某厂房吊车“啃轨”整改后检测及原因分析

姜 巍

（1.安徽省建筑工程质量监督检测站，安徽合肥230088；2.安徽省水利部淮委水利科学研究院，安徽合肥230088）

0 引 言

桥式吊车作为现代工业生产和起重运输中重要工具和设备，被广泛地运用到室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处，但在长期的使用过程中，由于各种不利因素造成吊车“啃轨”、牛腿弹簧板焊缝断裂等异常情况的发生。这些问题不仅降低了生产效率，也对吊车运行造成了安全隐患。针对以上异常问题，本文结合工程实例，主要检测与吊车系统相关联的构件和部位，通过计算分析得出造成吊车“啃轨”、构件及部件损坏的原因，并对确保后期吊车的良好运行提出建议。

1 工程概况

某厂房在建成后吊车使用过程中，发现B～C跨行车“啃轨”严重，经调查发现该桥式吊车（原有吊车跨度为22.3m，后改装为22.5m使用）角部四个车轮的安装位置不是矩形的四角，“啃轨”导致轨道削弱、变形，出现轨道压块滑移，虽临时采用加焊小挡块强制固定，但仍出现B～C跨个别吊车梁与柱身连接板螺栓松动掉落、吊车梁螺栓松动、部分吊车梁与牛腿连接弹簧板拉裂、牛腿扭曲等异常现象，如图1、图2所示。根据此类状况，有关单位提出方案进行整改，具体整改情况：①采用L50×5角钢间断焊于钢柱翼缘板自由边上进行加固，加固柱列编号B-1、B-3、B-4、B-5、B-9、B-11、B-13、B-14、B-15、C-5，C-9、C-14、C-16。②增加支承加劲肋加固牛腿，加固牛腿编号B-3、B-13、C-9、C-12。③对吊车梁与牛腿连接弹簧板拉裂焊缝进行重焊；相邻两吊车梁接头部位的间隙用钢板塞紧。④B～C跨所有吊车梁与刚架柱间增加L50×5mm隅撑。⑤B～C轴的所有轨道进行更换。

图1 牛腿弹簧板拉裂

图2 柱身扭曲

2 整改后检测情况

2.1 刚架柱

对B～C跨10根钢柱侧向水平位移（平面内、平面外）进行检测，倾斜值在10.0～25.0mm，达到GB50144－2008《工业建筑可靠性鉴定标准》［1］第7.3.9条规定的C级严重情况要求，影响吊车运行；同时B～C跨柱列扭曲较严重，C轴扭曲方向为16轴→1轴，B轴扭曲方向为1轴→16轴，呈相反态势。

2.2 吊车梁现有安装质量

15处同跨间同一横截面吊车梁顶面高差范围值为1.0～20.0mm，其中9处超出允许偏差（≤10.0mm）；29处同列相邻两柱间吊车梁顶面高差范围值为1.0～48.0mm，其中11处超出允许范围（≤10.0mm）；27处相邻两吊车梁接头部位高差范围值为0.0～22.0mm，其中18处超出允许范围（≤1.0mm）；15处同跨间吊车梁中心跨距基本满足规范要求；15处吊车梁跨中垂直度为3.0～10.0mm全部超出允许范围（≤1.5mm）；32处吊车梁支座中心与牛腿承压加劲肋中心偏差范围值为7.0～40.0mm，全部超出规范要求。

2.3 吊车初始状态

1）车轮同位差。依据GB50278－2010《起重设备安装工程施工及验收规范》［2］，桥式吊车B轴端梁下车轮同位差满足要求；桥式吊车C轴端梁下车轮同位差不满足要求。

2）轨道中心对吊车梁腹板轴线的偏移。15处轨道中心对吊车梁腹板轴线的偏移范围为7.75～19.75mm，均超出允许偏差（≤4.0mm）。

3）轨道跨度偏差。15处轨道跨度偏差范围为-9.0～+11.0mm，其中6处超出允许范围（±6.125mm）。

4）吊车跨度相对差。吊车跨度的相对差｜S1-S2｜=｜22.510-22.501｜=0.009m=9mm＞5mm，不满足规范要求。

5）牛腿与吊车梁、轨道与吊车梁连接状况。通过整改，弹簧板拉裂位置均进行了重新焊接；弹簧板与吊车梁连接螺栓进行了更换；个别吊车梁与牛腿接触面通过加塞钢板已调整其顶面标高；对吊车梁间间隙大的位置加塞钢板；部分吊车梁与上柱连接板进行了调整，螺栓进行了更换或固位，并在连接板两侧增加了L50×5mm隅撑。

轨道与吊车梁通过压块组成整体，压块通过螺栓固定在吊车梁顶面上，外侧焊有小挡块限位。

综上，牛腿与吊车梁、轨道与吊车梁连接基本可靠。

6）吊车梁和牛腿在负荷状态下相对高程检测。通过吊车负荷运行，在吊车梁和牛腿上分别设立观测点，并选定厂房外不动点作为基准点，利用TS30型全站仪重点观测变形较大的柱列（C9～C12、B9～B12）。分别在2t、5t、8t、10t试验下采集观测点相对高程数据。通过对检测数据进行整理、比较，分别如图3～18所示。

从图4、图6、图8、图10、图12、图14、图16、图18可以看出，在不同状态下，同一牛腿上的吊车梁端部的变形趋势基本一致。

图3 C9 牛腿不同状态相对高程变化图

图4 C9 吊车梁不同状态相对高程变化图

图5 C10 牛腿不同状态相对高程变化图

图6 C10 吊车梁不同状态相对高程变化图

分别比较图3与图4、图5与图6、图7与图8、图9与图10、图11与图12、图13与图14、图15与图16、图17与图18，可以看出牛腿顶面与其上相应的吊车梁顶面变形趋势基本一致，说明牛腿和吊车梁的变形变位是协同的。

图7 C11 牛腿不同状态相对高程变化图

图8 C11 吊车梁不同状态相对高程变化图

图9 C12 牛腿不同状态相对高程变化图

图10 C12 吊车梁不同状态相对高程变化图

图11 B9 牛腿不同状态相对高程变化图

图12 B9 吊车梁不同状态相对高程变化图

图13 B10 牛腿不同状态相对高程变化图

图14 B10 吊车梁不同状态相对高程变化图

图15 B11 牛腿不同状态相对高程变化图

图16 B11 吊车梁不同状态相对高程变化图

图17 B12 牛腿不同状态相对高程变化图

图18 B12 吊车梁不同状态相对高程变化图

比较图3～图18，可以看出整体变形趋势基本相同，为“W”型。观测点的相对高程不是一直下降，也不是一直上升，说明结构体系的变形变位在一个范围内波动，而在不同的状态下，相对高程较之中位值的波动较小，其弹性状态是可信的。这种波动与气温、观测误差等因素有关。

3 事故原因分析

3.1 啃轨原因分析

一般对于桥式吊车，“啃轨”产生的原因主要有［3］：两个主动轮直径相差过大；车轮偏斜；装配松紧程度不一致；电机不同步；制动器调整的松紧度不同；传动机构的齿轮间隙不同；不合理的操作；轨道水平弯曲太大；车轮装错方向；轨道安装技术参数超差等等。

本厂房在整改中对桥式吊车进行了以下处理：①对吊车跨度进行调整；②增加变频设备，使吊车运行速度减慢；③轮距加大。同时，对轨道进行了调直。通过对吊车跨度的调整修正了车轮偏斜；减慢吊车运行速度相应减小了制动惯性力；加大轮距减小了吊车轮压。

通过处理措施，桥式吊车基本消除了啃轨现象（除个别位置由于轨道接头错位较大导致啃轨），由此可见，吊车啃轨主要原因是：车轮偏斜和轨道的偏差。

3.2 弹簧板拉裂和钢柱扭曲分析

牛腿与吊车梁连接之弹簧板拉裂，此种现象应为水平荷载引起。在外加荷载中，吊车制动力、“啃轨”引起的滑动摩擦力（纵向水平荷载）为主要水平荷载。吊车纵向水平荷载为设计荷载，依据GB50009－2012《建筑结构荷载规范》［4］第6.1.2条：“吊车纵向水平荷载标准值，应按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的10%采用；该项荷载的作用点位于刹车轮与轨道的接触点，其方向与轨道方向一致”。而“啃轨”现象，导致主动轮和从动轮在行驶和制动中均与轨道间产生滑动摩擦力，大大增加了实际纵向水平荷载的作用。

依据提供的吊车相关技术参数，可知10t桥式吊车整改前最大轮压为130kN。

中跨吊车纵向水平荷载标准值：

Hl=Pmax×10%=130×10%=13kN

式中：Pmax为起重机最大轮压标准值，kN。

考虑两台吊车组合：

式中：βc为 2 台吊车的荷载折减系数，取 0.9；Hl为吊车纵向水平荷载标准值，kN。

通过计算，吊车梁竖向挠跨比L/f＝1/1092，在最大竖向变形下，吊车梁端部转角为0.1°，计算吊车梁与牛腿间弹簧板焊缝承受水平荷载时可以假定为轴向受力。同时，由于该弹簧板为现场安装，安装顺序位于钢柱、吊车梁之后，安装配合偏差对该处焊缝不会产生装配应力。

因此，依据GB50017－2017《钢结构设计标准》［5］第11.2.2条，在设计条件下，取荷载分项系数1.4，动力系数1.05，则焊缝正应力：

式中：N 为轴心力，N；he为直角角焊缝的计算厚度，mm；lw为角焊缝的计算长度，mm；Bf为正面角焊缝的强度设计值增大系数，对直接承受动力荷载的结构，Bf=10；ffw为角焊缝的强度设计值，N/mm2。

焊缝破坏的最小水平荷载计算：

式中：he为直角角焊缝的计算厚度，mm；lw为角焊缝的计算长度，mm；Bf为正面角焊缝的强度设计值增大系数，对直接承受动力荷载的结构，Bf=10；ffw为角焊缝的强度设计值，N/mm2。

经比较N1约为Nl，max的6.5倍，大大超过设计条件下的纵向水平荷载。

通过对牛腿顶面相对高程的观测，未发现基础有对上部结构产生影响的不均匀沉降。

“啃轨”导致主动轮和从动轮在行驶和制动中均与轨道间产生滑动摩擦力，大大增加了实际纵向水平荷载对吊车梁乃至结构体系的作用。大大增加的纵向水平荷载使得吊车梁与牛腿连接之弹簧板承受过大的拉应力，弹簧板在过大的拉应力作用下出现裂纹。同时，该水平荷载为往复荷载，在往复荷载作用下，裂纹扩展，使得焊缝拉裂。对于刚架体系而言，过大的纵向水平荷载导致牛腿承受过大的扭矩，从而使钢柱扭曲。

随着吊车的来回运行，在反复水平荷载作用下，拉裂弹簧板焊缝，使得吊车梁与主体钢构间的联系仅靠上柱连接板维系，增大了吊车梁的可活动性。同时，个别吊车梁端部间隙较大，在反复水平荷载作用下，使得端部两吊车梁的连接螺栓松动。

4 结论与建议

通过对现场检测数据统计整理和计算分析，初步判断事故产生原因是由于车轮偏斜和轨道偏差过大引起吊车啃轨造成。啃轨导致吊车在运行和制动过程中产生过大的纵向水平荷载，引起吊车梁与牛腿连接之弹簧板焊缝拉裂，钢柱扭曲等不良情况。

通过现场检测，厂房部分构件已经发生超出相应规范的不可恢复变形，部分构件偏差超出规范相应允许范围。同时，吊车运行检测局限于特定检测时间段，而吊车荷载为动荷载，厂房结构体系长期承受吊车荷载作用，故提出以下建议：

1）中跨吊车降级使用（限载控制在8t范围内），避免吊车超负荷运行；

2）定期检查轨道螺栓和调整轨道、接头；同时检查吊车梁与牛腿、吊车梁与上柱连接部位螺栓是否产生松动滑移，焊缝是否出现裂纹，如有异常情况及时停止吊车运行并采取措施。