一种钢吊车梁疲劳破坏的预警方法及装置

摘要

本发明提供了一种钢吊车梁疲劳破坏的预警方法及装置。其中的方法包括：在具有第一尺寸的钢板上形成具有第二尺寸的圆孔和具有第三尺寸的疲劳裂纹；将所述钢板固定在吊车梁的下翼缘的预设位置；在固定所述钢板时，对所述钢板施加预设大小的纵向预拉力；设置裂缝监测设备，并通过所述裂缝监测设备对所述钢板上的疲劳裂纹进行实时监测；当所述钢板上的疲劳裂纹的长度大于或等于预设的长度阈值时，发出报警信息。应用本发明可以对吊车梁发生疲劳破坏进行提前预警。

说明书

技术领域

本申请涉及钢结构疲劳技术领域，尤其涉及一种钢吊车梁疲劳破坏的预警方法及装置。

背景技术

目前，吊车梁系统已经被广泛地应用于各行各业，服务于生产一线，是工业生产的“生命线”。已投入使用的吊车梁系统的数量庞大，仅国内钢铁行业在役的吊车梁系统的数量就达30万根。

在实际应用过程中，在吊车运行往复荷载作用下，吊车梁结构的疲劳破坏常有发生。据统计，工业建筑钢结构疲劳破坏的90％以上发生在重级工作制的吊车梁系统及其影响区；我国80％以上的重级工作制钢吊车梁系统在使用10-15年之后将会出现疲劳开裂甚至于断裂，大多情况下都小于设计使用年限。吊车梁疲劳破坏属于脆性破坏，具有突发性，通常是毫无预警的破坏；同时具有普遍性，是工业建筑钢结构疲劳破坏的高发群体。吊车梁一旦发生破坏，会造成重大安全生产事故、人员伤害、停产，遭受巨大经济损失。但是，在现有技术中，吊车梁疲劳裂纹在前期难以发现，对吊车梁的安全管理是一种被动的方式，因此急需一种预警装置对吊车梁发生疲劳破坏提前预警，使得对吊车梁的管理方式由被动牵引到主动控制，预防事故发生。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种钢吊车梁疲劳破坏的预警方法及装置，从而可以对吊车梁发生疲劳破坏进行提前预警。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种钢吊车梁疲劳破坏的预警方法，该方法包括：

在具有第一尺寸的钢板上形成具有第二尺寸的圆孔和具有第三尺寸的疲劳裂纹；

将所述钢板固定在吊车梁的下翼缘的预设位置；

在固定所述钢板时，对所述钢板施加预设大小的纵向预拉力；

设置裂缝监测设备，并通过所述裂缝监测设备对所述钢板上的疲劳裂纹进行实时监测；

当所述钢板上的疲劳裂纹的长度大于或等于预设的长度阈值时，发出报警信息。

较佳的，所述在具有第一尺寸的钢板上形成具有第二尺寸的圆孔和具有第三尺寸的疲劳裂纹包括：

在预先准备的具有第一尺寸的钢板上形成具有第二尺寸的圆孔；

在所述圆孔的两侧分别形成一条具有第四尺寸的细纹；

使用疲劳试验机对所述钢板进行疲劳加载试验，直至在所述钢板上的细纹的尾部，出现具有第三尺寸的疲劳裂纹，停止疲劳加载试验。

较佳的，所述吊车梁的下翼缘的预设位置为吊车梁的下翼缘跨中。

较佳的，使用卡具或螺栓将所述钢板固定在吊车梁的下翼缘的预设位置。

较佳的，所述裂缝监测设备为图像采集装置。

较佳的，所述裂缝监测设备包括：

一个或多个裂缝位移传感器；

所述裂缝位移传感器分别设置在预先设定的位置，用于确定其所在的位置的疲劳裂纹的情况。

较佳的，所述一个或多个裂缝位移传感器设置在疲劳裂纹的延伸方向的不同位置。

较佳的，所述第一尺寸为：长度为500mm，宽度为200mm，厚度为8mm；

所述第二尺寸为：直径为5mm；

所述第三尺寸为：长度为1mm；

所述第四尺寸为：长度为10mm，宽度为1mm。

本发明还提供了一种钢吊车梁疲劳破坏的预警装置，该装置包括：钢板21、固定件和裂缝监测设备23；

所述钢板，用于通过所述固定件固定在待测吊车梁的下翼缘的预设位置；述钢板上设置有具有第二尺寸的圆孔、具有第四尺寸的细纹和具有第三尺寸的疲劳裂纹；所述细纹位于所述圆孔两侧，所述疲劳裂纹位于所述细纹的尾部；

所述裂缝监测设备，用于对所述钢板上的疲劳裂纹进行实时监测，并当所述钢板上的疲劳裂纹的长度大于或等于预设的长度阈值时，发出报警信息。

较佳的，所述固定件为卡具或螺栓。

如上可见，在本发明中的钢吊车梁疲劳破坏的预警方法及装置中，由于预先在钢板上形成圆孔和相应的疲劳裂纹，并将该钢板固定在吊车梁的下翼缘的预设位置，并通过所述裂缝监测设备对所述钢板上的疲劳裂纹进行实时监测，且当所述钢板上的疲劳裂纹的长度大于或等于预设的长度阈值时，发出报警信息，因而可以在吊车梁中可能产生疲劳裂纹的时候，及时地发送相应的报警信息，以提醒相关的工作人员，从而对吊车梁发生疲劳破坏进行提前预警，防止吊车梁突然出现疲劳破坏，因而可以有效地控制钢吊车梁的安全，防止事故的发生。

附图说明

图1为本发明实施例中的钢吊车梁疲劳破坏的预警方法的流程示意图。

图2为本发明实施例中的钢吊车梁疲劳破坏的预警装置的结构示意图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为图2的B-B剖视图。

图5为本发明实施例中的钢吊车梁疲劳破坏的预警装置的安装示意图。

图6为本发明实施例中的钢板的示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例中的钢吊车梁疲劳破坏的预警方法的流程示意图。

如图1所示，本发明实施例中的钢吊车梁疲劳破坏的预警方法包括如下所述步骤：

步骤11，在具有第一尺寸的钢板上形成具有第二尺寸的圆孔和具有第三尺寸的疲劳裂纹。

在本步骤中，需要先准备一块钢板，并在该钢板上形成相应的疲劳裂纹。

另外，在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来实现上述的步骤11。以下将以其中的一种具体实现方式为例，对本发明的技术方案进行详细的介绍。

例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述步骤11可以包括如下的步骤：

步骤111，在预先准备的具有第一尺寸的钢板上形成具有第二尺寸的圆孔。

例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，可以先准备一块钢板，然后使用激光在所述钢板上打孔，从而形成所需的圆孔。

另外，在本发明的技术方案中，可以根据实际应用情况的需要，预先设置上述第一尺寸和第二尺寸的取值。

例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述第一尺寸为：长度为500毫米(mm)，宽度为200mm，厚度为8mm；所述第二尺寸为：直径为5mm。当然，在实际应用情况中，上述第一尺寸和第二尺寸也可以是其它比较合适的取值，在此不再赘述。

步骤112，在所述圆孔的两侧分别形成一条具有第四尺寸的细纹。

在形成上述圆孔之后，还将在该圆孔的两侧分别形成一条细纹，以便于在后续的疲劳加载试验过程中在该细纹处形成所需的疲劳裂纹，以达到在预先设定的位置处出现相应的疲劳裂纹的目的。

例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，可以在所述圆孔的两侧分别切割出一条具有第四尺寸的细纹，如图6所示。

另外，在本发明的技术方案中，可以根据实际应用情况的需要，预先设置上述第四尺寸的取值。

例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述第四尺寸为：长度为10毫米(mm)，宽度为1毫米(mm)。当然，在实际应用情况中，上述第四尺寸也可以是其它比较合适的取值，在此不再赘述。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述细纹的延伸方向可以垂直于所述钢板的长度方向，从而可以在后续过程中，使得所产生的疲劳裂纹的延伸方向垂直于所述钢板所受应力的方向。

步骤113，使用疲劳试验机对所述钢板进行疲劳加载试验，直至在所述钢板上的细纹的尾部，出现具有第三尺寸的疲劳裂纹，停止疲劳加载试验。

在本步骤中，可以将所述钢板安装在疲劳试验机上，并通过疲劳试验机进行疲劳加载试验。由于在上述步骤112中，在圆孔的两侧分别形成了一条细纹，因此在上述的疲劳加载试验进行一段时间之后，将会在两条细纹的尾部分别产生疲劳裂纹。所以，当细纹的尾部所产生的疲劳裂纹具有预设的第三尺寸时，停止上述疲劳加载试验，从而形成了具有疲劳裂纹的钢板。

另外，在本发明的技术方案中，可以根据实际应用情况的需要，预先设置上述第三尺寸的取值。

例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述第三尺寸为：长度为1毫米(mm)。当然，在实际应用情况中，上述第三尺寸也可以是其它比较合适的取值，以便于在后续过程中对该疲劳裂纹进行观察和/或检测，在此不再赘述。

由此可知，通过上述的步骤111～113，可以在上述预先准备的钢板上形成具有预设尺寸的圆孔和疲劳裂纹。

步骤12，将所述钢板固定在吊车梁的下翼缘的预设位置。

在预设钢板上形成具有预设尺寸的圆孔和疲劳裂纹之后，即可将该钢板固定在吊车梁的下翼缘的预设位置。

在本发明的技术方案中，可以根据实际应用情况的需要，预先设置上述预设位置的具体位置。

例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述预设位置为：吊车梁的下翼缘跨中，如图5所示。由于在一般情况下，吊车梁的下翼缘跨中的应力水平最高，是最容易出现疲劳裂缝的潜在位置，因此可以将上述钢板固定在吊车梁的下翼缘跨中的位置。

另外，在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来固定上述的钢板。以下将以其中的一种具体实现方式为例，对本发明的技术方案进行详细的介绍。

例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，可以使用卡具或螺栓将所述钢板固定在吊车梁的下翼缘的预设位置。当然，还可以使用其它合适的方式来固定上述的钢板，在此不再一一赘述。

步骤13，在固定所述钢板时，对所述钢板施加预设大小的纵向预拉力。

在步骤中，为了保证上述钢板可以与其所在的吊车梁协同工作，可以在固定所述钢板时，对所述钢板施加预设大小的纵向预拉力。

另外，在本发明的技术方案中，可以根据实际应用情况的需要(例如，实际工程的吊车梁受力情况)，预先设置上述纵向预拉力的取值，在此不再赘述。

步骤14，设置裂缝监测设备，并通过所述裂缝监测设备对所述钢板上的疲劳裂纹进行实时监测。

在安装好上述钢板之后，即可设置相应的裂缝监测设备，从而可以通过裂缝监测设备对所述钢板上的疲劳裂纹进行实时地监测。

另外，在本发明的技术方案中，可以使用多种监测设备来实现对所述钢板上的疲劳裂纹进行实时监测。

例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述裂缝监测设备可以是图像采集装置(例如，照相机、摄像头等设备)。通过上述的图像采集装置即可及时获取所述钢板上的疲劳裂纹的图像信息，并可根据所获取的图像信息来获取疲劳裂纹的相关信息(例如，疲劳裂纹的长度信息等)。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述裂缝监测设备可以直接设置在所述钢板上，也可以不直接设置在所述钢板上，而设置在与所述钢板保持相对静止的其它物体上。

再例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述裂缝监测设备可以包括：一个或多个裂缝位移传感器；所述裂缝位移传感器分别设置在预先设定的位置，用于确定其所在的位置的疲劳裂纹的情况。

例如，可以在疲劳裂纹的延伸方向的不同位置预先设置一个或多个裂缝位移传感器。而对于每个裂缝位移传感器，可以通过检测其所在位置的两个基准点之间的电压变化来确定其所在的位置的疲劳裂纹的情况。例如，当某一位置的裂缝位移传感器检测到疲劳裂纹时，即可获知该疲劳裂纹已经延伸到该裂缝位移传感器所在的位置，从而可以实时获取该疲劳裂纹的延伸情况。

步骤15，当所述钢板上的疲劳裂纹的长度大于或等于预设的长度阈值时，发出报警信息。

由于在步骤14中使用了裂缝监测设备对所述钢板上的疲劳裂纹进行实时的监测，因此，当裂缝监测设备监测到钢板上的疲劳裂纹的长度开始增长，并且该疲劳裂纹的长度大于或等于预设的长度阈值时，说明该钢板所在的吊车梁中也有可能会产生相应的疲劳裂纹，因而有可能出现疲劳破坏。所以，此时可以发送相应的报警信息，以提醒相关的工作人员，从而对吊车梁发生疲劳破坏进行提前预警。

另外，在本发明的技术方案中，可以根据实际应用情况的需要(例如，工程吊车梁的具体构造、吊车吨位、生产频率以及通过疲劳加载试验确定的疲劳裂纹速度等)，预先设置上述长度阈值的取值，因此在此不再赘述。

由上可知，通过上述的步骤11～15，在吊车梁的下翼缘安装上述的具有疲劳裂纹的钢板之后，该钢板将与吊车梁本体同时受力，因此，钢板上的疲劳裂纹将在吊车的循环荷载作用下继续扩展。而且，该疲劳裂纹的扩展长度与应力循环次数具有相关性，因而可以反映吊车梁所承受的应力循环次数。而当上述疲劳裂纹扩展到一定长度时，则预示着该吊车梁将有发生疲劳破坏的风险，此时可以发出报警信息，对吊车梁发生疲劳破坏进行提前预警，然后可以在后续过程中对该吊车梁进行疲劳性能评估，以避免吊车梁突然出现疲劳破坏，因而可以有效地控制钢吊车梁的安全，防止事故的发生。

另外，根据本发明提供的上述方法，本发明的技术方案中还提供了相应的钢吊车梁疲劳破坏的预警装置，具体请参见图2。

图2是本发明实施例中的钢吊车梁疲劳破坏的预警装置的结构示意图。

如图2所示，该钢吊车梁疲劳破坏的预警装置包括：钢板21、固定件22和裂缝监测设备23；

所述钢板，用于通过所述固定件固定在待测吊车梁20的下翼缘的预设位置；所述钢板上设置有具有第二尺寸的圆孔24和具有第三尺寸的疲劳裂纹25；

所述裂缝监测设备，用于对所述钢板上的疲劳裂纹进行实时监测，并当所述钢板上的疲劳裂纹的长度大于或等于预设的长度阈值时，发出报警信息。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述固定件为卡具或螺栓。

综上所述，在本发明的技术方案中，由于预先在钢板上形成圆孔和相应的疲劳裂纹，并将该钢板固定在吊车梁的下翼缘的预设位置，并通过所述裂缝监测设备对所述钢板上的疲劳裂纹进行实时监测，且当所述钢板上的疲劳裂纹的长度大于或等于预设的长度阈值时，发出报警信息，因而可以在吊车梁中可能产生疲劳裂纹的时候，及时地发送相应的报警信息，以提醒相关的工作人员，从而对吊车梁发生疲劳破坏进行提前预警，防止吊车梁突然出现疲劳破坏，因而可以有效地控制钢吊车梁的安全，防止事故的发生。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。