許躍騫

廈門嵩嶼集裝箱碼頭有限公司工程技術(shù)部，福建 廈門 361026

1 引言

橋式起重機(簡稱岸橋)是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)不可或缺的重要設(shè)備，常用于港口、碼頭、工廠和建筑工地等人群密集場所，同時其承受的載荷大、移動的范圍廣，從而對于岸橋的結(jié)構(gòu)可靠性要求很高[1]。隨著岸橋使用時間的積累，起重機必然會存在著安全隱患，而起重機金屬結(jié)構(gòu)作為岸橋的重要主體部分，其直接關(guān)系到起重機的安全運行和整機的使用壽命[2]。因此，需要對岸橋金屬結(jié)構(gòu)狀態(tài)引起足夠的重視，現(xiàn)從幾何剛度、動載強度以及疲勞裂紋出發(fā)，對其金屬結(jié)構(gòu)狀態(tài)進行檢測，并介紹了有效的護養(yǎng)措施，加強對岸橋金屬結(jié)構(gòu)的修復(fù)和護養(yǎng)。

2 橋式起重機金屬結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢測

岸橋由橋架、大車運行結(jié)構(gòu)和小車起升以及電氣設(shè)備等組成[3]，圖1 為岸橋樣機外觀。依據(jù)現(xiàn)有的設(shè)計規(guī)范與檢測標(biāo)準(zhǔn)（《起重機械安全規(guī)程第1 部分總則(GB 6067.1-2010)》、《起重機試驗規(guī)范和程序(GB/T 5905-2011)》、《岸邊集裝箱起重機(GB/T 15361-2009)》、《岸邊集裝箱起重機安全規(guī)程(GB/T 21920-2008)》、GB/T 26951-2011《焊縫無損檢測磁粉檢測》、GB/T 26952-2011《焊縫無損檢測焊縫磁粉檢測驗收等級》、GB/T 11345-2013《焊縫無損檢測超聲檢測技術(shù)、檢測等級和評定》、GB/T 29712-2013《焊縫無損檢測超聲檢測驗收等級》)對岸橋檢測內(nèi)容進行歸納與總結(jié)，并結(jié)合實際的工程運用，提出岸橋金屬結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢測方式，其包含以下幾個部分。

圖1 岸橋樣機外觀圖

2.1 主要構(gòu)件幾何剛度檢測

主要構(gòu)件幾何剛度檢測包括前臂梁上拱度、門框下橫梁水平度、前臂梁與主梁下?lián)衔灰?、門架軌距、小車軌道高低差以及大梁上靜剛度等，對于岸橋金屬結(jié)構(gòu)的要求是其受載時產(chǎn)生的變形在允許范圍之內(nèi)[4]。

1)前臂梁對中度及旁彎度檢測是為了考察其此時的幾何形態(tài)狀況，在前門框和前臂梁上設(shè)置10 個測點進行檢測，具體如下圖2 所示：采用全站儀坐標(biāo)法測量，在空載工況小車位于停車位（后門框處），記錄測點相應(yīng)的坐標(biāo)值，將測點坐標(biāo)導(dǎo)入三維分析軟件中，進而得出前臂梁對中度及旁彎度指標(biāo)。

圖2 對中度及旁彎度測點布置

2)門框下橫梁水平度檢測主要是為了在考察門框幾何狀態(tài)現(xiàn)狀的同時，也為可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)故障提供一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；根據(jù)一定的現(xiàn)場情況，在下橫梁上翼緣選擇特征合適的測點，測點布置如圖3 所示：采用全站儀高度測量法，進行直接測量，當(dāng)岸橋處于空載時，記錄各測點處高度數(shù)值。

圖3 水平度測點布置

3)前臂梁與主梁下?lián)衔灰茩z測主要是在動載荷作用下，通過前臂梁與主梁下?lián)衔灰频拇笮碓u估前臂梁與主梁的剛度情況，采用全站儀高度法測量方法：在空載工況下，以主梁后鉸接點為零點，每隔2m-3m 設(shè)一個檢測點，并對稱設(shè)置14 個檢測點；記錄每個測點的初始高度值，然后小車起吊額定荷載，依次行走到主梁面測點1、3、5、6 和7，分別記錄對應(yīng)截面上測點的高度，下?lián)衔灰茰y點布置如圖4 所示。

圖4 下?lián)衔灰茰y點布置圖

4)門架軌距檢測是為岸橋大車行走提供一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，一般選取能表征軌距的大車臺車第一級平衡梁與門腿連接軸內(nèi)側(cè)的中心點進行測量，具體如圖5所示：依靠全站儀坐標(biāo)測量法對軌距進行測量。

圖5 基距、軌距和對角線測點示意圖

5)岸橋前臂梁主梁振動檢測主要是為岸橋可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)故障提供一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，一般通過模擬岸橋在正常作業(yè)情況下，進行起吊額定的載荷，在主梁與前臂梁的工作位置做上升制動與下降制動的操作，并及時記錄振動數(shù)據(jù)，采用測振儀進行檢測，記錄測點的振動加速度量，具體布置檢測點如圖6 所示，其中測點信號通道號1-1 →X 向速度；信號通道號1-2 →Z向速度。

圖6 振動檢測點位置圖

5)小車軌道高低差測量時，小車停在正常的停車位置，水準(zhǔn)儀校零，同時也以主梁后鉸接點為零點，每隔2m-3m 設(shè)置一個測點。同時檢測岸橋小車軌道高低差之前先對岸橋所在位置的大車軌道的軌頂高高低差測量；依次測量數(shù)據(jù)可以分析小車的運行狀態(tài)，對于調(diào)整小車啃軌現(xiàn)象可提供一定的參考。

6)大梁上靜剛度檢測旨在檢測岸橋主要構(gòu)件上關(guān)鍵受力部位和較大應(yīng)力點在額定載荷靜態(tài)作用下的應(yīng)力狀況，以進行結(jié)構(gòu)的強度核算和安全性能評估；在主要金屬結(jié)構(gòu)件前臂梁拉桿、梯形門框斜撐桿等處布置應(yīng)力測點，依據(jù)應(yīng)變計電測法來測試結(jié)構(gòu)應(yīng)力值，測點在20 點左右；測試工況及測點位置依據(jù)橋吊的具體特征和檢測經(jīng)驗來確定。

2.2 結(jié)構(gòu)動載強度檢測

結(jié)構(gòu)的動載強度檢測是在靜載強度檢測的基礎(chǔ)上進行，主要為了試驗工況下，檢測主要承載結(jié)構(gòu)件承受動態(tài)載荷的能力。一般選擇在結(jié)構(gòu)靜載應(yīng)力測試中應(yīng)力值較大、波動也較大，且能代表岸橋主要工作結(jié)構(gòu)的測點作為動載應(yīng)力檢測點，進而選取A1、C2 測點作為動載應(yīng)力檢測點。圖7 為岸橋應(yīng)力測點布置圖，同時對于岸橋的外觀也需進行合理檢測及測量。依據(jù)檢測點處的動載應(yīng)力最大值、穩(wěn)定值、應(yīng)力對比值進行岸橋結(jié)構(gòu)的動載強度核算和安全性評估。

圖7 岸橋應(yīng)力測點布置圖

2.3 局部焊縫檢測

采用無損探傷設(shè)備或者技術(shù)對岸橋金屬結(jié)構(gòu)的局部焊縫易發(fā)生裂紋處進行抽查無損探傷檢測，進而確定發(fā)生焊縫裂紋的位置、裂紋的長度以及裂紋發(fā)展的態(tài)勢，圖8 為鋼結(jié)構(gòu)焊縫示例圖。

圖8 鋼結(jié)構(gòu)焊縫示例圖

對一般部分的構(gòu)件本體和構(gòu)件間焊縫采用目測檢查，而關(guān)鍵部位的焊縫則采用磁粉探傷檢查加超聲波探傷檢查，對焊縫檢測長度取為200mm。在計算疲勞焊縫裂紋剩余使用壽命時，需先確定初始裂紋長度和失效裂紋長度，在實際的工程項目中，一般情況下將焊縫缺陷引起的微小裂紋作為疲勞裂紋的初始的裂紋，長度約為0.5mm ～2mm 之間，所以可取為0.5mm；通過材料的斷裂韌性計算獲得失效的裂紋長度。參照現(xiàn)有的檢測標(biāo)準(zhǔn)(《焊縫無損檢測焊縫磁粉檢測驗收等級(GB/T 如圖 26952-2011)》、《焊縫無損檢測超聲檢測技術(shù)、檢測等級和評定(GB/T 如圖 11345-2013)》)，失效裂紋長度一般可取70mm ～120mm，考慮到岸橋的實際工作狀況中所能承受的應(yīng)力范圍，建議設(shè)為120mm。

3 橋式起重機金屬結(jié)構(gòu)的護養(yǎng)措施

1)對于岸橋金屬結(jié)構(gòu)焊縫產(chǎn)生的裂紋，為了防止裂紋向四周的擴張，需要對其進行修復(fù)。所采用的主要方法就是補焊，所采用材料是與金屬結(jié)構(gòu)相接近的原材料，同時需要對裂紋處進行打磨和清除，再進行補焊操作[5]。如果岸橋服役年限較長而出現(xiàn)了明顯的結(jié)構(gòu)疲勞、剛性減弱等問題，科學(xué)合理地對原金屬結(jié)構(gòu)進行加固或者進行必要的更換。

2)在實際的工作中，需要及時地做好金屬結(jié)構(gòu)的維修護養(yǎng)工作。岸橋設(shè)備長期暴露在潮濕、海洋、日照等惡劣自然環(huán)境中，在沒有任何有效的防護措施下，會造成金屬結(jié)構(gòu)形成銹蝕以及發(fā)生形變和應(yīng)力變差等問題。因此，需要定期對岸橋金屬結(jié)構(gòu)進行反復(fù)防銹的保護，涂上防銹漆以及保持周邊環(huán)境清潔。目前設(shè)備油漆涂裝采用富鋅底漆涂料、厚漿型中層漆涂料和面漆涂料的配套組合；同時采用局部油漆修補和日常巡視檢查動態(tài)相結(jié)合的方式進行。

3)在日常生產(chǎn)過程中，需要加強對設(shè)備的維修保養(yǎng)檢查，制定完整的檢驗制度。在安全的檢查過程中，嚴(yán)格依據(jù)檢驗制度進行相應(yīng)的檢查。對于一般性的金屬結(jié)構(gòu)部位的修復(fù)，可以通過目檢方式，而對于焊縫的補焊修復(fù)，則采用磁粉加超聲探傷進行檢驗，在檢驗合格后方可投入使用。

4)在岸橋使用過程中，一定要嚴(yán)格遵循使用規(guī)范，不能使起重機機械超負(fù)荷工作，在作業(yè)頻率上進行有效的控制，使機器能夠進行合理的修整和休息。與此同時也需要不斷地提升相應(yīng)管理人員在這方面的認(rèn)識[6]，注重對岸橋的護養(yǎng)。

5)對岸橋金屬結(jié)構(gòu)的安全評估設(shè)定指標(biāo)，依據(jù)指標(biāo)方法進行量化，量化評估可分為0-60 和90-100 五個等級，大于60 的量化階段為安全范圍，依據(jù)金屬結(jié)構(gòu)裂紋的張開型與滑開型來評估裂紋值，而幾何剛度的評估值則是依靠數(shù)據(jù)的線性映射來反映[7]，其中評定指標(biāo)為1 級是岸橋金屬結(jié)構(gòu)安全，在周期過后，對其進行相應(yīng)的維護與修理；2 級則是相對安全，采用的措施與1 級同樣，3 級則是岸橋金屬結(jié)構(gòu)處于了臨界安全的情況，少數(shù)的指標(biāo)是臨界狀態(tài)，4 級則是岸橋金屬結(jié)構(gòu)不安全，需盡快進行相應(yīng)修復(fù)，并進行項目復(fù)查，最后一級是岸橋金屬結(jié)構(gòu)很不安全，多數(shù)的指標(biāo)達不到規(guī)定要求，必須馬上進行修理。在對岸橋起重機的風(fēng)險進行消除后，則對其重新進行金屬結(jié)構(gòu)安全評價，進而達到安全指標(biāo)。

4 總結(jié)

橋式起重機是港口、碼頭、工廠和建筑工程等地方重要的作業(yè)機器，它能有效地促進作業(yè)的高效進行及安全性。本文從三大部分幾何剛度、動載強度以及疲勞裂紋出發(fā)，提出岸橋金屬結(jié)構(gòu)安全檢測方案以及相應(yīng)的安全許可范圍；然后介紹了有效的護養(yǎng)措施。加強對岸橋的金屬結(jié)構(gòu)修復(fù)和護養(yǎng)，對于設(shè)備的正常運作、延長岸橋使用壽命及減少維修費用都具有十分重大的意義。