（机械工程专业论文）桁架形式的集装箱装卸桥的局部稳定性控制与管理.pdf

摘要 、厂 11 0 0 8 1 9 5 大型港机结构的安全管理是港口企业设备管理工作的主要内容。大量大型港 机结构事故的调查研究、理论分析及其计算结果都表明，导致其结构破坏的原因 主要有两个方面。其一是疲劳问题，这是由于港机设备处于长时期运行状态，结 构在交变载荷的作用下发生疲劳破坏，产生疲劳裂纹并扩展，使设备承载能力降 低。其二是稳定性问题，特别是构件的局部稳定性。引发该问题的原因是由于在 构成结构的板的平面内，板受到平行于板面的压力作用，使板发生隆起、内陷等 凹凸不平的变形，使板的受载能力减弱从而导致局部失稳，引发结构的整体破坏。 本文以厦门港务集团海天集装箱有限公司的两台桥机( 1 号和2 号集装箱装卸桥) 为研究对象，对桁架形式的集装箱装卸桥的结构安全管理，特别是局部稳定性问 题进行了深入的研究。 论文首先根据结构安全管理分析对应力数据的需求，对1 号和2 号集装箱 装卸桥进行静态和动态测试，将获取得到的典型测点的应力情况作为结构安全管 理分析的数据准备。通过对影响结构稳定性的主要因素进行总结归纳，分析了材 料、结构、焊缝、初始位移和工作应力等与结构局部稳定性的相互关系，针对不 同的载荷组合建立了局部稳定性评价模型。 论文在分析了多起起重机金属结构失稳破坏的实例后，对结构的局部稳定性 问题进行了总结归纳，得到了港口起重机失稳的主要结构形式，即由纵筋和横筋 ( 以后称肋) 围成的四边简支板，三边简支一边自由的板，以及等截面受压的杆 等，将起重机金属结构失稳问题归结成板结构和杆结构的稳定性问题。对于板结 构的局部稳定性问题，以板的屈曲理论为基础，通过平衡方程和边界条件的约束， 建立了结构局部稳定性评价模型，分析不同形式的板结构在不同的载荷条件下， 满足压曲条件的临界载荷。对于压杆的局部稳定性问题，应用欧拉公式和抛物线 公式求解临界载荷，通过折减系数法对压杆稳定系数进行计算，作为局部稳定性 评价的依据。 论文最后将建立的结构局部稳定性评价模型应用于1 号和2 号集装箱装卸 桥典型测点的局部稳定性评价，根据评价的结果提出了相应的检查和维修的建 议。实际应用的结果证明了模型的可行性和正确性，对港口企业的设备管理具有 实际的指导意义。 关键词：局部稳定性，临界载荷( 应力) ，安全储各 a b s t r a c t s t r u c t u r es a f e t yo fl a r g ep o r tm a c h i n ei st h ep r i m a r yt a s ko ft h ee q u i p m e n t r e g u l a t i o ni nt h ep o r te n t e r p r i s e s a f t e rag r e a td e a lo fi n v e s t i g a t i o n ，t h er e s u l t s o ft h ea n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o na l ls h o wt h a tt h e r ea r et w om a i nr e a s o n s o n e i st h ef a t i g u ep r o b l e m ，t h i si sb e c a u s et h a tt h e s em a c h i n e sa r eu n d e rf u n c t i o n a l lt h et i m e ，a n df a t i g u ed a m a g et u r n su pi nt h es t r u c t u r eb e c a u s eo ft h ee f f e c t o fa l t e r n a n tf o r c e s ，w h i c hc a u s e sf a t i g u ec r a c ka n dm a k e si tg r o w , t h e s el e a d t ot h ed i s a b i l i t yo ft h em a c h i n et oe x t e r n a ll o a d s t h eo t h e ro n ei st h es t a b i l i t y p r o b l e m ，e s p e c i a l l yt h ep a r ts t a b i l i t yo ft h es t r u c t u r e t h e r e a s o nf o rs u c h p h e n o m e n o ni st h a ti nt h ep l a n eo ft h ep l a t e sc o n s i s t e do ft h es t r u c t u r e ，t h e p l a t ei si m p o s e daf o r c ep a r a l l e lt oi t sp l a n e ，w h i c hc a u s e sd e f o r m a t i o nl e a d i n g t ot h ep l a t e sp a r tl o s so fs t a b i l i t ya n de v e n t u a ld a m a g e t w oc o n t a i n e rc r a n e s ( n o 1c r a n ea n dn o 2c r a n e ) i nx i a m e nh a i t i a nc o n t a i n e rt e r m i n a l ( x h c t ) a r e c h o s e na sr e s e a r c ho b j e c t si nt h i sp a p e r ，t h ep r o b l e m so fi t ss t r u c t u r es a f e t y c o n t r o l ，e s p e c i a l l yt h ep r o b l e m so fp a r ts t a b i l i t ya r es t u d i e di nd e t a i l a tf i r s t ，a c c o r d i n gt ot h ed e m a n df o rt h es t r e s sd a t at od oa n a l y s i sf o r s t r u c t u r es a f e t yc o n t r o l ，s t a t i s t i ca n dd y n a m i ct e s t i n ga r ed o n eo nn o 1c r a n e a n dn o 2c r a n e ，w h i c hi st og e ts t r e s sd a t ao ft h o s et y p i c a lp o i n t so nt h e c r a n e sa sl a t e ra n a l y s i sd a t ap r e p a r a t i o n a f t e rs u m m a r i z a t i o no ft h o s ef a c t o r s t h a ti n f l u e n c es t r u c t u r es t a b i l i t y , w es t u d yt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns t r u c t u r e p a r ts t a b i l i t ya n dm a t e r i a l s ，s t r u c t u r e ，w e l d i n gl i n e ，i n i t i a ld i s p l a c e m e n ta n d w o r k i n gs t r e s s f o rd i f f e r e n ts i t u a t i o no f l o a d sc o m b i n a t i o n ，w ee s t a b l i s h e v a l u a t i o nm o d e lf o rp a r ts t a b i l i t y a f t e rs u w e yo fag r e a td e a lo fd a m a g ea c c i d e n t sc a u s e db yl o s so f s t r u c t u r es t a b i l i t yo fc r a n e si nt h ep a p e r , w ec l a s s i f yt h e s es p e c i f i cs t r u c t u r e s i n t ot h r e ec a t e g o r i e s ，n a m e l yp l a t e ss u p p o r t e db yf o u rb o r d e r sw h i c ha r em a d e u pw i t ht r a n s v e r s ea n dl e n g t h w a y sr e i n f o r c e dp a n e l s ，p l a t e ss u p p o r t e d b y t h r e eb o r d e r sa n dw i t ho n eb o r d e ru n r e s t r a i n e d ，a n dr o d sw i t he q u a ls e c t i o n u n d e rp r e s s u r e ，w h i c hh e l p su ss i m p l i f yt h es t u d yo ft h ec r a n e s l o s so fs t a b i l i t y i n t ot h es t u d yo fp l a t e sa n dr o d ss t a b i l i t y t os o l v et h ep r o b l e mo fp l a t ep a r t s t a b i l i t y , w ee s t a b l i s he v a l u a t i o nm o d e lo fs t r u c t u r e sp a r ts t a b i l i t yo nt h eb a s i s o fp l a t e sb u c k l i n gt h e o r y b ym e a n so fr e s t r i c t i o no fb a l a n c ee q u a t i o na n d i i b o u n d a r yc o n d i t i o n ，w ea n a l y z ed i f f e r e n tk i n d s o f p l a t es t r u c t u r eu n d e r d i f f e r e n tl o a d sc o m b i n a t i o n ，a n dc a l c u l a t et h ec r i t i c a ll o a dm e e t i n gb u c k l i n g c o n d i t i o n f o rr o d sp a r ts t a b i l i t y , w eu s ee u l e rf o r m u l aa n dp a r a b o l af o r m u l at o r e s o l v ei t sc r i t i c a ls t r e s s ，a n dw i t ht h eh e l po fd e c r e a s i n gc o e f f i c i e n t ，w e c a l c u l a t es t a b i u t yc o e f f i c i e n to fr o du n d e rp r e s s u r ea st h er e f e r e n c ef o rp a r t s t a b i l i t ye v a l u a t i o n a tl a s t ，w ea p p l yt h ee v a l u a t i o nm o d e lt on o 1c r a n ea n dn o 2c r a n e a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i sr e s u l t s ，w ep u tf o r w a r ds e v e r a ls u g g e s t i o n sf o rc h e c k a n dm a i n t e n a n c e t h ep e r f o r m a n c ew eg e tf r o mp r a c t i c a lu s es h o w st h a tt h e m o d e i | sf e a s i b l ea n dc o r r e c t w h i c hc a nb ei n s t r u c t i o n a lt ot h ee q u i p m e n t r e g u l a t i o ni np o r te n t e r p r i s e s c h e ns h u d o n g ( m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rs h e ny i f e ia n ds e n i o re n g i n e e rh u a n gz i r o n g k e y w o r d s ：p a r ts t a b i l i t y , c r i t i c a ll o a d ( s t r e s s ) ，s a f e t yr e s e r v e i i i 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包括其他人或其他机构已 经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：芝益勉日期：巡：1 2 论文使用授权声明 本人同意上海海事大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。保密的论文在解密后遵守此规定。 作者签名：逆聊签名：速二! ! r 期：塑! ：垒：! ) 上海海事大学工程硕士学位论文桁架形式的集装箱装卸桥的局部稳定性控制与管理 1 1 结构安全管理研究的意义 第一章绪论 金属结构是起重机的整机支撑，设备寿命在很大程度上决定于金属结构的寿命。 起重机金属构件可以分成两大类，一类为平板件，另一类为圆管件。平板件可以 包括箱形梁、工字梁、丁字梁和槽形梁等得受拉翼板和受弯腹板：圆管件可以包括门 座式起重机得承载圆筒、象鼻梁上前、后圆管形拉杆，桥式起重机桁架式大梁的弦杆 等。 金属结构的破坏分强度、刚度和稳定性，强度又可分为疲劳强度、静态强度和动 态强度。疲劳破坏是金属结构的裂纹形成和扩展的结果；静态和动态强度破坏是指金 属结构的危险部位发生了永久变形或裂纹从而丧失了应有的支撑功能；刚度要求是对 结构的变形加以限制，刚度差就是结构的变形大。金属结构的构件在承受比较小的压 缩载荷时，它的平衡形式是稳定的、可靠的。当承受的载荷超过某一界限时，原有的 平衡形式就遭到破坏，此称失稳，也叫屈曲。例如，一根受压杆，原有的平衡形式为 直线，屈曲后就成了曲线；受压平板屈曲后会有凹凸变形而有波浪度；受横向载荷的 梁，屈曲时会有侧向位移等等。大量的破坏事故说明，疲劳和失稳是起重机破坏的两 大主因。另外，金属结构的锈蚀会严重削弱其强度、刚度和稳定性，应力腐蚀开裂也 是一种破坏形式，它是拉应力和腐蚀共同作用的结果。 迄今为止，国内外对起重机金属结构的管理也还是采用人工巡检的方法。但这种 巡检对于巡检部位、巡检周期和巡检方法等以往均处于盲目状态，缺乏科学依据。经 过大量实践，用板的超屈曲理论可以解释并论证门机主臂架折断和集装箱装卸桥主梁 破坏的现象和原因；用断裂力学可以揭示疲劳裂纹扩展过程并相应地提出控制技术。 对于使用中的起重机，金属结构的管理必须建立在测试基础之上，这种测试我们称它 为管理测试，是为金属结构的管理提供科学依据的。 基于上面所述，对于集装箱桥机主要存在的破坏形式为静态强度不足、动态刚度 不足、金属结构的裂纹破坏以及板的失稳破坏。对于所有的这些破坏形式，都有两个 因素决定。第一、集装箱桥机的应力情况；第二、集装箱桥机的金属结构( 比如：板 的厚度、宽度，加筋的情况) 。 本文以厦门海天码头的两台桥机为研究对象，通过测试其应力情况和设备的金属 结构情况，对桁架形式的集装箱装卸桥的结构安全管理，特别是结构的局部稳定性问 上海海事大学工程硕上学位论文桁架形式的集装箱装卸桥的局部稳定性控制与管理 题进行研究，从而对集装箱码头的设备管理有一定的指导意义。 1 2 论文研究的企业背景 厦门港务集团海天集装箱有限公司两台集装箱装卸桥，港口编号为1 、2 号( 以 下简称1 号机和2 号机) ，由日本住友公司1 9 7 4 年( 昭和5 9 年) 生产，1 9 9 2 年1 1 月从e l 本引进( 作为二手设备) ，其吊具下额定载荷为3 0 5 吨，起升高度为轨面上 2 5 m ，轨面下1 2 m ，前伸距3 6 m ，大车轨距1 6 米，后伸距1 1 m ，门腿间净空1 6 m ， 门架净空高度1 0 m ，小车运行速度为1 5 0 m m i n ，起升速度为满载5 0 m m i n ，空载为 1 2 0 m m i n ，大车运行速度为4 5 m m _ n ，前大梁俯仰时间为单程4 分钟。截至2 0 0 5 年，1 撑号机合计装卸9 6 2 5 3 1 t e u ，其中2 0 0 5 年装卸6 0 4 7 8 个自然箱，8 8 9 3 8 t e u ， 计每天装卸1 6 6 个自然箱；2 舟号机合计装卸1 0 6 7 9 3 1 t e u ，其中2 0 0 5 年装卸6 0 0 9 8 个自然箱，8 6 3 8 5 t e u ，计每天装卸1 6 5 个自然箱，考虑日常维修，估算寿命时以每 天装卸1 7 0 个自然箱计。 为了掌握两台起重机结构技术状态，为该集装箱装卸桥的钢结构安全管理提供依 据，2 0 0 4 年5 月1 3 日至1 7 日，厦门港务集团海天集装箱有限公司委托武汉港口机 械质量监督检验测试中心对两台起重机进行检测( 环境状况：晴，2 8 ，风速1 5 m s ) 。 1 3 结构安全管理问题的分析与应对 由于港口企业主要使用大型港机设备( 如各类桥机等) 对货物进行装卸作业，而 这些设备中有很多已经役龄老化，甚至处于超期服役状态，从而事故时有发生，严重 影响着港口的生产和安全，必须对其加强管理。 经过对大量大型港机结构事故的调研，理论分析计算的结果表明，大型港机结构 破坏事故的原因主要有两个方面。其一是疲劳问题，这是由于港机设备处于长时期运 行状态，结构在交变载荷的作用下发生疲劳破坏，产生疲劳裂纹。在疲劳破坏的累积 作用下，裂纹不断扩展，直至剩余截面不能再承担负荷而突然断裂，从而导致结构的 整体破坏。其二是稳定性问题，特别是构件的局部稳定性。引发该问题的原因是由于 在构成结构的板的平面内，板受到平行于板面的压力作用，使板发生隆起、内陷等凹 凸不平的变形，使板的受载能力减弱从而导致局部失稳，引发结构的整体破坏。 对结构问题频发的大型港机，作为设备管理人员希望能够“引入结构的应力测试 与分析手段，对结构的实际状态作出较为准确的诊断和评估，以确定是否能适应目前 上海海事大学工程硕士学位论文桁架形式的集装箱装卸桥的局部稳定性控制与管理 的工作要求，并提供相应的改造和安全作业的建议，尽早采取预防性的措施。”针对 港口设备管理的需求，国内外的研究学者对引发大型港机结构事故的主要原因进行了 详细地分析与实验，应用了多种理论和工具来解决大型港机结构的管理问题，其中对 疲劳问题和稳定性问题的研究尤其突出。 近年来，我国港口和电厂煤码头的门机主臂架折断事故已发生了很多起，这些事 故的原因是主臂架受压的翼板局部失稳而引起的整体破坏。类似的局部失稳也发生在 集装箱桥机上，是前工字形承轨梁的受压上翼板局部失稳。要评价薄壁构件的局部稳 定性问题，需要用到板的稳定理论，板的稳定涉及弹性和弹塑性问题，需要考虑大变 形。 目前，在港口设备管理的实际运作中，对于结构安全管理的主要应对措施是，设 备管理人员根据港机设备作业环境的特殊性，考虑到由于使用年限增加而导致的设备 老化失灵，金属钢结构的局部失稳或结构疲劳而产生的裂纹及外部环境影响而产生的 腐蚀，通过结构的应力测试与分析，将断裂力学应用于疲劳分析，结合实际作业工况， 给出主要的裂纹巡检部位和巡检周期等重要内容，为结构的点检提供指导。对于大型 港机结构的稳定性管理，主要是通过对受压部位进行测试分析，考虑初始位移和弹性 模量等影响因素及基本安全系数，计算得到许用临界应力。比较最大静测应力和最大 动测应力，求解测点的稳定性储备，根据受载情况来判断该测点是否满足动( 静) 态 稳定性要求，从而提出管理的措施和手段来避免大型港机结构的由于局部失稳而导致 的整机事故。 1 4 论文研究的主要内容 根据结构管理问题的主要应对措施，本文着重对集装箱装卸桥的结构局部稳定性 问题进行深入的研究，主要的工作内容有： ( 1 ) 根据结构安全管理分析对应力数据的需求，对本公司的1 号和2 号集装箱 装卸桥进行静态和动态测试，将获取得到的典型测点的应力情况作为结构安全管理分 析的数据基础。 ( 2 ) 以大型港机结构，特别是集装箱装卸桥的金属结构为研究对象，对结构的 局部稳定性问题进行定性分析，搜集总结影响结构局部稳定性的主要因素，据此建立 结构稳定性管理的重点和方向。 ( 3 ) 对结构的局部稳定性问题进行定量分析，以薄板和压杆的稳定性理论为基 础，建立板结构及杆结构的局部稳定性分析评估模型，通过模型的计算与分析，对结 上海海事大学t 程硕士学位论文桁架形式的集装箱装卸桥的局部稳定性控制与管理 构的稳定性是否满足需求进行评价，从而提供稳定性管理的理论依据。 ( 4 ) 对本公司的1 号和2 号集装箱装卸桥，应用建立的局部稳定性分析评估模 型，进行结构的局部稳定性评价，为设备管理人员制定适当的管理办法提供决策支持。 4 上海海事大学工程硕士学位论文桁架形式的集装箱装卸桥的局部稳定性控制与管理 第二章结构安全管理分析的数据准备 集装箱桥机的破坏首要的一个因素是静态强度和动态强度的负荷能力。对于金属 结构的静态强度和动态强度来说，往往是应力的情况就确定了其是否破坏，特别是静 态强度问题，当应力很大的时候，如果是拉应力的话，就可使得管材被拉断的情况， 对于板材，就可能存在拉裂的情况，压应力的情况，则可能造成平板或圆管出现局部 失稳现象而导致结构的整体破坏。所以对于金属结构来说，往往是先要进行静态强度 和动态强度的测试来查看会属结构的应力情况，来判断金属结构是否会发生破坏。 2 1 结构强度与稳定性概述 静态强度是指主要金属结构关键受力部位在额定载荷静态作用下的应力分布情 况，以进行结构的强度核算和安全评估判定是否符合静态强度及其稳定性要求。静态 强度主要是基于金属结构的材料和应力强度来说明，不同的材料有不同的性质，那么 其能够承担的静态强度的大小也是不一样的，比如对于q 2 3 5 的最大承受静态应力为 2 3 5 m p a ，如果为锰合金的钢材，那么其承受的最大静态应力就远远大于2 3 5 m p a ， 当测定金属结构的静态应力后，就需要和材料的最大承受静态应力进行比较，看看其 是否已经超过了材料的最大承受应力，另外，由于材料的最大承受静态应力是在一定 的工况下测定的，而且也是一个统计意义上的最大承受静态应力，所以，有时候我们 发现，实际测定的静态强度应力大于了金属结构材料能够承担的最大静态强度应力， 这是可能的。另外，金属结构的静态强度的大小也是为结构的稳定性分析提供测试数 据，也为动态测试点和疲劳寿命测试点及疲劳寿命估算点的选择分析提供依据，这是 因为只有当静态应力的比较大的情况下，才能发生疲劳和稳定性破坏。 动态强度指承载构件上某些点在实况作业中由于动载荷的作用而引起的结构动 应力，定量分析被测点的动态应力峰值和应力动荷系数并校验静测结果。通过动态强 度的测试，可以分析动荷系数，如果动荷系数太大的话，那么当出现静态应力比较大 的情况，其动态应力很有可能超过了材料的承受强度，另外，如果动荷系数太大，对 于安全也存在很大的隐患，而且，当动荷系数很大的情况下，作业司机就会感觉到振 动的很厉害，同时给作业也造成很大的麻烦，同时对设备的一些部位造成很大的应力 集中的可能，所以从上所述，应该降低金属结构的动态强度，同时，测试结果可以为 裂纹分析、寿命估算和稳定性评估作依据和参考，为进一步合理使用提供参考数据。 上海海事大学工程硕士学位论文桁架形式的集装箱装卸桥的局部稳定性控制与管理 2 2 测试准备与测试概况 2 2 1 测点布置 1 、2 号机测点布置分别见图2 1 和图2 2 。 6 匦删恬呱孱r毯幂恻艘蜒蝌媒斛世审l_ 1 n 匦 上海海事人学工程硕士学位论文桁架形式的集装箱装卸桥的局部稳定性控制与管理 7 匦啊峰蛭露r通暴恻艘澳浆娥科世_旨n掣n圈 上海海事火学工程硕士学位论文桁架形式的集装箱装卸桥的局部稳定性控制与管理 2 2 2 测试工况 1 、2 号机测试工况分别见表2 1 和表2 2 。 表2 11 号机静载应力检测工况 工况编号载荷( 1 )小车位置操作程序 前伸臂仰起仪器置“0 ”，放平到工作状态， l0停车位置 仪器读数 3 0 5 前后门框中间空载时仪器置0 ，提升载荷后只读小车 3 8 0 前后门框中间立柱上j 1 、j 2 测点数据 i v前| 、j 框下部 v 前伸臂简支段中部 3 0 5 v i 前伸臂端部 小车在前门框内侧载荷落地时仪器置 v 后伸臂端部0 ，提升载荷小车运行到“小车1 ：i ) = 置”， v 川 前门框下部仪器读数 i x3 8 0 前伸臂简支段中部 x后伸臂端部 注：1 由于该机局部有裂纹存在，其后拉杆应力水平较高，囚而3 8 o t 载荷小车未开到前伸臂端 部； 2 载荷不含吊具重量。 表2 - 22 号机静载应力检测工况 = 况编号载荷( t )小车位置操作程序 前伸臂仰起仪器置“0 ”，放平到丁作状态， io停车位置 仪器读数 前后门框中间 川 前后门框中间 3 0 5 i v 前框下部 小车在前后门框中间载荷落地时仪器置 v 前伸臂简支段中部0 ，提升载荷小车运行到“小车位置” v l 前伸臂端部 后仪器读数 v 3 8 ，o 后伸臂端部 v 川 前门框下部 通过对厦门海天码头的两台集装箱桥机以如图2 1 和图2 2 所述的布片情况进行 实际测试，测试其静念应力和动态应力情况，结合集装箱桥机的金属结构情况展开关 于静态应力和动刚度情况、设备的裂纹扩展和结构稳定性控制的分析。 2 3 静态强度测试 对于静态强度测试，当前国际上主要采用电测法进行测试，电测法是以电阻应变 片作为传感元件，将应变片粘贴在待测金属结构的每一确定位置上，通过静态应变仪， e 海海事大学工程硕士学位论文 桁架形式的集装箱装卸桥的局部稳定性控制与管理 直接测定待测点的应变( 应力) 值。测试过程见图2 3 。 图2 - 3 静态测试过程框图 仪器读得的数据为：微应变值p e o o 6 ) ，如读得的微应变值为e ，则在单向应力 状态下，由虎克定律，实测应力为 口= e e( 2 - 1 ) 式中e 材料的弹性模量( q 2 3 5 材料e = 2 1 0 g p a ) 在二向应力状态主应力方向已知时，如测得二向主应变、s ，则实测应力为： q f e 7 ( 岛 仃：= f e 7 ( s ： 式中泊松系数，取肛= 0 3 。 另外，应变片及应变片粘贴对静态强度的测试也有很大的影响，应变片的灵敏度 系数是评定应变片的关键指标，对于粘贴，务必要做到和金属结构紧密结合，这样才 能正确反映应力情况，一般常用的方法有：对贴片位置进行打磨、丙酮清洗、吹干、 用5 0 2 胶水粘贴应变片，为了防止零飘，又再次吹干，使绝缘度达到5 0 0 m o ，然后 用7 0 3 密封胶密封。 最后在测试过程当中要注意补偿与修正。 1温度补偿片 温度补偿片不仅可以共线补偿，也可以单点补偿，我们采用单点补偿，把事先加 工好的糙贴有补偿片的专用低碳钢钢块，放在各测点位置附近，并使用同一屏蔽线。 这样可使温度影响减少到最小。 2 导线长度修正 在一般情况下，当导线电阻较大时，应对测试值进行修正，但在采用单点共线补 偿时，当导线回路电阻r = 2 0 0 时，可不进行修正。由于我们的单根导线电阻小于1 0 0 ， 所以不必修正。 3 灵敏度修正 标准灵敏度系数为k = 2 ，当k f f 2 时，只要根据应变片的灵敏度系数将仪器的幅 值调整到规定的数值，仪器即可自动进行修正。 )2 2( 、，r，j 、， ) 屯 【l 肛 肛 + 上海海事人学工程硕上学位论文桁架形式的集装箱装卸桥的局部稳定性控制与管理 2 3 1 静态强度测试数据 本论文采用电测法对金属结构进行静态强度的测试，测试数据见表2 - 3 ，表2 4 。 表2 - 31 号机静载应力检测结果表 上况号 测点霸八 i| i川i vvv lv v i i ii xx a 1- 4 _ 72 5 4， a 2 + 9 o ， + 5 2 2 ，| a 3 + 7 5 + 2 1 ，91 4 + 2 7 5 | - 0 6 ，- 2 5 6， b 11 o | + 6 72 6 4 5 5 b 2 + 2 6，+ 7 3- 2 6 0，+ 8 6 ， b 3 + 1 2 + 1 1 42 6 4 + 1 2 3 b d 1 0 + 1 0 2 - 2 5 6ll+ 5 5 ， c 一- 3 6一3 2 33 6，4 3 4，9 43 5 2+ 0 21 0 6 c 2 + 0 4 | 2 3 3- 4 5- 4 4 89 o2 8 _ 71 01 1 2 c 3 - 1 1 2l - 3 0 13 8 92 1 - 7- 8 8- 3 3 8- 4 3 67 7 c a一1 0 6，1 9 83 5 21 7 86 5- 2 5 24 3 28 4 d 1+ 3 5 0 |t + 2 5 4+ 6 1 5 ， + 2 7 6 d 2 + 3 2 5 | + 2 3 5+ 6 0 o + 2 5 3 e 14 7 1 |， + 1 1 61 2 o5 4 9+ 4 9+ 1 5 18 8+ 5 7 e 2 4 0 3，+ 1 1 81 2 o5 4 7+ 4 9+ 1 4 59 8+ 5 3 f 1+ 5 3 0 ， + 4 3 8+ 1 2 0 9- 4 0 1 ， + 4 6 14 2 2 f 2 + 2 9 7l，+ 2 9 3+ 6 6 22 7 0，+ 3 3 0- 2 7 6 g ，+ 1 0 2 ，| + 2 2+ ”8+ 2 5 6 + 1 4+ 2 9 5 g 2 + 7 7 ， + 2 2 + 1 1 2+ 2 2 9 ， + 1 6+ 2 6 2 h 1+ 2 7 4 | 3 6 93 0 7+ 1 1 6+ 2 9 34 4 2 - 3 8 5+ 3 2 8 h 2 + 5 8 2 | - 4 4 8- 2 8 4+ 1 7 4+ 1 7 05 2 6- 3 7 9+ 1 8 8 1 1 + 2 2|，+ 5 3+ 9 08 8，+ 5 3- 9 4 1 2 1 2 7 |， 1 5 9- 3 1 7+ 1 82 一1 6 4+ 2 0 2 j 1 一2 8 2- 3 0 _ 7 ，| j 2 2 352 5 8 ， 1 0 上海海事大学t 程硕十学位论文 轿挺形式的集装箱装卸桥的局部稳定性控制与管理 表2 42 号机静载应力检测结果表 工况号 测点藉八 i| i川i vvv iv v a 14 7 ，l - 2 4 1 ， a 2 + 7 1 ， + 5 1 6 ， a 3 + 1 6 - 2 1 5 | a 4+ 1 0 6+ 1 4， b 一 一2 2 + 1 7 22 3 5 ， + 1 9 0 ， b 2 + 4 5 + 1 6 13 2 8l + 1 7 8 b 3 + 3 4 + 1 4 73 4 0 |+ 1 7 0l b d0|+ 1 4 52 0 0 + 1 3 9 c 1- 1 2 3- 5 2 8 8 6 8 2 21 6 6- 5 8 88 2 - 2 0 0 c 2 + 6 93 4 2+ 1 2- 5 0 21 1 04 2 0+ 0 61 4 5 c 3 1 7 0- 5 4 r 7- 6 2 14 1 41 2 3 5 6 96 8 21 4 7 c t1 2 3- 3 5 8- 4 3 02 7 88 43 9 95 1 6- 1 0 8 d 1+ 4 0 5 + 2 4 8+ 6 1 0 | + 2 8 0 ， d 2 + 2 9 1，+ 1 8 4 + 5 2 2 ， + 1 9 2 ， e 1 4 5 3+ 1 8 2- 7 35 0 2+ 7 1+ 1 2 31 2 7 - o 6 e 2 3 2 5+ 1 4 14 1- 4 1 2+ 5 1+ 1 3 76 1+ 0 6 f 1+ 6 1 9 ， + 5 0 4 + 1 0 0 64 2 8+ 5 5+ 5 3 84 8 4 f 2 + 4 8 3 ， + 5 1 o+ 1 2 4 44 3 0+ 6 1+ 5 3 3 - 4 8 0 g i + 1 3 9 |+ 1 8 + 1 2 5 + 2 5 6- 4 1+ 2 4+ 2 8 9 g 2 + 7 3|- 1 2 + 8 2 + 2 5 4- 4 9o+ 2 4 1 h 1+ 2 8 0- 4 4 8- 3 7 9- 2 0 9+ 2 3 54 5 1 - 3 9 1+ 2 7 4 h 2 + 5 9 25 3 o3 5 6- 9 8+ 7 14 9 63 8 7 + 1 5 5 1 1 - 8 4 + 4 1 + 5 31 3 3+ 8 0- 2 0 2 | 2 1 1 4 ， 1 5 72 8 7+ 1 2 9 ，- 1 8 5+ 1 7 0 2 3 2 静态强度测试结果分析 1 基本参数 ( 1 ) 臂架腹杆 资料只给出臂架腹杆钢材牌号为s t k m l 3 b ，查日本工业标准得屈服极限 s s = 3 0 4 m p a ，强度极限s b = 4 4 1m p a ，s - 1 = 0 4 7 s b = 2 0 7 m p a 。 ( 2 ) 主弦杆 资料只给出8 0 k g m m 2 高强度钢，偏于安全地取屈强比为0 7 ，则屈服极限s 。 = 5 4 9 m p a ，强度极限s b = 7 8 4 m p a ，疲劳极限s 1 - 0 4 7 s b = 3 6 8 m p a 。 ( 3 ) 车架系统 没有提供资料，外单位经化验，住友轮胎吊批量不同，化验结果也不一样，有 上海海事人学工程硕士学位论文桁架形式的集装箱装卸桥的局部稳定性控制与管理 3 5 m n ，也有低碳钢，为了安全，按低碳钢处理，查标准得到，屈服极限s 。= 2 3 5 m p a ， 强度极限s b = 4 4 9 3 m p a ，疲劳极限s 1 = 2 1 3 m p a 。 2 测试结果分析 考虑仪器误差，贴片位置误差，数据处理，超载等因素，根据g b 3 8 1 1 8 3 规定； 取安全系数n = 1 5 ，则静载许用应力为： 臂架主弦杆 臂架腹杆 车架系统 【盯】o s - 5 4 9 ：3 6 6 m p a ( 2 3 ) n1 ) h 。旦。i 3 0 4 ，2 0 3 m p a 以j 3 【口】= 詈= 2 1 5 3 5 _ 1 5 7 m p a 在所测的工况下，载荷产生的实测应力值在臂架的主弦杆都较大。 ( 1 ) 在额定载荷和1 2 5 倍额定载荷静载作用下，1 号机当载荷在前伸臂端部时 最大应力在f 1 测点上( 在后中拉杆) ，由载荷产生的应力为+ 1 2 0 9 m p a ，叠加由俯 仰过程中产生的应力+ 5 3 0 m p a ，则应力值接近材料的许用应力( 该材料相当于国产 0 2 5 5 型号，其许用应力为1 8 0 m p a ) 。2 号机当载荷在前伸臂端部时最大应力在f 2 测点上( 在后中拉杆) ，由载荷产生的应力为+ 1 2 4 4 m p a ，叠加由俯仰过程中产生的 应力+ 4 8 3 m p a ，情况同1 号机。 其他各主要受力部位的应力值在正常范围内。 ( 2 ) 通过额定载荷动载应力检测，两台机后部中拉杆的应力值较大，1 号机最 大应力峰值为+ 1 6 0 m p a ，2 号机最大应力峰值为+ 1 4 0 m p a ，叠加俯仰过程中产生的 应力值，两台机在此部位的应力值均达到和超过了其材料的许用应力。 其他各动载应力测点的应力峰值和对比值在正常范围内。 臂架腹杆的实测应力值都较小。另外，很多测点的实测应力值加上自重应力值的 总应力值s m a x 靛 叮( m 山 吞 日 m h 目 + 高 靛 萎 萎 一趔 轷 时 一口-日 m目 一 看0 崔 一 i!甲 一靛彩最 趔 粤趔 l 一些- r 塑墅 、 一 r- r 趔崔趟 o 1 1 一一羼 羼冀 雹 气一 一 i i 翠 蛊 旱 晕 己 幸荦譬荦 1 5 垣嘶蹭r毯桶蒋g誓oia博蹇删裂蜒蜊球捌过妒i_内团 箬鼬棹2 落 需磊束q臀器世卜 擂磊束叫臀磊世卜 蒋磊索叫臀磊碰卜 需磊隶叫需磊碰卜 酮掣杂幂洲妊删卅l旱辉躯晕世圳靶善f卅轱珲|旨譬交州靶蓦|f*、，笳亡b辜鲁霉表州靶蜊卅 输导掣lj世柱洲妊螂卅 一山i l 古 上海海事火学工程硕士学位论文 桁架形式的集装箱装卸桥的局部稳定性控制与管理 繇坦慨粤r域怕需g茁onio蚶嚣删裂蜒臻球斟世妒nn圃 。 i f 。 oo? 一 h 彩较 _ 祆 二 ! 趔趔 趔 虫篁 兰 素靛 靛 重謇r 一 e 叁 豁 较 。 n7 。t 转 c 一 + + l 靛彩 理姆 霸轷 一 时 口 皇骞 鱼 n 昌 l 。 i - 较 软 趔 趔蜊 | 黜 墅磐 r rr 伪 ， 趟 斟 ， ， r ， 藤囊j 露 譬蛊 g _ = 一 da 2 于是可见，式( 4 1 7 ) 所示的四个根必然是两实两虚，可以写做： 取正实数 脐川7 面 l 。相应于临界载荷的k 值如 图中实线所示，数值如下表所示。 表4 2 两对边简支，另为一边固定一边自由时k 值 a b 1 01 21 41 6 1 8 2 o2 22 42 6 3 0 k1 | 7 01 4 71 3 61 3 313 41 3 81 4 51 4 71 4 0 1 3 4 | 4 2 4 两对边简支，另两对边为固定 当不受载荷的两对边为固定时，图4 6 所示，边界条件是 ( w ) 。一of 业1 ：0 l 印j 舢 上海海事大学工程硕上学位论文桁架形式的集装箱装卸桥的局部稳定性控制与管理 ( 叽一o ，r 。 图4 6 通过与上面相似的运算，得 沏曲一c o s 膨) 2 。( 曲曲一鲁s i n 膨) ( 曲曲一号s i n 膨) ( 4 - 2 3 ) 、 吐 儿卢j 仍然将临界载荷用( 4 2 1 ) 式表示。对于给定的边长a 和b ，可以针对性不同的m ， 由式( 4 2 3 ) 求出p d ，再选用它们的最小值，由( 4 - 2 1 ) 式求出系数k 。求得的 k 值如下表所示。 表4 - 3 两对边简支，另两边固定时k 值 a b 0 4 00 4 5 0 5 0 0 6 00 7 00 8 0o 9 0 1 0 0 k9 4 48 4 37 6 97 0 57 0 07 _ 2 97 8 37 6 9 现在对几种支承情况作一比较，规定a = b 即a j b = l 时的k 值如表4 4 。 表4 4 不同支承时k 值比较 春 支撑情况 k条件 ( 只) 。， 1 对边简支，另两边自由 1 0 0 2 对边筒支，一边简支，一边自由 1 4 4 只平行x 3 对边简支，一边固定，一边自由 1 7 0七掣 a = b b 2 4 对边简支，另两边简支 4 0 0 m =