焊接钢吊车梁加固前后的疲劳性能研究

摘要

随着大规模工业建筑的发展，工业厂房不断老化，一些厂房中重级和特重级钢吊车梁在吊车的重复荷载下会出现不同程度的疲劳损伤，关于吊车梁上部区域的疲劳破坏机理，国内外学者做了大量探讨和研究，至今没有得到满意的成果。由于疲劳破坏没有明显的宏观变形和征兆，往往造成突发性灾难事故，引起巨大的经济损失和人员伤亡。因此，本文提出一种加固方案，并对加固前后的吊车梁进行了疲劳试验，分析吊车梁疲劳损伤机理、裂缝开展影响因素及加固方案的可行性。
　　本文首先对吊车梁用角钢、高强螺栓对上翼缘和腹板进行加固，然后对加固前和加固后的钢吊车梁裂缝尖端以及角钢上的主应力大小、方向进行对比分析，结果表明：加固前，偏心侧面外主剪应力是面内主剪应力的2倍左右，因此，裂缝形式以撕开型（Ⅲ型）裂缝为主；在偏心外侧，前100万次，裂缝尖端应力以主拉应力为主，主拉应力方向几乎垂直裂缝扩展方向，因此，裂缝形式以张开型（Ⅰ型）裂缝为主；100万次以后，应力以主压应力为主，面内主剪应力大于面外主剪应力，且方向大致与裂缝扩展方向平行，因此，裂缝形式以滑开型（Ⅱ型）为主。加固后，腹板两侧裂缝尖端均未出现对裂缝扩展有利的主拉应力，应力均以主压应力为主，且比加固前小很多。加固后，上翼缘与腹板的整体刚度大大增加，偏心侧主压应力只比偏心外侧主压应力增大2％—25%，偏心的影响大大降低，上翼缘偏心侧的扭转变形大大减小，应力幅大大减小，说明此加固方案是有效可行的。
　　《建筑结构设计统一标准》给出了基于可靠性理论的极限状态设计法，而对疲劳极限状态设计仍采用允许应力法。因此，制定疲劳荷载与结构抗力的S-N曲线，得出在疲劳状态下结构的目标可靠指标以及基于可靠性理论的疲劳设计表达式已成为今后研究的主要内容。本文参考文献[19]对以往吊车梁疲劳试验资料的统计分析，对钢结构规范中8类连接和构造形式的疲劳可靠度进行校准，并给出疲劳目标可靠指标的建议值。最后通过公式得出吊车梁的剩余疲劳寿命。

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1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 疲劳研究的重要性及研究发展现状

1.3 课题的提出和本文的研究内容

1.4 课题的创新点及技术路线

2 钢吊车梁疲劳裂缝及其原因分析

2.1 钢吊车梁的破损原因分析与研究

2.2 焊接钢吊车梁疲劳裂纹形式及原因分析

3 在役钢吊车梁疲劳性能的试验研究

3.1 钢吊车梁的概况

3.2 疲劳试验加载方案和程序

3.3 试验现象及结果分析

3.4 本章小结

4 钢吊车梁疲劳可靠性的分析与评估

4.1 结构可靠性和可靠度

4.2结构的功能函数和极限状态方程

4.3 结构疲劳可靠度计算方法及可靠度校准

4.4 基于S-N曲线的疲劳寿命评估方法

4.5 钢吊车梁剩余疲劳寿命评估

4.6 本章小结

结论与展望

参考文献

在学研究成果

致谢