钢吊车梁直角式突变支座疲劳性能研究*

对比图6中区域一最大主应力与区域二最大主应力曲线可知，截面参数变化时，插入板与封板连接焊缝处的最大主应力变化规律与封板上方插入板与腹板连接焊缝处最大主应力基本相同。

直角式突变支座的截面形式演变主要经历了如下过程(图1)：从无封板(TYPE1)到直封板(TYPE2)，再到弯曲封板(TYPE3)。其中TYPE1截面高度突变处存在严重的应力集中，在重级、超重级工业厂房中已不再使用。对TYPE1进行改进，设计出TYPE2和TYPE3。文献[4]针对TYPE3开展了疲劳强度试验研究，提出其疲劳强度S-寿命N曲线。文献[5]针对TYPE2开展了疲劳强度试验研究，研究不同几何构造对其疲劳性能的影响，但未给出适合TYPE2疲劳性能评估的有效数据。鉴于上述问题，本文针对TYPE2钢吊车梁直角式突变支座开展疲劳性能研究，为工程应用提供科学依据。

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a—TYPE1；b—TYPE2；c—TYPE3。

图1 3种常见钢吊车梁直角式突变支座

Fig.1 Three common right-angle mutational supports for steel crane beam

1 直角式突变支座描述

以某炼钢厂直封板直角式突变支座为研究对象，天车荷载及直角式突变支座截面尺寸如图2所示。该梁跨度为24 m，跨中截面高度(h1+h2)为3 500 mm，支座处截面高度(h2)为2 000 mm，腹板厚度为18 mm，插入板长度(a+b)为960 mm。该梁母材为Q345B钢，正常工作温度范围为10～70 ℃。上翼缘与腹板、下翼缘与腹板连接焊缝均为全熔透焊，封板与腹板连接焊缝为坡口熔透焊，插入板与封板连接焊缝为坡口熔透焊，其余焊缝均为角焊缝，所有焊缝焊接质量等级不低于三级。天车工作制为A6，最大轮压为410 kN，单侧天车共有6个车轮，相当于6个等值集中力作用于吊车梁。

图2 钢吊车梁截面尺寸及天车荷载布置

Fig.2 Steel crane beam section size and crane load layout

a—最大主应力； b—X向正应力； c—Y向正应力。

图4 应力云图 MPa

Fig.4 Stress cloud

2 直角式突变支座有限元分析

插入板与封板连接处焊缝最大应力出现在图2所示的荷载工况，此时最大支座反力为1 870 kN。采用Workbench 17.0建立有限元分析模型，边界条件如图3所示。在右侧切面节点施加固定约束，左侧梁端垫板上施加均布荷载(荷载合力等于最大支座反力)，上翼缘上施加三个集中力(Pmax=410 kN)，集中力位置如图2所示。单元采用8结点实体单元，弹性模量E取为2.06×105 MPa，泊松比取为0.3，材料为各向同性材料。在弹性范围内计算，不考虑塑性。网格单元长度设置为30 mm，与封板厚度一致，计算结果如图4所示。

图3 边界条件示意 MN

Fig.3 Boundary condition diagram

由计算结果可知：直角式突变支座存在三个应力集中区域，其一是插入板与封板连接焊缝处(区域一)，最大主应力为240 MPa；其二是位于封板上方的插入板与腹板连接焊缝处(区域二)，最大主应力为153 MPa；其三是插入板端部与腹板连接处(区域三)，最大主应力为130 MPa。实际工程中直角式突变支座的疲劳裂纹常出现在区域一和区域三处，如图5所示。

a—区域一；b—区域三。

图5 疲劳开裂

Fig.5 Fatigue cracking

区域一、区域三存在应力奇异，通过有限元计算难以得到该处精确的应力值，文献[6]推荐使用热点应力法评价该处的应力水平。区域二最大应力出现在距离焊缝36 mm处(约等于插入板板厚)，不存在应力奇异问题。

3 截面几何参数的影响

直角式突变支座的截面参数h1、h2、a、b、c对其三个应力集中区域的应力影响较大。我国GB 50017—2017《钢结构设计标准》规定了直角式突变支座的截面尺寸要求[7],即梁的截面宜满足h1≤0.5h2、a≤0.5h2、b≥1.5a。本文在图2所示钢吊车梁的基础上，改变截面参数h1、h2、a、b、c的值，共设计出36个分析模型，分别进行有限元计算分析，截面参数如表1所示。序号1～15为保持参数a、b、c不变，研究h1、h2对应力的影响。序号16～36为保持h1、h2不变，研究a、b、c对应力的影响。

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计算结果如图6所示。可知：截面高度的变化对直角式突变支座的应力集中区应力值影响较大，在线弹性范围内，各应力集中区域的应力值与h1/h2正相关。a/h2对区域一、区域二的应力影响较小，随着a/h2的增大，其应力值略有增长。a/h2与区域三的应力值正相关。区域一、区域二应力水平随b/a值的降低而略有降低，区域三应力值与b/a负相关。

表1 截面参数

Table 1 Parameters of cross-section mm

序号参数h1h2abc序号参数h1h2abc115002000600360657191200230070036075724003100600360657201200230080036085736002900600360657211200230090036095748002700600360657221200230010003601057510002500600360657231200230011003601157612002300600360657241200230012003601257714002100600360657251200230013003601357816001900600360657261200230014003601457918001700600360657271200230015003601557102000150060036065728120023006004037001122001300600360657291200230060050380012240011006003606573012002300600603900132600900600360657311200230060070310001428007006003606573212002300600803110015300050060036065733120023006009031200161200230030036035734120023006001003130017120023004003604573512002300600110314001812002300500360557361200230060012031500

a—h1/h2; b—a/h2; c—b/a。
—区域一最大X向应力；—区域一最大Y向应力；—区域一最大主应力；—区域一最大热点应力；—区域二最大主应力；—区域三最大主应力。

图6 各参数对应力集中区域应力的影响

Fig.6 Effect of parameters on stress in stress concentration area

“轻、松、脆、滑”主要是指演奏的技巧表现，这些音乐技巧对演奏者的表现手法提出要求，为音乐本身服务。要求演奏者在技巧的支撑下，抒发个人情怀，表达幽远的意境。然而就演奏者本身也好，就音乐意境也好，其中都不同程度得暗含儒家、道家思想。

区域一存在应力奇异，通过有限元计算难以得到该处精确的应力值，而区域二最大应力出现在距离焊缝t处(t约等于插入板板厚)，不存在应力奇异问题。因此本文采用区域二处的最大主应力作为统计参量绘制该类连接的疲劳强度S-N曲线。

4 疲劳试验研究

按照图2所示钢吊车梁直角式突变支座尺寸，选用1/4的比例制作缩尺模型，母材选用Q345B钢，各连接焊缝要求与原构件相同。在室温(25 ℃左右)下，采用瑞士AMSLER油压脉冲疲劳试验机开展疲劳试验，试件简支在东西两侧的支座上，一端是固定刀口支座，一端是滚轴支座。采用分布梁实现两点加载，加载点距离梁端547 mm，即第一个加劲肋正上方，对称加载。加载频率采用3 Hz，应力比设置为0.1。试验装置如图7所示。共开展6根试件的疲劳试验，其加载吨位及试验结果如表2所示。

由于生产工艺的需要，变截面钢吊车梁支座在工业建筑中应用广泛。随着工业化进程的发展，我国重工业厂房中越来越多的变截面钢吊车梁支座出现疲劳问题。造成这种现象的原因主要有两个，其一是设计时并未验算截面突变处的疲劳强度；其二是近十年来大部分冶金工业厂房产量大幅度提高，生产繁重程度远超原设计水平。常见的变截面钢吊车梁支座类型有圆弧过渡式支座、梯形过渡式支座、直角式突变支座。文献[1]针对圆弧式变截面支座开展了系统性的研究，提出其疲劳强度S-N曲线、疲劳裂纹扩展模式及其加固技术等。文献[2-3]采用裂纹驱动能理论定性地对比了三类变截面支座的应力集中程度及疲劳性能。在宝钢某厂圆弧过渡式变截面支座出现疲劳事故后，我国新设计的变截面钢吊车梁普遍采用直角式突变支座。

图7 加载装置

Fig.7 Loading set-up

图8所示为区域一疲劳裂纹长度达到20 mm时裂纹形貌，可以看出，在涂抹红墨水后，由于裂纹在循环加载作用下不断张开闭合，使裂纹处出现气泡。

对表2中的试验数据进行回归，如图9所示，得到以下S-N曲线。

lg N=13.2-3.44lg S

(1)

s=0.17

式中：N为疲劳寿命，即裂纹长度达到20 mm时的应力循环次数；S为区域二处的最大主应力；s为标准差。

这些职责要求，为我们对高职院校思政课教师职责即角色定位指明了方向，成为思政课教师“三师”型队伍建设的根本遵循。

表2 加载吨位及试验结果

Table 2 Loading tonnage and test results

试件编号端头位置最小吨位/kN最大吨位/kN区域二最大应力幅/MPa疲劳破坏加载次数N/万次L-1东、西250250012582100L-2东、西250250012593109L-3东、西300300015042—L-4东、西300300015030—L-5东、西35035001722060L-6东、西35035001723735

注：当焊缝焊趾处出现明显裂纹且裂纹长度达到20 mm时，认为构件疲劳破坏。

图8 典型疲劳裂纹

Fig.8 Typical fatigue crack

图9 疲劳强度S-N曲线

Fig.9 S-N curves of fatigue strength

满足95%保证率的S-N曲线为：

lg N=12.85-3.44lg S

(2)

由图9可得，相对于200万次的允许应力幅为80.2 MPa，与GB 50017—2017的构件连接类别Z7相似，然而Z7所规定的允许应力是名义应力幅，而此处采用的是考虑应力集中后的最大主应力幅。

5 结束语

1)钢吊车梁直角式突变支座存在三个应力集中区域：插入板与封板连接焊缝、封板上方插入板与腹板连接焊缝、插入板端部与腹板连接处。各应力

集中区域的应力水平与h1/h2正相关，与b/a负相关。插入板端部的应力水平与a/h2正相关。

解法2 直接用三角形的底和高的比来求出面积比.这里有两种做高的方法，如图3、图4所示，因为两者解题的思路大致相同，这里对图3进行解答.

2)直角式突变支座封板上方插入板与腹板连接焊缝处，最大主应力位于距离焊缝t处(t约等于插入板板厚)，不存在应力奇异，且其变化规律和插入板与封板连接焊缝处相同。

3)直角式突变支座插入板与封板连接焊缝的疲劳强度可参照式(2)计算，相对于200万次的允许应力幅为80.2 MPa，与我国GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的第Z7类相似。

2.2 TEX14在有转移乳腺癌组织中的蛋白表达将28例乳腺癌组织标本分为无转移组（17例）和有转移组（11例）。与无转移组相比，在有转移乳腺癌组织中乳腺癌细胞TEX14阳性细胞率升高1.5倍，差异有统计学意义（P＜0.05），见图2（封底）。证明在有转移乳腺癌组织中TEX14蛋白表达升高。

参考文献

[1] 岳清瑞，幸坤涛，郑云.钢吊车梁系统疲劳诊治[M].北京：中国建筑工业出版社,2017.

[2] 郑廷银，卢铁鹰. 几种钢吊车梁变截面支座抗疲劳性能的对比分析[J].重庆建筑大学学报，1996(4)：79-86

[3] 郑廷银. 钢吊车梁变截面支座的疲劳性能研究[J].建筑结构，1997(6)：9-12

[4] 赵晓青,惠云玲,常好诵 ,等.弯曲封板直角突变式钢吊车梁的疲劳强度分析[J].工业建筑，2017,47(7):115-159.

[5] 卢铁鹰，赵清，卢平.钢吊车梁直角突变式支座疲劳性能试验研究 [J]，重庆建筑工程学学报，1994(4):39-48.

[6] IIW Joint Working Group XIII-XV.Recommendations for Fatigue Design of Welded Joints and Components：IIW Document XIII-1965-03 / XV-1127-03[S]. Paris:International Institute of Welding,2003.

[7] 中华人民共和国住房和城乡建设部.钢结构设计标准：GB 50017—2017[S].北京:中国建筑工业出版社，2017.