港口起重机钢结构抗脆断设计

港口起重机钢结构抗脆断设计

陈伟峰

身份证号码：370683198802146815

摘要：港口起重机械的核心部件之一便是其钢结构体系，伴随着钢结构的广泛应用，相伴而生的问题也日益显著，其中疲劳和脆性断裂成为影响结构安全的重大隐患。本研究针对门式起重机独特的结构特性，对钢结构发生脆断的机理进行了详尽探讨，明确了脆性断裂在钢结构中的特征以及影响其发生的多个因素，同时提出了预防脆性断裂的关键策略。此外，本文还从设计层面出发，提出了旨在增强结构抗脆断能力的具体设计方案。

关键词：港口起重机；钢结构；抗脆断设计

1诱发港口起重机钢结构脆断的主要因素

1.1钢材抗疲劳性下滑

在社会经济水平逐步提升的背景下，我国对外贸易活动愈发活跃，这也使得港口起重机的作业时长显著增加。长期或高负荷运作的起重机钢结构，其所能承受的最高压力值会逐步减少，因为钢结构的疲劳程度在持续增加，而承压能力却在逐步降低，这使得钢结构更易遭受如断裂、脆裂等不良影响。在弹性变形期的钢材，若短期内频繁承受负荷，其塑性变形程度将加剧，导致材料硬化、变脆，并可能出现微裂纹，应力集中现象也更趋明显。若应力集中问题长期未得到有效处理，钢结构表面的微小裂纹和缝隙将逐步扩大、数量增加、宽度变大，最终可能导致结构断裂等严重问题。

1.2沸腾钢性能不佳

在港口使用的起重机中，其采用的沸腾钢材质往往容易出现成分偏析的问题，设计阶段需对此问题给予足够关注，以防偏析对起重机整体结构造成不利影响，从而影响正常的工作进度。当沸腾钢出现偏析时，其表面会形成一层铁素体薄膜，该薄膜含有微量的碳元素。在这层薄膜与沸腾钢本体之间，常混有较多的硫杂质及有害气体，这些因素共同作用使得沸腾钢的偏析问题更加突出，进而影响其焊接性能。同时，沸腾钢内还含有较高浓度的固溶氮，这直接导致了钢材的塑性和韧性下降，冷脆性增强。还有，磷元素在特定区域的集中也会对钢材的强度产生不利影响。

1.3应力集中区域易形成结构脆断

在采用的轮胎式龙门吊起重机中，部分构件频繁出现脆裂问题。这些构件主要位于承受高负荷的部位，它们承受着剧烈的交变负荷作用，长期处于高压状态下，其横截面逐渐发生显著变化，进而促使应力在此处进一步聚集。由于应力过度集中，该区域所承受的压力持续增加，导致纵向钢筋的作用无法有效发挥，横向隔板也无法达到预期效能，从而阻碍了力的正常传递。此外，不合理的结构设计还使得焊点接头数量增多。若焊接工艺的质量未能达标，则构件很容易发生脆性断裂。

2港口起重机钢结构抗脆断的应用设计

2.1确认结构参数

在着手港口起重机钢结构的防脆断设计之前，必须精确地测定其结构参数。通常情况下，涉及港口起重机结构的人员需要根据起重机的实际作业状态，选择合适的钢结构类型，并掌握该结构的关键数据指标。通过对这些数据的精准控制，可以显著提升结构参数设计品质。例如，在现有起重机钢结构中，技术人员应合理确定各项关键参数，如跨径、载重能力、作业级别，其数值分别为23.47米、40.6吨、M8级别，而升降速度和升降高度分别为23/52米/分钟、18.24米，其中前一个数值指的是满载时的速度，后一个数值指的是空载时的速度。技术人员还需科学地确定起重机的基础跨距，其标准值为6900毫米。确认这些数据后，相关人员应当对起重机内部钢结构进行细致规划，利用这些数据解决潜在的断裂问题，从而提高设计的整体水平。在优化起重机钢结构设计参数的过程中，技术人员需对相关装置的结构参数进行科学验证，依据装置的实际运行情况，分析数据指标的变化，进而根据这些变化的趋势来强化结构设计的合理性，有效提升起重机内部结构参数的控制与运用。

2.2焊缝截面优化

在针对桥梁式起重机械的焊接工艺中，特别是对主梁及其上覆焊板的焊接处理，必须基于设备的具体状况，精心挑选K型或V型槽以进行后续工作。鉴于重型桥梁式起重机械主梁的厚度达到16毫米，采用V型槽可能难以实现焊透，从而影响焊缝强度，不能满足设计要求，故而采用K型槽。对于轻型桥梁式起重机械，在使用V型槽的同时，还需配合使用内部焊接技术。另外，若遇到凹槽角度偏大的情况，则需将V型槽角度限制在50度以内，以确保基材金属的使用耐久性。在钢结构焊接过程中，焊缝表面通常会出现凹凸不平的形态，本项目通过科学管理，能够改善焊缝内部的应力传递状况。对于所提及参数的桥梁式起重机械钢结构，应着重采用凹形焊接技术，以减少焊缝应力，优化钢结构的承载性能，从而延长起重机械的使用周期。

2.3改造集中结构

在进行应力集中部位的构造优化时，工程师应密切关注钢构件内部的应力集中区，特别是在起重机主梁与下甲板连接处，此类现象尤为常见。一旦出现此类状况，截面角度的剧烈变动将随之而来，随着数值的持续攀升，钢结构很容易出现内部裂纹，进而影响整个设备的使用效能。在运用焊接技术对钢结构进行加固时，工程师必须针对内部构造进行针对性的改进，采取有效措施以减轻应力集中所带来的问题，从而全面提升钢结构内部性能的表现。在进行焊接操作时，操作人员应适时调整下盖板与箱形梁之间的间距，通过控制这一距离来减轻已形成的应力集中。在这一技术手段的指导下，可以有效地控制焊缝内部的压缩应力，进而提升改造效果。另外，在对应力集中结构进行改造的过程中，工程师还需及时调整可变截面的相应角度，构建过渡圆弧，确保应用半径的合理性，并在过渡圆弧的转折处设置焊接凸台，以减少由应力集中引起的质量问题。在控制并优化应力集中结构的过程中，工程师需要密切关注相关数值信息，通过对这些数据的合理规划，有效应对焊缝中的压力问题，确保应力集中构造的改进效果得到有效应用。

2.4主腹板优化改造

针对作业任务要求，对起重机钢结构的平整主板进行创新设计，提出以波动形态作为核心设计元素。具体方法是将主腹板设计成纵向波动形态，以此增大承载面积并提高其在垂直方向上的稳固性。然而，值得注意的是，对港口起重机主腹板实施波浪形改造，并不能完全增强其抗脆断能力。在主腹板遭受横向冲击时，仍有可能出现因受力而产生的变形。鉴于此，本研究采纳了波浪形腹板与平整腹板相结合的施工方案，利用平整腹板来缓冲钢结构受到的水平冲击，从而增强主梁的稳定性。在调整主腹板的过程中，技术人员需持续监控起重机钢结构的基础数据，例如力的传递数据、应力集中数据等，利用这些数据对主腹板设计中的关键问题进行精确分析，并迅速制定相应的解决策略，以科学的方法优化起重机的结构性能。

结论

总结而言，为了确保港口门式起重机在执行起重任务时能够圆满达标，我们必须深入分析其在频繁起吊重物及频繁承载运行中的特性，同时关注其在实际作业中不断承受循环载荷的功能。我们需要认识到疲劳导致的脆性断裂所带来的风险，持续改进设计，打造出具备更高抗脆断性能的梁壁钢结构，确保其能够满足抗脆断的性能标准。

参考文献

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