钢结构梁在自动扶梯支梁结构工程中的应用

浙江西子重工钢构有限公司浙江海宁314422

【摘要】本文主要围绕着钢结构头部支粱展开分析，论述了钢结构梁在自动扶梯支梁结构工程中的应用，以期可以为自动扶梯支梁结构工程的施工提供参考，提高自动扶梯支梁结构工程的施工质量。

【关键词】钢结构梁；自动扶梯；支梁结构工程；应用

中图分类号：K928文献标识码： A

一、前言

在自动扶梯支梁结构工程的施工过程中，使用钢结构梁可以提高自动扶梯支梁结构工程的施工质量，通过在自动扶梯支梁结构工程中应用钢结构梁，提高其运行的性能和安全性。

二、钢结构梁在自动扶梯支粱结构的优势

所谓现代化钢结构梁的自动扶梯是指自动扶梯无论在结构上还是在特性、功能上都要满足人们对自动扶梯提出的越来越高的要求,这其中包括两方面:一方面,自动扶梯的结构,采用先进的制造工艺及控制技术,使自动扶梯的结构越来越紧凑、精巧、坚固、美观及实用;另一方面,自动扶梯的运行性能,当科学合理的钢结构设计和先进的自动控制理论、先进的传动与控制技术结合的时候,可以使自动扶梯在运行过程中具有安全可靠、快速、准确、平稳的特性,即使自动扶梯具有良好的乘坐舒适感。同时，钢结构上的安全是基本的,即结构设计要满足强度要求。近年来随着工程设计、科研等要求的不断提高以及计算机的快速发展,有限元分析己经成为解决复杂的工程分析计算问题的常规手段,其主要作用表现在以下几个方面:增加产品的设计的可靠性;在产品的设计阶段发现潜在的问题;经过分析计算,采用优化设计方案,降低原材料成本;缩短产品研发周期;模拟物理实验方案,减少试验次数,从而减少试验经费。

三、钢结构失稳特点及影响因素

稳定性是钢结构的一个突出问题，在各种类型的钢结构工程中，都会遇到稳定问题，一旦出现了钢结构的失稳事故，导致结构的局部破坏，有时甚至会导致结构整体坍塌，将会造成严重的经济损失，还可能造成人员伤亡。而作为钢结构工程中最常见的梁与柱稳定知识钢结构设计人员更应该熟练掌握并加以重视。

钢结构的失稳问题即受压构件在外力作用下由直线稳定平衡状态转变为曲线稳定平衡状态。该曲线稳定平衡状态为临界状态，当超越临界状态后，构件的变形和应力急剧增加，部分截面会形成塑性铰，最终构件彻底破坏在设计受压构件时，除满足上述构件的整体稳定外，还必须保证组成截面的各板件的稳定，即局部稳定虽然局部稳定的丧失不如构件丧失整体稳定那样危险，但由于截面的某个板件挠曲失稳退出工作后将使截面的有效承载部分减小，有时还使得截面严重不对称了，因而将促使整个构件发生破坏，因此工程设计中梁柱的组成板件的局部稳定也必须得到保证。

影响钢结构失稳的因素很多，即使是轴心受压构件也有失稳的问题，荷载的初始偏心，材料的缺陷及初始弯曲，构件的残余应力都会促使结构发生失稳构件的初弯曲和荷载的偏心对受压杆件工作的影响类似，在压力的作用下构件即发生挠曲变形，随着荷载的增加变形也逐步增加，当接近临界状态时，变形急剧增加直至破坏，影响钢结构稳定的因素还有构件的残余应力，如常用的焊接组合截面在焊后将产生残余应力，而同样各种热轧制型钢由于不均匀的冷却会产生残余应力，火焰切割或冷校正等加工后也会在构件中存在残余应力残余应力对构件的强度承载力没有明显影响，但残余应力压应力部分会使该部分截面提早发展到塑性，使受压构件达到临界状态，设计规范将不同的截面形式划分为a、b、c三类来考虑残余应力的影响。

四、自动扶梯结构承载特点

自动扶梯所承受载荷主要有：

1.自重载荷：包括梯级、梯级链、梯路导轨系统、驱动装置、张紧装置、栏杆扶手装置和桁架结构等若干部件的自重。根据实际的受载情况分别以集中力和均布力的形式作用在结构体上。

2.乘客载荷：根据《GB16899-2011》要求，桁架结构的设计载荷应为5000N／m2，以梯级承载工作面的名义宽度1000mm，扶梯跨距13m的自动扶梯计算，乘客载荷约为6500kg，该载荷为均布力，在此力作用下，乘客载荷不需增加动载系数。而桁架结构在此载荷下的最大挠度不应大于支撑距离的1/750.

3.偏载载荷：在使用自动扶梯的公共场所，有可能发生一些意外事件。对于乘客而言，有可能集中于自动扶梯的某一侧，由此产生了与上述各种载荷性质不同的偏载载荷。这是一种在极限状态下的载荷分布形式。在实际桁架结构设计时可不作考虑。

五、自动扶梯支梁的设计

该部位支梁设计按GBJ17-88《钢结构设计规范》执行，均进行设计荷载取值，内力分析，强度、刚度及整体稳定等的分析与验算，这里小再赘述，而主要介绍其:①钢梁材料选择及截而设计;②钢板节点设计;③钢梁与钢板节点的连接设计。

1. 载荷的简化和边界约束条件的处理

施加单元载荷时, 单元表面压力载荷是正的法向压力, 侧向压力应该是单位长度力。BEAM188是基于线性多项式,因此不允许偏置分布载荷和非节点处的集中力情况出现。对于这种载荷,要进行网格细化,即使不细化网格, 该单元也具备很好的计算效率和很好的收敛性。

输入正压力值作为单元面上的面载荷, 在KEYOPT(6)=0时, 侧面压力是施加在节点上的当量单元载荷, 而在KEYOPT(6)=2时,侧面压力分布于整个单元面上。在使用平面单元代替曲面和弹性地基上的单元时,当量单元载荷可以得出准确的应力,这是由于消除了某些虚假的弯曲应力。在有限元分析中, 正确地施加载荷和边界约束相当重要,文中扶梯所承受的总载荷为65kN,因此将载荷分布在角钢200×20的四个螺栓孔上,每个支点所承受的力为16250N。由于扶梯精架结构对称, 本文合理地选取一部分进行了有限元建模,所以对其对称面进行全约束.使用该单元的结构分析中, 不允许出现零面积单元,也不允许零厚度单元, 以及在任何角尖到零厚度。横向温度梯度在整个厚度上应该是线性变化的,而在壳面上应该是双线性变化的。如果每个平面元的倾角都不超过15°,平面壳单元的组合能够很好地近似弯曲壳表面。

自动扶梯下承板在支梁上的放置宽度为160mm与支梁无固定连接。为防止梁的失稳，采用热轧轻型槽钢2[22对日磨平焊接组成矩形钢梁，其断而的几何尺寸为160mmx220mm。

2.钢板节点设计

钢梁与钢筋混凝土梁的连接节点笔者采用钢板节点的形式(图1)，由于该节点在支座处剪力最大，因此应重点进行抗剪强度的验算。

图1钢板节点形式图

3. 计算结果

(一)各节点支座反力列表（表1）。

(二)节点位移

最大位移发生在角钢200×20中间部分,基本上,从中间对称面到两端的位移呈逐渐增加的趋势。

(三)节点应力

最大节点应力发生在角钢200×20两端与其他角钢的联接处, 这说明该位置存在较大的应力集中。

(四)单元应力

最大单元应力发生在角钢200×20两端与其他角钢的联接处, 这说明该位置存在较大的应力集中。

4.钢梁与钢板节点的连接设计

二者的连接，笔者在支托板及钢梁与钢板节点接触处采用焊接连接(E43焊条)，使设计具有足够的安全度，确保支梁的正常使用功能(图2)。

图2支梁

六、自动扶梯支梁施工工艺流程

钢板的放样、号料、切割、钻孔及支座板焊接，钢梁下料、磨日焊接一框架梁侧而弹设横竖控制线一确定胀栓位置线一钻孔一钢板节点固定一钢梁与钢板节点的连接一涂装防护。

七、施工要点

1.钢板节点施工

钢板节点在气割前，先将钢板切割区域表而的铁锈、污物清除十净，再按设计图进行放样、号料、切割并严格确定栓孔孔距，控制其偏差在0.5mm之内;焊接前将连接接触而和焊缝边缘每边30mm―50mm范围内的铁锈、毛刺、污物等清理干净，确保部件焊接质量。

2.钢板节点与框架梁的连接

连接关键是:正确确定胀栓位置线，严格控制钻孔深度，确保胀栓拧紧前后，胀栓与梁侧而垂自且能与混凝土梁紧固连接。为保证栓杆与混凝土梁侧而能严格垂自，施工时按水平控制线在钢板节点上边缘位置焊一水平扁铁(300mmx1OOmmx16mm),借以控制钢板节点的准确位置，同时在首层扶梯井部位搭设脚手架进行施工。膨胀螺栓拧紧使用专用扳手，初拧扭矩在115NM，初拧介格后再行复拧，复拧扭矩与初拧扭矩相同。复拧结束后再加一同规格螺母与先前螺母拧紧拧死。

3.钢梁焊接

允许偏差控制在一2mm内，焊接前应熟悉焊接工艺规定的焊接方法、焊接程序及技术措施，据试验确定具体的焊接参数，保证焊接质量。焊接采用全封闭围焊，焊缝在转角处连续施焊且起落弧距焊缝端部大于IOmm,焊接完成24h后进行焊缝探伤检验。

4.焊缝质量检测

清理焊缝表而的熔渣及两侧的飞溅物，检查焊缝的外观质量，焊缝内部质量缺陷的检测采用超声波进行。

5.涂装与防护

焊缝检查介格后即进行涂装与防护。因钢梁两端全封闭焊接，钢梁内部均小做任何防锈处理;其他部位除锈彻底后，刷硼钡酚醛防锈底漆两遍，而漆为F04-1性纯酚醛瓷漆一遍，同时涂装层表而喷涂水泥浆(内掺3%TG胶)作为防火外包层。施工中进行质量控制，确保涂装与防护的质量，以延长构件的使用寿命。

八、加强自动扶梯钢结构梁日常维护保养

各使用单位要督促自动扶梯维保单位对所维护保养的自动扶梯和自动人行道进行检查，重点检查驱动系统固定支座螺栓、工作制动器和附加制动器动作可靠性，保障其他安全保护装置的有效性，检查发现的安全隐患，要立即采取措施消除维保单位要严格按照TSGT5001―2009《维保规则》的相关要求。建立并落实各项管理制度和工作措施，对自动扶梯定期进行维护保养。制定应急措施，设立24小时维保值班电话，保证接到故障通知后及时予以排除。确保维护保养工作要求落实到所维保的每一台自动扶梯上，加强维保人员的安全教育培训，提高作业人员安全意识和安全作业水平，提高维保人员技术素质，为自动扶梯的安全运行提供必要的技术保证。

九、结束语

通过研究发现，钢结构梁运用到自动扶梯支梁结构工程中具有可行性，是较为科学的工程结构融合，能够提高自动扶梯支梁结构工程结构整体的合理性，进而提升其性能。

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