輪壓不等吊車梁計(jì)算方法研究及程序編制

肖萬松 XIAO Wan-song；凃智敏 TU Zhi-min

（中冶南方工程技術(shù)有限公司，武漢430223）

0 引言

吊車在冶金行業(yè)中被大量使用，目前吊車梁計(jì)算的主要工具為STS中的“吊車梁計(jì)算和施工圖”模塊，該模塊能計(jì)算最大輪壓相等情況下的鋼吊車梁。但在實(shí)際工程中，廠家提供的同臺(tái)吊車輪壓值相差較大，有的甚至超過50%。碰到此類情況，一般可采用下列兩種方法計(jì)算：第一種為簡化計(jì)算方法，即按最大的一個(gè)輪壓值輸入STS中進(jìn)行計(jì)算，這樣便得到一個(gè)保守的結(jié)果，必將導(dǎo)致吊車梁耗鋼量增大；第二種方法為手工計(jì)算方法，此種方法要求設(shè)計(jì)人員熟讀規(guī)范，首先求解吊車梁的內(nèi)力，然后按規(guī)范的要求對(duì)輸入的梁截面進(jìn)行驗(yàn)算。手工計(jì)算方法準(zhǔn)確，但因?yàn)橛?jì)算過程需要反復(fù)試算，效率較低。

1 軟件編寫

在電腦普及之前，吊車梁采用手工方法進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)過多年實(shí)踐，吊車梁計(jì)算的方法和內(nèi)容已被設(shè)計(jì)人員掌握。通過VB編寫可視化軟件，將上述整套計(jì)算過程標(biāo)準(zhǔn)化、程序化。用戶僅需輸入吊車數(shù)據(jù)和吊車梁截面參數(shù)，便可實(shí)現(xiàn)吊車梁的計(jì)算。本軟件可同時(shí)發(fā)揮手工計(jì)算準(zhǔn)確和電腦計(jì)算快捷兩大優(yōu)勢(shì)，提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。本軟件適用于任意輪壓分布的吊車梁計(jì)算，填補(bǔ)了STS等國內(nèi)其它軟件的空白；同時(shí)本軟件修正了STS內(nèi)力計(jì)算方法，提高了設(shè)計(jì)精度，滿足精細(xì)化設(shè)計(jì)的要求。該軟件實(shí)現(xiàn)了計(jì)算準(zhǔn)確性和效率的有效結(jié)合，必能得到廣泛應(yīng)用。

本文對(duì)輪壓不等吊車梁的計(jì)算步驟具體如下：①學(xué)習(xí)掌握吊車梁內(nèi)力計(jì)算方法；②學(xué)習(xí)掌握吊車梁截面驗(yàn)算內(nèi)容；③利用VB等計(jì)算機(jī)語言，編寫可視化的計(jì)算軟件實(shí)現(xiàn)前述兩步計(jì)算過程，并輸出完整計(jì)算數(shù)；④針對(duì)某實(shí)際工程，利用本軟件和STS軟件對(duì)比計(jì)算，并得出對(duì)比結(jié)果。

其中的關(guān)鍵點(diǎn)在于：技術(shù)難點(diǎn)是吊車梁內(nèi)力的求解。車輪是移動(dòng)荷載，需通過反復(fù)試算，在保證車輪沒有移出吊車梁范圍的情況下，求出梁的最大內(nèi)力；同時(shí)還需比較不同輪數(shù)下的最大內(nèi)力，取最不利情況來復(fù)核梁截面。

2 與其它軟件優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

STS軟件的局限性在于：①吊車最大輪壓必須相等；②吊車輪距必須沿中心對(duì)稱；③吊車材質(zhì)只能選擇Q235和Q345；④附加荷載只能輸入彎矩和剪力，而輸入值未必是計(jì)算點(diǎn)處的相應(yīng)值。如果遇到吊車廠家提供的輪壓分布不均勻情況，STS就無法進(jìn)行計(jì)算，如圖1所示。

圖1 吊車輪壓分布圖

此臺(tái)吊車最大一個(gè)輪壓值為590kN，最小一個(gè)輪壓值為470kN，輪壓值相差25.5%，此時(shí)就不能直接利用STS軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。同時(shí)，STS按吊車梁跨度和吊車梁材質(zhì)采用不同放大系數(shù)來考慮吊車梁自重、軌道等對(duì)最大彎矩的影響，如表1所示。

表1 吊車最大內(nèi)力求解放大系數(shù)表

此近似方法在吊車噸位較大時(shí)，計(jì)算不準(zhǔn)確，誤差較大。因此，STS等軟件在吊車輪壓不等情況下不適用。

針對(duì)STS計(jì)算軟件的上述缺陷，開發(fā)出專用軟件修正上述錯(cuò)誤，本操作主界面如圖2所示。

圖2 本軟件主操作界面

3 實(shí)例對(duì)比分析

現(xiàn)取圖1吊車資料進(jìn)行以下四次計(jì)算：第一次，按最大一個(gè)輪壓值代入STS中進(jìn)行計(jì)算；第二次，按最大一個(gè)輪壓值和第一次選擇的截面代入本軟件計(jì)算；第三次，按實(shí)際輪壓分布代入本軟件計(jì)算；第四次，按最大一個(gè)輪壓值代入本軟件計(jì)算。其中，在第一次、第三次和第四次計(jì)算過程中，通過調(diào)整梁截面尺寸使得吊車梁應(yīng)力、撓度等指標(biāo)相互接近，以便進(jìn)行耗鋼量比較。將以上四次計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行匯總，內(nèi)力結(jié)果見表2和表3。

表2 內(nèi)力計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

表3 強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算對(duì)比表

從上述表2、表3可以看出，計(jì)算1與計(jì)算2情況下荷載、梁截面完全相同，計(jì)算1為STS按放大系數(shù)法考慮吊車梁自重影響，計(jì)算2由軟件按梁截面計(jì)算自重對(duì)最大彎矩的影響。從結(jié)果來看，單臺(tái)吊車作用下的二者計(jì)算的最大彎矩標(biāo)準(zhǔn)值幾乎相等，但考慮吊車梁自重后最大彎矩設(shè)計(jì)值相差1.06倍，這就說明STS采用的放大系數(shù)法不精確。計(jì)算1、計(jì)算2及計(jì)算4均采用最大的一個(gè)輪壓值輸入STS或本軟件，從而導(dǎo)致跨中最大彎矩值比按實(shí)際輪壓分布輸入的計(jì)算3大1.08～1.15倍，這就說明如果按最大一個(gè)輪壓計(jì)算內(nèi)力，將會(huì)導(dǎo)致截面變大，不滿足精細(xì)化設(shè)計(jì)的要求。從表3可以看出，計(jì)算1、計(jì)算3及計(jì)算4處的強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算指標(biāo)在調(diào)整截面參數(shù)后比較接近，將此三種情況下的耗鋼量指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果詳表4。

表4 吊車梁耗鋼量比較表

通過表4可以看出，采用STS按最大輪壓計(jì)算的梁截面比采用本軟件按實(shí)際輪壓分布計(jì)算的吊車梁截面大10%。因此，本軟件對(duì)于吊車梁截面控制很有幫助。

4 小結(jié)及展望

本軟件密切聯(lián)系實(shí)際，研究輪壓不等吊車梁的計(jì)算理論和方法，并通過計(jì)算機(jī)語言轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)化軟件，以用來指導(dǎo)實(shí)際工程，從而大大提高設(shè)計(jì)效率。本軟件操作簡單，輸出結(jié)果清晰，可以幫助設(shè)計(jì)人員解決很多實(shí)際問題，而且本軟件計(jì)算結(jié)果更為精確。因此，本軟件具有良好的應(yīng)用前景，必能充分推廣。

[1]汪一駿等.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[2]趙熙元等.建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995.

[3]GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].