前 言
双梁桥式起重机主梁下挠和车轮啃轨是修理工作中的两大难题，主梁下挠影响起重机的正常使用，本文就下挠的原因、影响进行了阐述，总结对比了两种修复主梁下挠的方法，即火焰矫正法和预应力矫正法。据用户反应大部分起重机主梁在使用过程中出现拱度减小或者下挠，一般来说，主梁下挠就需要修复，严重下挠时（空载0.66L/1000，满载1.5L/1000）需要大修，大部分受其使用年限和工作温度过高等原因的影响，我厂成功利用火焰矫正及焊接加固为攀企轧钢厂9#吊车等（吊车跨度19.5米，额定起重量16吨 ，起升高度 10米，小车跨距2米，室内作业）恢复拱度，方法可行，效果明显。

一．影响主梁下挠的原因
影响箱形主梁下挠的原因是多方面的，有制造、使用的原因，也有运输、安装的原因，可归纳为以下几点：
1．主梁结构内应力的影响
箱形结构是一种焊接结构，由于焊接过程中局部加热造成焊缝及其附近加热区金属的收缩，产生了残余应力。箱形主梁六条角焊缝引起的焊接内应力如下图所示，即上下盖板焊缝附近为拉应力，中间为压应力；又由于主梁内部筋板焊缝的应力叠加，腹板压应力区域中心下移。
  由于焊接产生的残余应力和工作应力叠加，结构的局部应力可能超过屈服极限导致局部的塑性变形，从而使整个主梁产生严重变形。另一方面，由于自然时效使梁结构中的残余应力在使用的过程中逐渐消失，主梁也会出现变形，这些变形就是主梁上拱减小或下挠的原因。

2．腹板波浪的影响
箱形主梁腹板波浪较大时，主梁下挠变形以后，腹板波浪由于受拉区向受压区集中，也就是靠近下盖板的腹板波浪展平而靠近上盖板的腹板波峰增大。腹板波浪变迁的过程也就是主梁下挠变形的过程。
3．超载使用的影响
    桥式起重机经常超载或者不合理使用，是主梁产生下挠的主要原因之一。实践证明，起重机产生下挠的主要原因是长时间静力超载。所以在使用上要防止起重机长时间悬吊超重货物，同时也要注意当起重机不工作时也应把小车开到跨端处。
4．走台、上盖板的气割、焊接对主梁下挠的影响
    在主梁上盖板上加热（气割、气焊）会使主梁下挠，在走台上加热，会使主梁向内旁弯，所以要尽量避免在主梁金属结构上气割和焊接。如修理小车轨道时，应铲下压板，而不应用气割，必要的焊接要采取防止主梁变形的措施。
5．其他方面的原因
    在起重机未投产前，主梁的运输、存放、安装以及起重机使用年限、工作环境等都会使主梁产生拱度减小或者下挠。
二．主梁下挠对起重机使用性能的影响
1．对小车运行的影响
桥式起重机主梁在空载时，已出现严重的下挠变形，负载后小车轨道就会随同主梁一起产生变形，轨道就会出现坡度，小车由跨中开往两端时，小车不但要克服正常的运行阻力，而且要克服由爬坡而产生的附加阻力。据粗略估算，当主梁跨中下挠值达L/500时，小车运行阻力将增加40%，严重下挠小车运行机构电机易被烧毁。
    另外，小车反向运行时，还会出现打滑现象，自行溜车，严重影响起重机作业。对于双梁起重机，由于主梁下挠变形，还会使小车三支点运行。
2．对主梁金属结构的影响
主梁出现严重下挠并产生严重变形时，主梁下盖板和腹板的受拉区的应力已
达到屈服极限，甚至在主梁下盖板及附近的腹板上出现裂纹、脱焊的现象。
三．主梁下挠的修复方法
箱形主梁下挠的修复，目前常采用两种方法，即火焰矫正法和预应力矫正法。
火焰矫正法的原理是利用金属热塑性变形的原理在主梁下盖板和腹板局部区域用火焰加热，冷却收缩时产生向上拱起的{yj}变形，达到矫正主梁下挠的目的。预应力矫正法是使起重机主梁在承载载荷前，预先张拉预应力拉杆施加应力，这个应力与工作应力的方向相反，抵消部分工作应力，达到主梁向上弯曲恢复上拱的目的。
（1）火焰矫正
1．适宜于火焰矫正的钢材材质及加热温度。
据《焊工手册》查证，实践证明，火焰矫正适宜于各种低碳钢，如Q235钢等，普通低合金钢大部份可采用火焰矫正，如16Mn钢等。试验结果，火焰矫正对钢材的机械性能影响不大。
火焰矫正加热温度对Q235钢可加热至700~800℃（暗红色—暗樱桃色）之间，对于16Mn钢，加热温度为650℃左右时，严禁用水冷却。
2．火焰矫正主梁变形规律

 
式中n—火焰矫正位置的数量，a—火焰加热面积重心到时最近一端的距离，a值小于L/2，B—火焰矫正加热宽度，F—火焰矫正加热截面面积， —火焰矫正压缩系数，对箱型梁跨度为22米时， =0.096，e—火焰矫正加热面积中心到梁截面重心座标轴的距离，J—主梁的截面惯性矩。
3.焊接加固
①焊接加固截面形式
对于大型重载桥式起重机主梁下挠进行火焰矫正后还需要进行焊接加固，主梁加固本着能稳定主梁上拱又能方便施工，使主梁自重增加最少。一般以增加主梁截面惯性矩20%为宜。加固形式较多，如加角钢，加钢板，加槽钢等。通常以加固槽钢较为普遍。
②焊接加固主梁变形计算
⑴对于手工电焊，主梁变形曲线
f=c LK2/8=2.753 10-3K2 εZLk2/J
式中K—焊缝高度，ε—重叠系数，双面角焊缝取1.3，间面焊缝取1.0，Z—构件截面重心到纵向焊缝的距离。
⑵横向焊缝主梁变形计算
横向焊缝主梁变形与火焰矫正主梁变形相似，对手工电弧焊有
f=ε ai=0.0219K2ε b ai
式中b—横向焊缝的长度。
③防止产生焊缝裂纹的条件计算
对于低合金钢，焊缝熔合线处，由800℃冷却至500℃的时间，即t8/5。当t8/5过于短暂时，则会使熔合线处晶粒变粗，临界转变温度升高。这两种情况的出现直接影响焊接质量。对于高强度低合金钢t8/5介于7~20之间。对于大型重载吊车主梁下盖板一般大于25mm，则t8/5的计算公式如下：
t8/5=(0.67-5 10-4T0η/)E[(1/500-T0)-(1/800-T0)] 
式中η/—相对热效率，碱性焊条手工焊，η/=0.8； —施焊温度℃，如需预热，一般预热温度为50℃至200℃，E—线能量，V—电弧电压，I—焊接电流，V—焊接速度，F—影响冷却时间的形状系数，角焊缝取0.67。
4．施工步骤
①矫正工作开始之前，应把小车开到非司机室的一侧，搭设脚手架，用千斤顶支在主梁的中部，使主梁一端的车轮离开轨道适当的高度，封车、断电。
②对主梁拱度，旁弯，扭曲情况进行全面测量，拱度用钢线测量法，旁弯及扭曲情况用挂钢线与线坠相结合的方法，如下图。

拱度测量图

旁弯测量图

拱度测量图中：f拱=h-（f线+b）mm
式中h—线架高，b—钢线与主梁上盖板间的距离。
f线= (L-x) 103(mm)
式中g—钢线自重，Q—配重重量，L—线架间距，X—线架测点距离。
③确定烤火位置和顺序
对箱形主梁烤火位置应选在大隔板处，在腹板下部，即主梁腹板高度的1/4~1/3处，加热宽度约为80~100比较适宜。其面积为ab/2和主梁下盖板面积为ac，并避免在跨中加热。
加热顺序，由主梁两端烤火点逐渐向中间延伸，也可两端向中部跳跃式加热。一般在实施火焰矫正时，采用跳跃式加热方式，如下图
    加热区分布图
④减少走台板的影响
对于大型重载桥吊每根主梁常有2个走台板，在火焰矫正实施过程中，主梁变化明显。因走台板的影响，使主梁纵向重心向走台板一侧偏移，从而造成主梁扭曲。可采取在走台板下部加支撑。
⑤实施火焰矫正
按上图加热顺序，每一根主梁两个对称烤火点，如1和1`点，原则上同时进行，同时结束。要求火焰大小，火焰离烤区金属间距、烤火方式及速度力争一致，且火焰均为中性焰，在每一烤点，也必须同时对称进行，否则主梁易出现扭曲变形。每加热完两面对称烤点，冷却至室温后，需对主梁上拱，旁弯等进行测量，以便为下一步工作提供依据。
要求主梁拱度矫正为（1.6~1.8）L/1000， 拱度处理达到要求后，将主梁腹板与下盖板的角焊缝重新满焊；焊满后再用槽钢及联接板在主梁下盖板上加固处理；
⑥实施焊接加固
对大型重载桥吊主梁采用焊接加固只能增加几个毫米的上拱值，主要目的在于增加主梁截面惯性矩，保持火焰矫正恢复的上拱值。而防止因焊缝产生裂纹就显得十分重要。
吊车主梁加固截面形式及焊工安排和施焊顺序如下图, 焊接完后，松开所的千斤顶，检测主梁旁弯及上拱度是否达到要求，做好记录，确认后进行油漆的防护；结构全处理完后对主梁腹板进行探伤。

    焊接技术要求：
焊接烘烤要求达到250℃时，保温2小时，槽钢与主梁及槽钢与加固钢板处均需除锈打磨，在焊接过程中严禁在原主梁上起弧，焊接过程是否预热需计算t8/5，焊接过程中，每一位焊工要求焊接电流，电弧电压，焊接速度一致，以防止主梁产生扭曲。加固后主梁如下图所示：

（2）预应力矫正
1．预应力矫正结构的要点
如下图所示，此法矫正下挠，是在主梁的下盖板两端焊上两个支承架，然后
把若根两端带有螺纹的拉杆穿过支承架，拧紧螺母，使拉杆受到张拉，主梁偏心
受压，使主梁向上拱起，从而达到矫正起重机主梁下挠恢复上拱的目的。

1—锁紧螺母  2—主梁  3—拉杆  4—托架  5—支承架
在预应力矫正法中拉杆端部结构尤为重要，如下图。其各结构要点如下：

1—工作螺母  2—立板 3—防松螺母 4—支承架 5—托架 6—拉杆
①拉杆
    拉杆由端杆与圆钢拉杆组焊接而成，但必须保证其同轴度要求，焊后应仔细检查，{zh0}作探伤检查。两端带螺纹部分的端杆，一般用45号钢制作，为防其断裂或滑扣，应保证其加工质量和材质要求。为了便于工人张拉，应尽量减小每根拉杆的张拉力。拉杆的设置可以单排或双排列，排列应对称与主梁的垂直轴，其布置宽度一般不超过主梁的宽度。端杆上的螺母分为工作螺母和防松螺母，工作螺母在张拉时，通过拧紧施加预应力并锚固拉杆以保持预应力的长期作用，由于拉杆张拉时的应力往往超过设计应力，因此工作螺母要求较厚，一般厚度65mm为宜并且材料与端杆材料相同，防松螺母的作用是防止工作螺母松动或拉杆断裂而设置的 ，一般用Q235钢制成。
  ②支承架
  支承架结构如下图所示，由底板、立板和筋板焊接成。采用单面角焊缝，底板与立板外面要求平整，以保证支承架与主梁下盖板及工作螺母贴紧。支承架底板的宽度应略宽与主梁下盖板的宽度，底板的厚度与主梁下盖板的厚度相等，焊缝高度近似板的厚度。立板为主要受力件，一般较厚，筋板间的距离与拉杆中心距离相等，边孔到板缘的距离不应小于80mm 。
 

    1—立板  2—筋板  3—底板
③托架
托架是为了防止或减小起重机运行过程中拉杆的颤动而设置的，一般每一主梁下设置3个，当跨度大于22.5m 可设置5个，托架不允许焊在主梁腹板上，只能与下盖板焊连。
2．预应力矫正法的操作程序
    预应力矫正法施工操作程序如下；
    圆钢下料、制作端杆及螺母→组装吊笼并装入拉杆→吊车停车、停电，测下挠→在主梁下搭吊笼→制作并安装支承架→穿拉杆入支承架焊临时托架→施加张力→测出上拱度→固定托架割临时托架
安装支承架、托架及拉杆时，通常可用起重机小车提升吊笼进行，无需卸下起重机。吊笼宽度一般大于1.5m，而长度则保证两根主梁均可操作，吊笼应铺木板，保证工人操作安全可靠。
张拉预应力是安装预应力拉杆的关键工序，应先将一端螺母全部拧上，然后到另一端收缩螺母。各螺母应逐个分次拧紧，不能一次拧紧到位。每拧一遍螺母时，均应测出主梁挠度变化值，直到上拱度符合规范标准为止，张拉拉杆时，不能让拉杆转动，否则效果不佳且易拉断拉杆，如果拉杆长度大于24m，{zh0}从两端同时张拉。
3．计算
①主梁需调整的挠度
  主梁需调整的挠度值即从主梁下挠的{zd1}点到上拱标准值的调整量，按下式计算

式中 —每根主梁需调整的挠度值
—主梁矫正前跨中的下挠值
—主梁矫正后要求达到的上拱值
②每千牛拉力的调挠值
 
式中 —主梁跨度
—拉杆跨度
—拉杆至主梁中性轴的距离
—主梁弹性模量
—主梁沿中性轴惯性矩
③每根主梁需要的总拉力

④每根主梁调挠时所需拉杆数

式中 —每根主梁调挠时所需拉杆数
  —拉杆材料许用拉应力
—拉杆截面积
—安全系数
⑤支承架立板厚度计算
计算支承架立板厚度按立板与工作螺母接触圆周受剪力决定
单孔剪切力

单孔受剪面积
 
立板厚度计算

式中 为工作螺母与立板接触圆直径。


四．总结
1．预应力矫正法容易控制上拱的程度，修理后拱度一般较为稳定，工艺简单，工程较小，仅适合小起重量的吊车的矫正，无法矫正旁弯和腹板波浪；
2．预应力矫正法对主梁的强度、刚度均得到了加强，修理周期较短、效果较好；
3．火焰矫正效果明显，适用性强，普遍采用此法，可同时矫正主梁的旁弯和腹板波浪，但工艺较为复杂，不易控制，工程量较大，工艺要求较高；
4．恢复上拱度的过程中，主梁中心有向上作用力，对主梁恢复拱度有利，但对拱度贡献大小只能靠经验，无计算公式，有待探讨；
5．火焰矫正过程中，气焊工的劳动强度大，有待进一步解决。