起重机械钢结构剩余寿命估算中常用理论及应用
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摘要 ：本文摘取了部分与起重机剩余寿命估算相关的法律法规；介绍了剩余寿命估算中常用到的以疲劳计算为基础的预期使用寿命相关理论及应用实际、线性累积损伤理论之修正的Miner法则及应用和与剩余寿命相关的断裂力学的相关理论知识及应用知识。
关键词 ：起重机械；剩余寿命；疲劳计算；Miner法则；Paris公式
中图分类号：TH21 文献标识码：A
起重机械钢结构剩余寿命估算是起重机安全评估中的一类，其特点是利用模拟工况中测得的应力结合数学分析方法进行剩余使用年限的推算。鉴于起重机本身结构和工况的复杂性和多样性，以及对材料断裂机理的研究还不够深入，想准确判断其结构什么时候断裂很难，也不可能采用某种方法就能够解决问题，目前大多还处于科研分析和检测并实时跟踪的状况。
1 与剩余寿命估算相关的法律法规
明确与起重机剩余安全使用寿命评估相关联的法规，从国家主管部门层面看，质检总局2007年下发的《关于印发起重机械专项治理攻坚战实施方案的通知》（国质检特〔2007〕377号）文件提出“八不检”，其中之一是“主要部件或整机使用寿命到期不检验”。后来制定的TSG Q7015-2008《起重机械定期检验规则》中提到，对于使用时间超过15以上，处于严重腐蚀环境或者强风区域，使用频率高的大型起重机械，应当根据具体情况有针对性地增加其他检验手段，必要时根据大型起重机械实际安全状况和使用单位安全管理水平能力，进行安全评估。其他部门如由住建部的《建筑起重机械安全评估技术规程》（JGJ/T189-2009）对建筑起重机械提出了进行安全评估要求的具体年限。还有如《铁路运输装卸机械管理规则》（铁道部铁运〔2006〕35号）也提出了装卸机械参考使用年限，桥式和门式起重机都为19年。
2常用相关理论及应用
2.1 以疲劳计算为基础的预期使用寿命分析
2.1.1 理论基础
2.1.2 应用实际
目前用钢结构设计规范的疲劳计算来进行剩余寿命估算的方式在铁路上用的很多，这一方面跟铁路上特别是铁路货场普遍所采用的桥、门吊的钢结构设计是严格遵照《起重机设计规范》和《钢结构设计规范》密不可分的，另一方面也是因为铁路作业属性相同使得设备也大体一致。现以南昌铁路检测机构采用的计算方式为例来阐述。
其中Y剩为可以继续安全工作的年数；n余为剩余工作应力循环次数；n年为每年完成的应力循环次数；n总为钢结构总的应力循环次数；n已为已经完成的应力循环次数，以一个工作循环出现依一最大应力幅来计算；Q已为已经完成的作业吨数，查看设备履历簿获取；Q额为额定起重量；Q年为年平均作业吨数；k为安全系数，出于考虑疲劳计算的离散性比较大的原因，可查阅的文件或参考书获得。
鉴于起重机械特种设备的危害性属性，在实际应用时是采取上述结果伴随动态应力幅值、动刚度、静刚度、变形、腐蚀程度、裂纹情况和劣化速度8参数并列评价，一票否决来处理，这大大提高了起重机械的使用安全性。
其他同属铁路系统的如郑州检测机构等也是采用同样理论方法进行检测，只是载荷谱系数和安全系数等参数依现场情况和认识而取值不同。
2.2 以线性累积损伤理论为基础的疲劳寿命估算
2.2.1 理论基础
2.2.2 应用实际
线性累积损伤理论是疲劳累积损伤理论的一种，也是目前应用较为广泛的名义应力估算法的理论基础。本文以某港口机械检测机构对一江西铁路货场门吊的实际检验计算过程来简单描述其应用，其他采用此理论进行检测的过程大体类同。
2.3 以断裂力学之疲劳裂纹扩展寿命为基础的剩余寿命估算
2.3.1 理论基础
结语
以上列举了三种常用的起重机械钢结构剩余寿命估算理论及应用。它们之间有时往往搭配使用进行比对，有时在某些方面又是互相关联的。如上述以疲劳计算为基础的是与裂纹情况检测配合使用的，线性累积疲劳损伤与裂纹的扩展存在某种联系，疲劳计算和线性累积损伤理论都与钢的S-N曲线的幂函数表达式紧密关联等。
无论上述哪种方法，检测点选择的合适与否对寿命估算的影响很大。一方面必须熟知起重机的设计计算方法，最好查看原设计计算书，另一方面选择一种好的有限元分析软件如ANSYS等可以带来很大的帮助，再者可多布置几个检测点。
设备有与法律法规及技术标准等明确提出报废项的不宜寿检或修复后符合要求再检。
参考文献
[1] TSG Q7015-2008， 起重机械定期检验规则[S].
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[5] 程靳，赵树山.断裂力学[M]. 北京：科学出版社，2006（09）.