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用極限分析法評(píng)估門(mén)式堆取料機(jī)活動(dòng)梁變形后的安全性

文檔作者：殷江平王磊文檔來(lái)源：國(guó)電諫壁發(fā)電廠		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2023年02月06日
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用極限分析法評(píng)估門(mén)式堆取料機(jī)
活動(dòng)梁變形后的安全性
殷江平王磊
國(guó)電諫壁發(fā)電廠 鎮(zhèn)江212006
摘要：用塑性力學(xué)理論計(jì)算出門(mén)式堆取料機(jī)活動(dòng)梁的最大允許塑性變形，從而為判斷出現(xiàn)了塑性變形的
活動(dòng)梁結(jié)構(gòu)是否還處于安全狀態(tài)提供了依據(jù)，對(duì)緊急情況下設(shè)備的有條件使用有一定參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：活動(dòng)梁；極限分析法；彈塑性理論；塑性變形
中圈分類(lèi)號(hào)：U653．928． 5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001—0785(2013)01—0050—02
Abstract： The plastic mechanics theory is applied to calculate the maximum allowable plastic deformation of moving
beam of gantry stacker／reclaimer，in order to provide basis for judging whether"the plastically deform ed moving beam struc—
ture is under the safety state or not，which can provide certain reference for conditional operation of the equipment in emergency
·
Keywords：moving beam；limit analysis method；elastic—plastic theory ；plastic deform ation
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常建立在彈性分析基礎(chǔ)上，彈性
分析基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)潔適用、安全性高、通
用性強(qiáng)，但在某些情況下也有偏保守的問(wèn)題。隨
著塑性理論及結(jié)構(gòu)彈塑性分析的發(fā)展，塑性力學(xué)
在解決塑性極限設(shè)計(jì)等方面有了越來(lái)越多的應(yīng)用，
尤其隨著計(jì)算機(jī)的普及、計(jì)算彈塑性力學(xué)的出現(xiàn)
和不斷成熟更加拓展了塑性力學(xué)在工程技術(shù)中的
應(yīng)用范圍。
1 問(wèn)題提出
門(mén)式堆取料機(jī)是在條形散裝料場(chǎng)使用的一種
堆取料設(shè)備，在火力發(fā)電廠、鋼廠、港口等場(chǎng)礦
企業(yè)有廣泛的使用。某電廠煤場(chǎng)使用的門(mén)式堆取
料機(jī)軌道跨距為50 m，已使用30多年，鋼結(jié)構(gòu)銹
蝕嚴(yán)重，固定梁下?lián)铣瑯?biāo)，機(jī)電故障頻繁，準(zhǔn)備
半年后更新。在一次設(shè)備檢查中發(fā)現(xiàn)活動(dòng)梁出現(xiàn)
塑性旁彎，最大變形在中部偏3 m 處，約有
220 mm，活動(dòng)梁內(nèi)部的聯(lián)系桿多處脫焊，兩邊的
側(cè)板除變形外沒(méi)有出現(xiàn)開(kāi)裂損壞。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，
活動(dòng)梁的最大旁彎變形不允許超過(guò)20 Inn。此時(shí)如
果停用設(shè)備會(huì)對(duì)發(fā)電生產(chǎn)帶來(lái)很大的影響，是否
可以通過(guò)簡(jiǎn)單的修復(fù)，在監(jiān)視狀態(tài)下再使用半年，
本文從理論上探討了在出現(xiàn)塑性變形情況下結(jié)構(gòu)
是否安全的問(wèn)題。
一50 —
2 活動(dòng)梁最大塑性變形計(jì)算
這臺(tái)設(shè)備1970年底設(shè)計(jì)制造，是根據(jù)許用應(yīng)
力法分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的，結(jié)構(gòu)中各部分尺寸可根據(jù)
它的應(yīng)力不得超過(guò)許用應(yīng)力的條件來(lái)決定，這種
基于彈性分析的設(shè)計(jì)方法在任何情況下都不考慮
材料的塑性性質(zhì)，但實(shí)際上材料的塑性性能將使
結(jié)構(gòu)的部分區(qū)域進(jìn)入屈服以后應(yīng)力重新分布，從
而使結(jié)構(gòu)能夠承受更大的載荷。
下面用塑性力學(xué)的理論可推算出活動(dòng)梁不產(chǎn)
生結(jié)構(gòu)破壞情況下允許的塑性變形。
活動(dòng)梁長(zhǎng)L=5×10 mm，材料為Q235鋼，可
以視為理想彈塑性材料，其彈性模量E=2．1×
10 N／mm ，屈服極限應(yīng)力 =235 N／mm ，圖1
所示為梁截面應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。
一
(一)
f+)
壓
0／ {
6s {
圖1 理想彈塑性材料
其表達(dá)式為
《起重運(yùn)輸機(jī)械》 2013(1)( )=
一 ≤ z≤ 一z
一Z ≤ Z≤ Z。
Z8≤z ≤
二
活動(dòng)梁兩側(cè)為8 mm鋼板，中間為作為帶式輸
送機(jī)機(jī)架的連接鋼板，并輔助連接桿，其力學(xué)結(jié)
構(gòu)與工字鋼相似，由于活動(dòng)梁有大量的局部加強(qiáng)，
按工字鋼來(lái)計(jì)算應(yīng)有足夠的安全裕度，活動(dòng)梁計(jì)
算截面圖如圖2所示。從現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)梁變形的情況
看，兩邊側(cè)板出現(xiàn)塑性旁彎，但中間連接板沒(méi)有
變形及焊縫開(kāi)裂，仍處于彈性階段。所以可以認(rèn)
為活動(dòng)梁出現(xiàn)最大塑性變形時(shí)側(cè)板(件1)截面已
全部進(jìn)入塑性狀態(tài)，中間連接板(腹板件2)處于
彈性狀態(tài)，見(jiàn)圖2。這時(shí)整個(gè)梁的變形受到中間彈
性區(qū)的限制，塑性部分仍處于約束塑性變形，梁
的變形在相同載荷下不會(huì)過(guò)分增大，所以梁仍是
安全的。
＼
＼ 腹板件2
＼彈性區(qū)
厚10mm
L ———————一2 1 80—————————一
圖2 活動(dòng)梁計(jì)算截面圖
根據(jù)材料力學(xué)知識(shí)，對(duì)彈性區(qū)而言，關(guān)于梁
的撓度 ( )有
= E6=一EZ (1)
w(x)為梁軸線的撓度，在彈性邊界上Z=
Z ，所以
d2一一 E憊Z ，
式(2)積分得
《起重運(yùn)輸機(jī)械》 2013(1)
( )=一 + +F (3)
根據(jù)活動(dòng)梁的邊界條件：當(dāng) =0時(shí)，W=0；
當(dāng) =L時(shí)，W=0。
將邊界條件代入式(3)得：F=0，C=
。于是式(3)化為
)一南 + (4)
當(dāng)W 0，W有最大值，此時(shí)X=L／2，代入式
(4)得
㈦=一 × + ×
：
L 'o -
： 醞 320 mm
此時(shí)梁的最大撓度為320 mm。
3 結(jié)診
綜上所述，如果活動(dòng)梁側(cè)板截面全部塑性變
形，中間連接板(腹板件2)仍處于彈性變形階
段，此時(shí)梁的最大撓度為320 mm，從結(jié)構(gòu)上來(lái)
說(shuō)，活動(dòng)梁仍處于穩(wěn)定狀態(tài)，不會(huì)破壞。而目前
活動(dòng)梁的實(shí)際最大撓度為220 mm，小于320 mm，
所以說(shuō)結(jié)構(gòu)是安全的，但這種變形對(duì)設(shè)備正常使
用有 定影響，比如在行走時(shí)會(huì)啃軌，增加運(yùn)行
阻力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀行走電機(jī)。對(duì)活動(dòng)梁進(jìn)行了
簡(jiǎn)單的整修，將連接桿重新焊牢，在堆取料機(jī)后
續(xù)半年的使用中，發(fā)現(xiàn)活動(dòng)梁的旁彎沒(méi)有進(jìn)一步
增加。
參考文獻(xiàn)
[1]尚福林，王子昆．塑性力學(xué)基礎(chǔ)[M]．西安：西安交
通大學(xué)出版社，2011．
作 者：殷江平
地 址：江蘇省鎮(zhèn)江市諫壁發(fā)電廠設(shè)備管理部
郵 編：212006
收稿日期：2012—03—22
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