中铁华铁工程设计集团有限公司 江苏省苏州市 215011
摘要：此文结合了已建的工程项目实例，论述了大跨度吊车梁的形式选择,受力分析,阐述了大跨度吊车梁设计中应注意的要点和细节问题。
关键词：大跨度吊车梁;制动结构
前言
近些年我国铁路工业发展迅速，动车制造工厂中工艺设备布置也相对复杂，标准的门式钢架厂房并不能满足生产工艺的需要，因此抽柱排架等非标准厂房得到了采纳，相应的大跨度吊车梁也随之出现。
吊车梁是工业厂房建筑中重要组成部分，一般是由吊车梁本身和相应的制动结构等构件组成。吊车梁基本上用来承担吊车的竖向荷载，当柱距和吊车吨位不大时,可不设制动系统,自身刚度可以承担满足稳定要求，但对于大跨度或起重较大的吊车梁，若不设置制动系统或设置的制动系统刚度相对较弱，在水平荷载的作用下，吊车梁会产生较大的水平变形，这将会给吊车的运行产生非常不利的影响，严重者会造成事故。
1 工程概况
齐车集团在大连旅顺经济开发区建设的特种集装箱产业基地项目,此厂房是单层门式刚架结构厂房,长320m,宽150m,檐口高度13.4m。根据工艺布置的特殊要求，需要在厂房的某个特定区域将厂房排架柱连续抽去2根，形成27m宽、66m长的工艺操作区域；抽柱部分柱间跨度及吊车梁跨度于是就达到了27米，如图一所示。
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图一 局部吊车梁平面布置图
2 吊车梁的方案选择
吊车梁可以做成如下几种方案:
第一种为工字型实腹式吊车梁,由上下翼缘钢板、腹板共同焊接而成，局部稳定不足时，会考虑设置纵、或横向腹板加劲肋。此种吊车梁构造相对简单,受力比较明确,制作也方便快捷,焊接质量易于得到保证，是小跨度吊车梁最常用的结构形式。
第二种为桁架式吊车梁，是由型钢等组成的上下弦及腹杆共同受力的空腹式结构，优点是用钢量少；缺点是制作难度大，占用厂房空间，节点连接复杂，抗疲劳能力差。
第三种是箱式吊车梁，也即是由一个封闭箱型截面钢梁充当吊车梁。箱式吊车梁的优点是抗扭刚度大，不需要增设水平制动桁架或制动板；其缺点是制作及施工较为复杂、造价也相对较高。
根据本厂区吊车吨位及吊车梁的跨度，经过综合分析比较，最终选用工字型实腹吊车梁。
3 制动结构的方案选择
由于本工程吊车梁跨度相对较大，且选用了工字型实腹吊车梁，所以应根据受力及变形的需要，设置了吊车梁横向制动板，用以承担吊车水平力、保证吊车梁的稳定性。本厂房钢柱两侧吊车梁中心距为1.5m，恰好利用此宽度设计横向制动结构体系。综合考虑后，将吊车梁上翼缘处设计成制动梁，中间铺焊5mm厚加肋钢板，同时作为检修通道使用；吊车梁下翼缘处增设成制动桁架。
2 吊车梁计算
吊车梁布置如图一所示,吊车梁跨度为27m，刚才选用了Q345C钢。应甲方要求，相应跨各设2台起重量为32/5吨软钩A5工作级别吊车，吊车参数参选大连重工DQQD型吊车,吊车各项参数如下：吊车跨度So=31.5m，最大轮压Pmax=3207KN，最小轮压Pmin=1060KN，小车自重为g=1090kn，吊车的总重量为G=5270KN，吊车的宽度为B=6.924m，吊车的轮距为W=5.0m,如图四所示。
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图二 吊车梁最大弯矩计算简图
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图三 吊车梁最大剪力计算简图
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图四 吊车轮压简图
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图五 吊车梁及制动结构示意
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2.1 吊车梁荷载计算
在计算吊车梁和吊车的制动体系的连接强度、稳定时，吊车所承受的竖向荷载，应根据规范要求乘上动力系数μ=1.05，但是在计算疲劳以及变形时，不再乘动力系数。
当计算吊车梁和吊车的制动体系的连接强度、稳定以及连接强度时，所采用荷载值应为设计值（其分项系数按规范要求取γQ=1.4）；当计算正常使用状态的变形和吊车梁疲劳时，需要采用标准值进行参与计算。
吊车在竖直方向的荷载标准值可取为吊车的最大轮压,其设计值可按此计算：
P=μ.γQ.Pmax=1.05×1.4×327=480.7KN
吊车在水平方的荷载标准值,应取小车的重量与额定起重量之和的百分数,计算结果再乘上重力加速度，作用于每个轮压处的水平荷载设计值为H=0.10×
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当计算钢吊车梁以及吊车制动体系中的构件强度时，应按此吊车梁跨度内，两台最大的吊车共同组成的最不利荷载组合进行计算；当计算钢吊车梁以及吊车制动体系中构件的疲劳及挠度时，所选取的荷载应为作用在吊车梁跨度范围内，最大起重量的那台吊车产生的荷载，吊车的轮压应该按照标准值进行计算。
2.2 吊车梁内力计算
(1)如图二所示，此图为吊车在吊车梁上最不利组合情况下产生最大弯矩时的位置图，由图可以得知a1=a3=5000mm,a2=1924mm,
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=962mm,
根据《钢结构设计手册》中公式(8-10,8-15)计算，钢吊车梁上所产生的最大弯矩设计值应为:
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(2)根据《钢结构设计手册》中公式(8-11,8-16)计算，在钢吊车梁上产生最大弯矩处，所对应剪力设计值为:
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(3)根据应验可知，钢吊车梁最大剪力产生在吊车梁的端部支座处,如图三所示, 根据《钢结构设计手册》中公式(8-14,8-16)计算，钢吊车梁最大弯矩处的相应剪力设计值按如下计算得:
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(4)水平方向的荷载作用下,钢吊车梁横向产生的最大弯矩设计值MT,可根据《钢结构设计手册》中公式(8-17)计算：
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(5)钢吊车梁在吊车竖向荷载作用下产生最大竖向挠度处的弯矩标准值计算可得:
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钢吊车梁在横向荷载作用下，产生最大水平挠度处的弯矩标准值计算可得:
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2.3吊车梁截面特性计算
经估算，初步选取工字型吊车梁截面总高度为2600mm，钢吊车梁的上翼缘板宽度为500mm，相应板厚为22mm，下翼缘板宽度为400mm，相应的板厚为20mm，吊车梁的腹板厚度为16mm。吊车梁截面详见图五所示:
吊车梁截面特性如下:A=50×2.2+40×2+255.8×1.6=599.3cm2
yo=(50×2.2×258.9+40×2×1+255.8×1.6×129.9)/599.3=136cm
Ix=
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(50×2.23)+(50×2.2)×122.92+
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(1.6×255.83)+(1.6×255.8)×62+
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(40×2.03)+(40×2.0)×1352=5.34×106cm4
Sx=50×2.2×(260-136-1.1)+0.5×(260-136-2.2)2×1.6=2.54×104cm3
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上翼缘(腹板的有效高度考虑20tw)对y轴的特性:
A上=50×2.2+20×1.6×1.6=161cm2,
Iy=2×
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(2.2×503)+ (50×2.2)×752+2×
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(32×1.63)+ (32×1.6)×752+
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(0.6×1003)=1.02×106cm4
Sy=50×2.2×75+32×1.6×75+0.5×(50)2×0.6=1.28×104cm3
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1.02×106/75=1.37×104 cm3
2.4吊车梁应力计算
对钢吊车梁的上翼缘板进行正应力计算
σ=
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=
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=262 N/mm2<295 N/mm2
对钢吊车梁的下翼缘板进行正应力计算
σ=
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=
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=263 N/mm2 <295N/mm2
吊车梁剪应力计算
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=48.5 N/mm2 <170N/mm2
2.5吊车梁挠度计算
钢吊车梁在竖向产生的挠度可按下式计算:
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=
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=24mm<
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满足要求。
吊车梁在横向产生的挠度可按下式计算:
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=
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=10.4mm<
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满足要求。
2.6吊车梁其他部分的计算
钢吊车梁根据稳定性需要设置了制动结构体系,梁的侧向稳定得到保证,其整体稳定性不再单独验算。
钢吊车梁腹板的局部稳定问题，以及腹板加劲肋及相应焊缝、疲劳等，经计算均能满足受力及相关要求，计算过程不再赘述。
3 结论
1）焊接工字型实腹吊车梁构造简单、受力合理、施工便捷，能够很好的满足大跨度吊车梁的受力、变形等各项要求，是一种很好的结构形式。
2）规范对轻、中级吊车的水平荷载所产生的挠度没有限制，但位于大跨度的吊车梁上时，应该控严控制吊车梁的水平变形，以确保吊车运行平稳、舒适。
3）大跨度吊车梁上的制动结构，宜充分利用吊车梁上部的走道板，设计成制动梁结构体系。
4）为保证制动结构的足够刚度，吊车梁中心线距辅助桁架或另一根吊车梁中心线间距有足够尺寸，根据吊重大小，不宜小于吊车梁跨度的 。
参考文献、引文注释等
[1]汪一俊.《钢结构设计手册》.北京：中国建筑工业出版社.2004.
[2]GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》.北京：中国建筑工业出版社.2010.
[3]GB 50009-2001《建筑结构荷载规范》.北京：中国建筑工业出版社.2006.