钢吊车梁和钢轨的抗疲劳连接方法与流程

本发明涉及一种钢吊车梁和钢轨的抗疲劳连接方法，适用于钢结构工业厂房的技术领域。

背景技术：

在工业厂房中，钢吊车梁的应用十分广泛，其能否正常运行，直接影响到工厂的安全生产。然而，现实中很多钢吊车梁并未达到设计使用年限就发生早起破坏，其中80-90％是由于疲劳效应引起的。研究表明，工业建筑中的钢吊车梁尤其是大吨位重量级工作制或超重量级工作制的吊车梁，疲劳损伤严重。由于吊车梁在行进过程中存在锤击现象，因此使得受拉的下翼缘没有出现疲劳损伤，而与吊车轨道接触的上翼缘与腹板的连接焊缝、上翼缘与加劲肋的连接出现疲劳破坏的现象。此外，吊车梁在安装与制作过程中产生的技术偏差会使吊车梁运行的竖向载荷偏心作用在吊车梁上，从而在吊车梁的上部区域产生局部的扭转作用。再加上吊车行驶期间的卡轨力及吊车横向水平力均加重了这种扭矩作用，会造成严重的局部应力集中，由此导致了疲劳现象的发生。

如图1所示，其中显示了现有技术中钢吊车梁和钢轨的一种连接方法。如图所示，钢轨10置于钢吊车梁的上翼缘的上表面中间位置，钢吊车梁的腹板20两侧间隔设置有加劲肋30，加劲肋30的上缘顶靠钢吊车梁的上翼缘并与其焊接。钢轨10的两个下肢通过压板103压置在钢吊车梁的上翼缘上，压板103通过螺栓104穿透钢吊车梁的上翼缘固定，压板103的上下两侧分别设置上垫板102和下垫板101。该方案中由于钢轨10直接置于钢吊车梁上，所以两者之间会形成硬接触，导致了钢吊车梁的上翼缘和腹板之间形成应力集中，容易导致疲劳现象的产生。

中国专利201310039715.3中公开了一种钢吊车梁疲劳破坏加固方法，如图2所示，其中将角钢3放置于出现裂缝的上翼缘1和腹板2的连接处，在腹板2两侧，角钢3对称设置，用高强螺栓6将腹板2、上翼缘1和角钢3连接成一体，高强螺栓6拧紧后再焊死，从而有效延长了吊车梁的使用寿命。

上述现有技术中的钢结构疲劳加固方法如焊接、螺栓连接均存在一定的局限性，例如焊接会导致焊缝缺陷和残余应力、容易产生新的疲劳裂纹源、施工难度大、质量难以保证等，螺栓连接需要在原结构上开孔从而削弱截面、容易发生应力集中、受限于作业空间、容易应力松弛等。因此寻求一种经济、高效的抗疲劳连接方法是本领域迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术中的上述缺陷，提出了一种尽量避免采用螺栓和焊缝连接的抗疲劳连接方法，能够极大地增强结构的抗疲劳性能。

根据本发明的钢吊车梁和钢轨的抗疲劳连接方法，钢轨放置于钢吊车梁的上翼缘的上表面中间位置，钢吊车梁的腹板两侧间隔设置有加劲肋，钢轨的两个下肢通过压板压置在钢吊车梁的上翼缘上，压板通过螺栓穿透钢吊车梁的上翼缘固定，压板的上下两侧分别设置上垫板和下垫板；在钢轨和钢吊车梁的上翼缘之间设有含橡胶颗粒的沥青混凝土层，在钢吊车梁的上翼缘和腹板连接位置处设有l型角钢，l型角钢相对于腹板对称地设于两侧并紧邻加劲肋，l型角钢的两个分肢通过粘钢胶分别与上翼缘的下表面和腹板粘结。

优选地，l型角钢的两个分肢之间设有斜撑板，斜撑板的两端分别与l型角钢的两个分肢焊接。钢吊车梁的上翼缘的上表面上还可以设有浇筑在沥青混凝土层中的预埋件。优选地，l型角钢的两个分肢长度相同，钢吊车梁的上翼缘的宽度、单个加劲肋的宽度、l型角钢分肢的长度之比为4：1.5：1。

优选地，所述沥青混凝土层采用石油沥青、双酚a型环氧树脂和水泥作为主粘结材料，由石油沥青、双酚a型环氧树脂、聚酰胺固化剂、甲基丙烯酸缩水甘油酯、硅烷偶联剂、粒径在1-2.5mm的丁苯橡胶颗粒、粒径在3-3.5mm的碎石子、50-60目的碳化硅粉末、水泥、长度为13-25mm的碳纤维、粉煤灰组成，制备时分别制备第一组分和第二组分，第一组分和第二组分的质量比为1：1.6，其中：

第一组分由石油沥青、双酚a型环氧树脂、聚酰胺固化剂、甲基丙烯酸缩水甘油酯、硅烷偶联剂按照质量比为1：0.6：0.15：0.08：0.05组成；

第二组分由粒径在1-2.5mm的丁苯橡胶颗粒、粒径在3-3.5mm的碎石子、碳化硅粉末、水泥、碳纤维、粉煤灰按照质量比为1：1：0.3：0.15：0.1：0.26组成；

其制备过程和施工方法如下：

(1)在反应釜中将石油沥青和双酚a型环氧树脂混合加热至135℃，然后依次间隔35-40秒加入甲基丙烯酸缩水甘油酯增韧剂、硅烷偶联剂和聚酰胺固化剂，充分搅拌后加热至150℃，制得第一组分备用；

(2)将第二组分中的各组分按照对应的质量比混合均匀；

(3)将第一组分加热至160℃后，放入第二组分，并混合搅拌均匀后再次加热至160℃，在上翼缘的摊铺位置处涂刷界面剂，然后将沥青混凝土摊铺在上翼缘上的指定位置，沥青混凝土的摊铺温度为152-155℃，摊铺厚度为6cm，摊铺速度为3.5米/分钟；

(4)摊铺完成后采用压辊滚压两遍，自然冷却至室温。

优选地，所述粘钢胶由a组分和b组分按照质量比为3.8:1混合均匀制成，其中的a组分由双酚a型环氧树脂45份、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷12份、液体丙烯酸酯橡胶10份、环氧丙烷丁基醚3份组成；b组分由芳香胺与脂环胺复合改性固化剂25份、碳化硅粉末13份、气相二氧化硅触变剂17份、聚酰胺28份、膨润土4份组成；

将l型角钢粘贴到吊车梁下翼缘和腹板的施工过程包括以下步骤：

1.对待粘贴的部位进行清扫和打磨，以去除表面杂质；

2.将上述a组分放入反应釜中混合均匀后加热至80℃，将混合均匀后的b组分加入反应釜中并充分搅拌，然后加热至125℃使各组分充分反应后冷却至62℃制成粘钢胶备用；

3.在待粘贴位置处涂刷一层界面剂，然后将温度在62℃的粘钢胶涂抹在待粘贴位置处，使用量为6-7千克/平米；

4.等待30-50秒，将l型角钢粘贴到吊车梁上翼缘和腹板，并在2mpa的压力下保持至少半小时；

5.撤去压力后静置24小时，使得粘钢胶充分固化。

根据本发明的钢吊车梁和钢轨的抗疲劳连接方法中通过粘钢胶将l型角钢分别粘结到钢吊车梁上，避免使用螺栓和焊缝连接，减少了疲劳破坏源；同时，在钢轨和钢吊车梁之间还设置有具有弹性缓冲作用的沥青混凝土层，进一步增强了结构的抗疲劳性能，极大地避免了疲劳现象的产生，并且便于修复。

附图说明

图1显示了现有技术中钢吊车梁和钢轨的一种连接方法。

图2显示了现有技术中的一种钢吊车梁抗疲劳破坏的加固方法。

图3显示了根据本发明的钢吊车梁和钢轨的抗疲劳连接方法的示意图。

图4显示了图3中的a-a剖视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图3所示，其中显示了根据本发明的钢吊车梁和钢轨的抗疲劳连接方法的示意图，钢吊车梁为工字钢型。钢轨10置于钢吊车梁的上翼缘的上表面中间位置，钢吊车梁的腹板20两侧间隔设置有加劲肋30，加劲肋30的上缘顶靠钢吊车梁的上翼缘并与其焊接。钢轨10的两个下肢通过压板103压置在钢吊车梁的上翼缘上，压板103通过螺栓104穿透钢吊车梁的上翼缘固定，压板103的上下两侧分别设置上垫板102和下垫板101。本发明的抗疲劳连接方法相对于图1所示的现有技术的改进包括以下两个方面：

(1)如图3所示，在钢轨10和钢吊车梁的上翼缘之间设有含橡胶颗粒的沥青混凝土层105，其作用是在钢轨和钢吊车梁之间形成弹性缓冲层，防止两者之间的硬接触，从而提高整体的抗疲劳性能。

(2)如图3-4所示，在钢吊车梁的上翼缘和腹板连接位置处设有l型角钢21，l型角钢21相对于腹板20对称地设于两侧并紧邻加劲肋30。l型角钢21的两个分肢通过粘钢胶分别与上翼缘的下表面和腹板粘结。与现有技术中通过焊接或螺栓连接l型角钢的技术相比，本发明采用粘钢胶固定l型角钢能够极大地降低疲劳失效的可能性，而且施工方便、快捷。优选地，l型角钢21的两个分肢之间还可以设置有斜撑板22，斜撑板22的两端分别与l型角钢21的两个分肢焊接。

本发明在钢轨和钢吊车梁的上翼缘之间设置沥青混凝土层，能够极大地提高结构的抗疲劳性能。因为沥青混凝土不仅具有良好的弹性，而且还具有粘结力强等优点。申请人针对该需求，还开发了一种新型的含橡胶颗粒的沥青混凝土材料，使其能够很好地适用于填充在本发明的钢轨和钢吊车梁的上翼缘之间。

根据本发明的沥青混凝土层采用石油沥青、双酚a型环氧树脂和水泥作为主粘结材料，由石油沥青、双酚a型环氧树脂、聚酰胺固化剂、甲基丙烯酸缩水甘油酯、硅烷偶联剂、粒径在1-2.5mm的丁苯橡胶颗粒、粒径在3-3.5mm的碎石子、碳化硅粉末、水泥、碳纤维、粉煤灰组成，制备时分别制备第一组分和第二组分，第一组分和第二组分的质量比为1：1.6，其中：

第一组分由石油沥青、双酚a型环氧树脂、聚酰胺固化剂、甲基丙烯酸缩水甘油酯、硅烷偶联剂按照质量比为1：0.6：0.15：0.08：0.05组成；

第二组分由粒径在1-2.5mm的丁苯橡胶颗粒、粒径在3-3.5mm的碎石子、碳化硅粉末、水泥、碳纤维、粉煤灰按照质量比为1：1：0.3：0.15：0.1：0.26组成；

其制备过程和施工方法如下：

(1)在反应釜中将石油沥青和双酚a型环氧树脂混合加热至135℃，然后依次加入甲基丙烯酸缩水甘油酯增韧剂、硅烷偶联剂和聚酰胺固化剂，充分搅拌后加热至150℃，制得第一组分备用；优选地，甲基丙烯酸缩水甘油酯增韧剂、硅烷偶联剂和聚酰胺固化剂的加入时间间隔为35-40秒；

(2)将第二组分中的各组分按照对应的质量比混合均匀；

(3)将第一组分加热至160℃后，放入第二组分，并混合搅拌均匀后再次加热至160℃，将沥青混凝土摊铺在钢吊车梁上翼缘上的指定位置，沥青混凝土的摊铺温度为152-155℃，摊铺厚度为6cm，摊铺速度为3.5米/分钟；优选地，在摊铺前，可以先在上翼缘的摊铺位置处涂刷界面剂，以改善粘贴表面的粘结性能；

(4)摊铺完成后采用压辊滚压两遍，自然冷却至室温。

优选地，上述硅烷偶联剂可以是γ-胺丙基三乙氧基硅、γ―氨丙基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三甲氧基硅烷中的任一种；碳化硅粉末的细度为50-60目；碳纤维的长度为13-25mm。

优选地，l型角钢的两个分肢长度相同，钢吊车梁上翼缘的宽度、单个加劲肋的宽度、l型角钢分肢的长度之比为4:1.5:1。通过上述各参数的组合设计，能够使得钢轨和钢吊车梁的受力更加合理，抗疲劳性能更高。同时，为了提高沥青混凝土与钢吊车梁上翼缘之间的粘结力，还可以在上翼缘上一体成型有锚固件，其在浇筑时被埋入沥青混凝土中，待沥青混凝土硬化后，与之结合成一体，以增强锚固力。

本发明的另一关键技术在于，在钢吊车梁的上翼缘和腹板连接位置处通过粘钢胶粘结有l型角钢。其中，粘钢胶是a、b双组分的双酚a型改性环氧树脂结构胶，具有超强粘接力、剪切力强、抗老化、抗冲击性能强，常温固化、硬化过程收缩小，可在较宽温度范围内施工。

本申请中的粘钢胶由a组分和b组分按照质量比为3.8:1混合均匀制成，其中的a组分由双酚a型环氧树脂45份(质量份数，下同)、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷12份、液体丙烯酸酯橡胶10份、环氧丙烷丁基醚3份组成；b组分由芳香胺与脂环胺复合改性固化剂25份、碳化硅粉末13份、气相二氧化硅触变剂17份、聚酰胺28份、膨润土4份组成。粘钢胶在施工现场制作，这样可以充分利用胶的粘结特性，使其在最佳状态下发挥出最佳的粘结效果。

采用本申请的粘钢胶将l型角钢粘贴到吊车梁下翼缘和腹板的施工过程包括以下步骤：

1.对待粘贴的部位进行清扫和打磨，以去除表面杂质；

2.将上述a组分放入反应釜中混合均匀后加热至80℃，将混合均匀后的b组分加入反应釜中并充分搅拌，然后加热至125℃使各组分充分反应后冷却至62℃制成粘钢胶备用；

3.在待粘贴位置处涂刷一层界面剂，然后将温度在62℃的粘钢胶涂抹在待粘贴位置处，使用量为6-7千克/平米；

4.等待30-50秒，将l型角钢粘贴到吊车梁上翼缘和腹板，并在2mpa的压力下保持至少半小时；

5.撤去压力后静置24小时，使得粘钢胶充分固化。

根据本发明的钢吊车梁和钢轨的抗疲劳连接方法中在钢轨和钢吊车梁之间设置含有橡胶颗粒的沥青混凝土层，避免了钢轨和钢吊车梁上表面之间的硬接触；另外，通过粘钢胶将l型角钢分别粘结到钢吊车梁上，避免使用螺栓和焊缝连接，减少了疲劳破坏源，增强了结构的抗疲劳性能，极大地避免了疲劳现象的产生，并且便于修复。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。