摘要：介绍了桥式起重机水平刚度的研究现状，分析了安装基础对桥式起重机水平刚度的影响，提出影响桥式起重机水平刚度的因素。如计算模型自身误差、施工单位改变计算模型、设计控制值缺失等方面。依据国内设计手册和研究结果，分析对桥式起重机水平刚度的要求、对安装基础水平刚度要求，给出安装基础的水平刚度建议值，对超出建议值提出整改方案，供施工单位和检验人员参考。
关键词：安装基础；桥式起重机；水平刚度；建议值
1前言
现代化的厂房越来越多的采用金属结构做厂房骨架，桥式起重机被安装在以钢结构作为支承的承轨梁上。钢结构为弹塑性结构体，桥式起重机大、小车在起动、制动时会产生动态效应。若钢结构厂房或起重机的刚度不足，则会产生振幅过大，衰减时间过长，对起重机械本身、厂房的寿命和安全生产产生不利的影响。本文介绍了对桥式起重机动态效应的研究现状，针对水平刚度研究不足的形状，分析水平刚度产生的原因和计算方法，给出了桥式起重机水平刚度(主要是沿小车运行方向)的参考控制值，给出了桥式起重机水平刚度超出参考控制值时安装基础的整改办法，为检验检测提供借鉴。
2桥式起重机动态效应
桥式起重机的动态效应是当起重机在起升、制动、运行或受到外力作用时产生的动力效应。在起重机设计标准和国内主要教材中均通过使用动载系数，将动态问题转化为静态力学加以解决，建立桥式起重机模型，通过有限元分析对桥式起重机的动态特性进行分析，多为对垂直静刚度和动刚度的研究，对水平刚度的研究则较少。根据起重机自身部件受力特点和起重机操作人员感受，起重机械的水平刚度的危害性要大于垂直刚度。但在研究起重机械的水平刚度时，只考虑沿大车方向上的水平刚度，未考虑小车方向上的水平刚度，也未考虑桥式起重机的安装基础对水平刚度的影响。
桥式起重机静刚度主要通过下挠f来控制，GB/T3811—2008《起重机设计规范》推荐桥式起重机静态刚度f与起重机跨度S的关系为:对没有调速控制系统或用低速起升也能达到要求、就位精度较低的起重机，挠度要求不大于S/500；对采用简单的调速控制系统就能达到要求、就位精度中等的起重机，挠度要求不大于S/750；对需采用较完善的调速控制系统才能达到要求、就位精度要求高的起重机，挠度要求不大于S/1000。桥式起重机动刚度分为垂直动刚度和水平动刚度。垂直动刚度以满载小车位于跨中，物品处于最低悬挂位置时在垂直方向的自振频率，可按等效单自由度振动系统的简化式(1)计算，对于桥式起重机，小车位于跨中满载自振频率取1.4～2Hz。
3桥式起重机水平刚度分析与控制参考值
桥式起重机水平刚度取决于桥式起重机自身金属结构和安装基础。桥式起重机金属结构，在沿小车方向上的水平刚度一般能满足要求。承轨梁的设计控制值为强度与整体稳定性，刚度方面只考虑垂直刚度，水平刚度一般使用水平制动梁或制动桁架来保证，无计算公式可以参考。现今工业厂房越来越多的使用钢结构，桥式起重机安装基础变为弹性结构。使用单位和施工单位为降低成本，不安装水平制动梁。小车起制动(或连续点动)承轨梁受到压力和水平力，产生较大振幅，衰减时间过长。由于承轨梁的刚度不足而影响到桥式起重机的水平刚度，影响了起重机本身性能和使用安全，严重时可能产生整体失稳。为避免桥式起重机安装基础的问题对起重机产生不利的影响，应依据水平刚度对桥式起重机的影响而设置控制值。一般承轨梁与安装基础为铰接，受力模型可简化为简支梁，分别用式核强度、整体稳定性验证和垂直刚度。若承轨梁为轧制型钢梁，局部稳定性已有保证不必校核。对于水平刚度现暂无公式可以进行参考计算。
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使用单位和施工单位为追求效率，通常承轨梁与支撑柱进行刚接，模型变为连续梁，其比简支梁用料经济，安装方便高效，但其受柱的不均匀沉降影响明显。而且，计算模型由简支梁转化为连续梁，设计时仍要校核强度、整体稳定性和垂直刚度，水平刚度未有考虑。另外，还存在安装基础为钢结构，承轨梁与支撑柱刚接，计算模型转变为门式刚架来计算。门式刚架的承载能力极限状态，包括构件的截面强度和刚架的整体在计算平面内外的稳定性，对于其稳定性现行设计规范将其转化为计算构件的平面内外整体稳定性来考虑。对于刚度只考虑梁的垂直挠度，水平位移未考虑，或只考虑刚架在风载荷下的水平位移。在桥式起重机基础安装过程中，由于安装主体支撑由钢筋混凝变为钢结构，连接部分由铰接变为刚接，使用单位与施工单位追求效率和降低成本，省去水平制动梁，设计时计算模型的变化以及对水平刚度考虑不足，导致出现了非桥式起重机金属结构本体原因而引起的不安全因素。
4梁腹板的优化设计
优化设计的桥架结构主要包括单主梁桥架、空腹桥架以及波形腹板，其中波形腹板是桥梁起重机箱形梁中平直腹板优化设计的结果，通过设定波形腹板的波形变化规律，来扩大腹板的承载面积。桥式起重机箱形梁腹板所承受的压力来自两个方面，首先是平面压力，也是主要的压力，其次为弯矩荷载作用。而在受力面积相同的条件下，平直腹板同波形腹板相比受压能力较差。虽然随着箱形梁平直腹板转变为波形腹板，腹板竖直方向上的稳定性有所提高，腹板的自身重量也相对减少，但是腹板水平刚度同波形腹板之间的抗扭刚度也会因此而减小，导致该部位成为薄弱的环节，影响到桥式起重机的性能，故而，必须对箱形梁的腹板进行优化配置，在减轻箱形梁自身重量的同时提高起重机性，现就对以下几种配置方案进行研究。
（1）一个波形腹板和一个平直腹板。在水平方向上，波形腹板的刚度小于平直腹板，在垂直方向上，波形腹板的刚度大于平直腹板，此种设计方案同时考虑到了平直腹板和波形腹板的优点和缺点，应用折中的设计思路，使得二者在垂直方向和水平方向的刚度到达更好的状态，是比较理想优化设计方案，可应用于实际操作中。
（2）两个波形腹板通向配置。采用两个波形腹板通向配置的方案时，由于两个腹板之间有相位差，使得该方案的缺点较大。在此方案中，两个波形腹板的水平刚度与抗扭刚度均不是理想状态，这就导致在大车运行过程中，桥式起重机的水平方向上的冲击力过大而且箱形梁主梁的水平刚度减小，造成主梁产生较大的形变，严重影响到桥式起重机的性能，甚至引发安全事故。故而此种方案在桥式起重机的设计和实际应用中是不允许的，不符合实际应用的要求。
（3）两种波形腹板反向配置。两个波形腹板的反向配置会导致两个腹板之间距离的不断改变，从而导致腹板水平方向上的刚度均匀性受到影响，影响整个箱形梁的稳定性，故而，该方案的也不建议在实际作业中应用。由以上三种腹板配置方案可以看出，波形腹板虽然受压能力大于平直腹板，但是仅采用两个波形腹板，不管是通向配置还是反向配置都是不可取的，只有将一个平直腹板和一个波形腹板结合使用才能使垂直和水平刚度达到最好的状态，从而更好地应用于实际。
5结束语
根据文中所述桥式起重机动态刚度的研究现状，分析了桥式起重机水平刚度出现不足的原因，如计算模型本身对实际现场有误差、施工单位和使用单位为追求效率改变计算模型的连接方式和未安装水平制动梁、以及设计控制值缺陷等。
参考文献
[1]李婷婷.桥式起重机桥架结构静动态分析及多目标优化[D].中北大学，2016.
[2]陈跃双.桁架式专用桥式起重机主梁设计及动力学分析[D].大连理工大学，2016.
[3]郎荣臻.通用桥式起重机结构CAD/CAE分析设计系统研究[D].太原科技大学，2016.
论文作者:龙占涛,付喜民
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/9/10
标签：刚度论文; 腹板论文; 水平论文; 桥式起重机论文; 波形论文; 起重机论文; 基础论文; 《基层建设》2018年第21期论文;