房改造项目讨论了钢吊车梁加固设计在工程实践中的应用。
关键词加固 竖向挠度 整体稳定制动结构
1 吊车梁加固的背景
常熟龙腾特种钢有限公司炼钢主厂房建成于2008年，2010年11月，甲方对炼钢主厂房工艺做了局部修改，具体到结构这一块就是将~轴吊车做了如下调整：将该跨两台20t A6重级工作制桥式吊车调整为两台60t A6重级工作制桥式吊车。原设计（也是本人所在设计院设计）考虑到甲方以后可能有扩大产能、工艺调整的要求，本厂房基础、柱系统、屋面系统都是按两台60t A6重级工作制桥式吊车设计，吊车梁系统则是按两台20t A6重级工作制桥式吊车考虑。因此吊车调整以后，原厂房基础、柱系统及屋面系统均能满足结构设计要求，吊车梁系统则需按新吊车资料复核。甲方出于经济考虑，希望在不影响厂房正常使用的条件下，能尽量在原吊车梁系统的基础上对其做相应整改和加固，以满足新的吊车使用要求。
2 原吊车梁设计简介
主厂房~轴跨度24m，柱距12m，原设计按两台20t A6重级工作制桥式吊车考虑，吊车起重梁20/5t，吊车跨度22m，吊车总重32.4t，小车重7.2t，最大轮压20.5 t，吊车每侧各两个轮子，吊钩形式为软钩。原设计吊车梁系统主要由吊车梁、制动桁架两部分组成，所采用实腹式钢吊车梁规格为H1500×400(300)×14×16，材质Q345C，QU70轨道，设置了以普通槽钢为边梁的制动桁架。经复核，原吊车梁系统能够满足原有结构设计要求。
3 吊车梁加固设计
3.1吊车调整后对吊车梁加固设计的要求
加固设计工作内容繁琐、难度大，在技术上无定式，要有所创新，要求设计人员根据甲方要求、结合工程实际情况选择合理的加固方案。对本项目来说，首要问题就是分析接下来的加固工作的基本设计要求，并找到解决问题的切入点。
本次工艺调整后所提供的吊车资料为： 重级A6工作制，吊车起重梁60/16t，吊车跨度22m，吊车总重74.8t，小车重27.6t，最大轮压27.3t，吊车每侧各四个轮子，吊钩形式为软钩，共两台。经计算，吊车更换后，原有吊车梁系统在结构计算和构造要求上均不能满足设计要求，甲方从经济和不影响生产的角度考虑，希望本次设计能够尽量利用原有吊车梁系统结构构件（以下简称“利旧”）。经初步复核，吊车更换后，在现有的轨面标高条件下，厂房净空能够满足吊车使用要求，但是在吊车轨道按新吊车资料选用后基本没有余量，这就决定了加固后的吊车梁顶标高不能超过原吊车梁顶标高。综合以上条件，本次吊车梁加固设计主要需考虑以下五个方面的要求：（1）尽量保持原吊车梁上翼缘板宽、厚不变；（2）牛腿支座处吊车梁高度尽量保持不变，以保证吊车上部净空能满足吊车使用要求；（3）尽量保持原吊车梁腹板厚度不变，以减少加固工作量，降低施工难度；（4）合理利用原吊车梁下翼缘；（5）合理利用原有制动结构，并且按规范要求对制动结构加以整改，满足构造要求。
3.2吊车梁加固方案的选择
根据以上所述要解决的加固问题，接下来通过计算并且结合现行国家规范及国标图集要求确定合理的加固方案。
根据图集《吊车梁轨道联结及车挡》（05G525）的要求，调整后的吊车需选用QU100轨道，轨道联结型号GDGL-6,轨道伸缩缝处接头型号SGL-6，车挡选用GCD-5，而原吊车梁选用QU70轨道，轨道联结型号GDGL-4,轨道伸缩缝处接头型号SGL-4，车挡选用GCD-2。原有轨道联结相关构件不能满足新吊车使用要求，并且不适合改造、加固，故此部分需按新设计要求选用。考虑到吊车梁上翼缘轨道联结孔洞已经打好，则新更换的轨道开孔需结合原有吊车梁制作。原吊车梁上翼缘宽度在构造上亦满足轨道安装要求，将原吊车梁按两台60t桥式吊车的工况进行计算，该吊车梁存在以下几个问题：（1）梁竖向挠度不满足设计要求；（2）吊车梁局部挤压应力验算不满足；（3）吊车梁疲劳应力验算不满足；（4）横加劲肋区格验算不满足。根据前三条，按照设计要求，需要调整吊车梁截面尺寸，将吊车梁规格由H1500×400(300)×14×16调整为H2100×400(300)×14×16，为了满足吊车梁上部净空要求，把原吊车梁改造为鱼腹式，支座处吊车梁高度不变，其余部分加高600 mm，也就是在原吊车梁下翼缘加焊600 mm高T型板，吊车梁上翼缘保持不变，利用原吊车梁下翼缘为新吊车梁的纵向加劲肋，减小了吊车梁腹板计算区格尺寸，解决了吊车梁腹板局部挤压应力不足的问题。原吊车梁横向加劲肋间距为1500 mm，根据计算要求，现需要在保留原加劲肋的基础上新增横向加劲肋，这样基本上就解决了吊车梁本身的加固问题。吊车梁改造之后的做法如（图一）所示，图中“利旧”指利用原有构件，“新增”指加固设计增加的构件。
(图一)吊车梁加固示意图
最后一步就是改造原吊车梁制动结构。制动结构的主要作用有以下四点：（1）承受吊车横向水平荷载及由于其他因素所产生的水平力；（2）保证吊车梁（或吊车桁架）的侧向稳定性；（3）增加吊车梁（或吊车桁架）的侧向刚度；（4）作为检修吊车及轨道的操作平台及人行走道。根据钢结构设计规范及钢结构设计手册的要求，当吊车桁架和重级工作制吊车梁跨度大于或等于12m时，宜设置辅助桁架和下翼缘（下弦）水平支撑系统，当设置垂直支撑时，具体位置不宜在吊车梁或吊车桁架竖向挠度较大处。原吊车梁仅设置有制动桁架，而变更后的吊车起重量达60t,重级工作制，吊车梁跨度12m,按要求应该设置辅助桁架、下翼缘（下弦）水平支撑系统及垂直支撑。因此在保留原有制动桁架的基础上，为保证吊车梁的整体稳定及侧向刚度，本次加固设计增加了辅助桁架、制动板和下翼缘水平支撑，如（图二）所示，并且在吊车梁三分点处增加竖向支撑，如（图三）所示。
(图二)制动结构加固示意图 (图三)竖向支撑加固示意图
3.3吊车梁加固方案的确定
终上所述，本次吊车梁的最终加固方案如下：
（1）吊车梁轨道联结系统根据吊车需要更换为QU100轨道，轨道联结型号GDGL-6,轨道伸缩缝处接头型号SGL-6，车挡选用GCD-5，参图集《吊车梁轨道联结及车挡》（05G525）。
（2）将吊车梁截面由H1500×400(300)×14×16改为H2100×400(300)×14×16，把吊车梁改造为鱼腹式，在下翼缘处加焊T型板，并增加横向加劲肋，所有构件材质、节点做法及焊缝做法同原设计，加固方法见（图一）。
（3）在保留原有制动桁架的基础上，增加辅助桁架、制动板、竖向支撑和下翼缘水平支撑，见（图二）和（图三）。
（4）吊车梁加固在实施前必须做好良完善的施工方案，利旧构件拆除加固后必须按原样修复。
4 结语
本工程的加固设计已于2011年初改造施工完毕，吊车梁竖向挠度监测满足规范要求，吊车无卡轨发生，运行良好，满足扩大生产的要求，甲方对此次加固很满意。随着工业发展的日新月异和工艺技术的逐渐进步，作为与工艺配套的结构专业做相应的改造和加固是比较常见的。这就需要设计人员能根据工程具体建设情况，结合甲方要求，在满足国家规范及标准前提下制定合理的加固和改造方案，并且便于施工，把工作做到最好。同时也希望建设单位能完善前期工艺安排，具备一定的前瞻性，尽量避免项目的改造与加固，为企业和社会创造更大的经济效益。
参考文献：
[1] 钢结构设计规范GB 50017-2003. 中国计划出版社，2003.
[2] 钢结构加固技术规范CECS 77:96. 中国计划出版社.
[3] 实腹式钢吊车梁05G514-4重级工作制（A6，A7）Q345钢.
[4] 吊车轨道联结及车挡05G525适用于钢吊车梁.
[5] 钢结构设计手册.第三版.中国建筑工业出版社.
[6] 钢结构教材.第二版.武汉理工大学出版社.
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