低温环境对钢结构的影响.docx

低温环境对钢结构的影响 严旭东1 唐辉22 上海外高桥造船有限公司 上 低温环境对钢结构的影响 严旭东1 唐 辉2 2 上海外高桥造船有限公司 上海 1 中船第九设计研究院工程有限公司 上海 200063 200137 摘 要: 低温环境下冰冻鼓胀和冷脆开裂是起重设备等钢结构的常见而易被忽视的破坏。文中通过实际案 例和实验，分析了故障发生的原因和机理，提出在设计中应重视材料的选用，以及在制造过程中采取的工艺措 施，保证了设备的本质安全。 关键词: 钢结构; 冰冻鼓胀; 冷脆开裂; 韧脆转变温度; 工艺措施 中图分类号: 文献标识码: 文章编号: 1001 － 0785 ( 2014) 11 － 0111 － 04 TG457. 1 A Abstract: Frozen drum deformation and cold cracking is the common damages easy to be neglected in hoisting equip- ment and other steel structure under low-temperature environment. Through actual practices and experiment，the paper ana- lyzes fault reason and mechanism，puts forward the necessity of attaching importance to material in design，and the process- ing measures to be taken during production，in order to guarantee equipment safety. Keywords: steel structure; frozen drum deformation ; cold cracking; tenacity and brittleness conversion temperature; process measures 0 引言 近年来，在 北 方 的 港 口、船 厂， 起 重 机 钢 结 1 原因分析 臂架下铰点的载荷由铰轴承载。该 铰 点 箱 形 梁的外包翼缘板部位没有外载荷。经 有 限 元 仿 真 计算，按照 该 区 隔 翼 缘板与腹板连续角焊缝， 放 射筋与翼缘 板 采 用 塞 焊 连 结。翼 缘 板 产 生 15 mm 的鼓胀变形，压强需达到 100 MPa，该区域压力已 远远超出该处焊缝所能承受的载荷。通 过 对 该 处 钢套和铰点轴承检查， 并 未 发 现 异 常。夏 季 时， 在凸起部位附近开裂出现渗水，通 过 钻 孔 放 出 大 量积水，初 步 判 断 该 现象是因结构内积水， 冬 季 结冰冻造成鼓胀。 为了证明这一判断，按照与实物 1∶2 的比例， 做了一个臂架下铰点的实物模型，灌 水 后 模 拟 现 构经常 被发现结构的翼缘板的鼓胀和开裂现 象， 直接影响 到 正 常 生 产。通 过 分 析， 该 类 事 件 存 在 着大多发生在北方中高纬度地区、基 本 在 开 春 以 后的例行检查时被发现、钢 结 构 部 位 往 往 在 臂 架 下铰点 或 对 重平衡梁下铰点等箱形结构处的特 点。以北方某船 厂的臂架下铰点故障为例，在 例 行检 查 中， 发现臂架下铰点翼缘板出现 鼓 胀 现 象，位置如图 1 所 示， 图 中 位 置 1 、6 变 形 最 大， 最大变形达 15 mm。形 状 为 中 间 凸， 向 两 侧 逐 渐 平缓。 场室外环 境 温 度 ( － 10 ℃ ～ － 15 ℃ ) 冷 冻 于 室 内。先后做了 2 次 实 验。第 一 次， 按 照 臂 架 晚 间 不工作状态的角度放置，如图 2 所示。冷冻约 20 h 后发现水 已 经 结 冰，并在靠近出水口 的 部 位 发 生 了鼓胀变形。 第二次，按 图 3 所 示 调 整 摆 放 角 度 后， 将 水 灌 满整个模型结 构， 观 察 变 形 情 况。 经 放 置 约 50 h 后，最大变形为 6 mm。由此可知，从形状和 尺寸基本可以推断出翼缘板变形的 成 因， 即 由 于 结构内积 水，流 入 铰 点 结 构 箱 体 内， 而 出 入 口 较 — 111 — 图 1 变形位置 2014 ( 11) 《起重运输机械》 始结冰，此时产生 膨 胀 压 ( 亦即结冰才会产生压 力) ，刚性结构的坚固程度足以抵抗水结冰产生的 始结冰，此时产生 膨 胀 压 ( 亦即结冰才会产生压 力) ，刚性结构的坚固程度足以抵抗水结冰产生的 膨