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用極限分析法評估門式堆取料機活動梁變形后的安全性

文檔作者：殷江平王磊文檔來源：國電諫壁發(fā)電廠		點擊數：	更新時間： 2023年02月06日
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用極限分析法評估門式堆取料機
活動梁變形后的安全性
殷江平王磊
國電諫壁發(fā)電廠 鎮(zhèn)江212006
摘要：用塑性力學理論計算出門式堆取料機活動梁的最大允許塑性變形，從而為判斷出現了塑性變形的
活動梁結構是否還處于安全狀態(tài)提供了依據，對緊急情況下設備的有條件使用有一定參考價值。
關鍵詞：活動梁；極限分析法；彈塑性理論；塑性變形
中圈分類號：U653．928． 5 文獻標識碼：A 文章編號：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
結構設計通常建立在彈性分析基礎上，彈性
分析基礎上的設計計算簡潔適用、安全性高、通
用性強，但在某些情況下也有偏保守的問題。隨
著塑性理論及結構彈塑性分析的發(fā)展，塑性力學
在解決塑性極限設計等方面有了越來越多的應用，
尤其隨著計算機的普及、計算彈塑性力學的出現
和不斷成熟更加拓展了塑性力學在工程技術中的
應用范圍。
1 問題提出
門式堆取料機是在條形散裝料場使用的一種
堆取料設備，在火力發(fā)電廠、鋼廠、港口等場礦
企業(yè)有廣泛的使用。某電廠煤場使用的門式堆取
料機軌道跨距為50 m，已使用30多年，鋼結構銹
蝕嚴重，固定梁下撓超標，機電故障頻繁，準備
半年后更新。在一次設備檢查中發(fā)現活動梁出現
塑性旁彎，最大變形在中部偏3 m 處，約有
220 mm，活動梁內部的聯系桿多處脫焊，兩邊的
側板除變形外沒有出現開裂損壞。根據設計要求，
活動梁的最大旁彎變形不允許超過20 Inn。此時如
果停用設備會對發(fā)電生產帶來很大的影響，是否
可以通過簡單的修復，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塑性變形情況下結構
是否安全的問題。
一50 —
2 活動梁最大塑性變形計算
這臺設備1970年底設計制造，是根據許用應
力法分析結構強度的，結構中各部分尺寸可根據
它的應力不得超過許用應力的條件來決定，這種
基于彈性分析的設計方法在任何情況下都不考慮
材料的塑性性質，但實際上材料的塑性性能將使
結構的部分區(qū)域進入屈服以后應力重新分布，從
而使結構能夠承受更大的載荷。
下面用塑性力學的理論可推算出活動梁不產
生結構破壞情況下允許的塑性變形。
活動梁長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 ，屈服極限應力 =235 N／mm ，圖1
所示為梁截面應力應變關系。
一
(一)
f+)
壓
0／ {
6s {
圖1 理想彈塑性材料
其表達式為
《起重運輸機械》 2013(1)( )=
一 ≤ z≤ 一z
一Z ≤ Z≤ Z。
Z8≤z ≤
二
活動梁兩側為8 mm鋼板，中間為作為帶式輸
送機機架的連接鋼板，并輔助連接桿，其力學結
構與工字鋼相似，由于活動梁有大量的局部加強，
按工字鋼來計算應有足夠的安全裕度，活動梁計
算截面圖如圖2所示。從現場活動梁變形的情況
看，兩邊側板出現塑性旁彎，但中間連接板沒有
變形及焊縫開裂，仍處于彈性階段。所以可以認
為活動梁出現最大塑性變形時側板(件1)截面已
全部進入塑性狀態(tài)，中間連接板(腹板件2)處于
彈性狀態(tài)，見圖2。這時整個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過分增大，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 活動梁計算截面圖
根據材料力學知識，對彈性區(qū)而言，關于梁
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
《起重運輸機械》 2013(1)
( )=一 + +F (3)
根據活動梁的邊界條件：當 =0時，W=0；
當 =L時，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W 0，W有最大值，此時X=L／2，代入式
(4)得
㈦=一 × + ×
：
L 'o -
： 醞 320 mm
此時梁的最大撓度為320 mm。
3 結診
綜上所述，如果活動梁側板截面全部塑性變
形，中間連接板(腹板件2)仍處于彈性變形階
段，此時梁的最大撓度為320 mm，從結構上來
說，活動梁仍處于穩(wěn)定狀態(tài)，不會破壞。而目前
活動梁的實際最大撓度為220 mm，小于320 mm，
所以說結構是安全的，但這種變形對設備正常使
用有 定影響，比如在行走時會啃軌，增加運行
阻力，嚴重時會燒毀行走電機。對活動梁進行了
簡單的整修，將連接桿重新焊牢，在堆取料機后
續(xù)半年的使用中，發(fā)現活動梁的旁彎沒有進一步
增加。
參考文獻
[1]尚福林，王子昆．塑性力學基礎[M]．西安：西安交
通大學出版社，2011．
作 者：殷江平
地 址：江蘇省鎮(zhèn)江市諫壁發(fā)電廠設備管理部
郵 編：212006
收稿日期：2012—03—22
— 51 一
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