基于模糊层次分析法的造船门式起重机连接结构缺陷安全评估

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Abstract：Considering the risk evaluation of structural defects of shipbuilding gantry cranes to craneS safety opera-tion，taking the connecting defect as one example of major structural defects in such cranes，the paper analyzes the defectsregarding welding，bohs and pin connection of such cranes and their detection problems.Based on the fuzzy analytic hierar-chy process，the safety evaluation index system for the impacts of connecting defects on shipbuilding gantry crane safe oper-ation is established，with construction of fuzzy comprehensive evaluation matrix for connecting defects，presentation of e-valuation standards for connecting defects，and qualitative and quantitative safety evaluation for craneS connecting de-fects，in order to figure out the safety leve1.Such method proves strongly feasible and reasonable through actual engineeringverification。

Keywords：shipbuilding gantry crane；connection defect；fuzzy analytic hierarchy process；safety evaluation1 焊接连接缺陷及检测要点起重机焊接是将连接件局部加热成液态或胶体状态，采用压力或填充金属使之互相结合成整体的方法。采用现代焊接技术，可以获得高质量的焊接接头。焊接与其他连接方法相 比，其优点是不削弱构件截面，能简化结构的构造，减轻结构质量，易于机械化和 自动化施工，焊接 已成为金属结构中主要、应用普遍的连接方法。其缺点是：由于焊接为局部加热，如焊接热影响区会出现脆性和软化组织，使材料性能下降，不可避免地在焊缝 中产生残余应力和变形，以及由焊接构造和焊接工艺缺陷引起的应力集中，且焊接质量检验相对困难等。

TSG Q7015-2008《起重机械定期检验规则》规定：外观检查符合下列要求则判定为合格，主梁、端梁、主支撑腿的连接焊缝无明显可见的焊接缺陷，螺栓或销轴连接无松动，无缺件 ，无损坏等缺陷。《起重机制造监督检验规则》要求：主要受力构件拼装 (组立)成型后的主要几何尺寸应当符合设计文件要求和相关标准；主要焊缝应饱满，无气孔、夹渣、连接缺陷等缺陷，焊缝对口错边量及焊缝布置应符合工艺要求和相关标准。

现场查看主要焊缝是否饱满且无气孔、夹渣、连接缺陷等缺陷；焊缝对 口错边量及焊缝布置是否符合工艺要求和相关标准。GB 6067.12010《起重机械安全规程》3.3.4条对焊缝进行了分级，1级为重要受拉结构件的焊接接头；2级为-般受拉结构件的焊接接头；3级为受压结构件的焊接接头。3.3.5条分别对 1、2、3级焊缝规定了焊缝内部无损检测 (RT/UT)比例及合格级别 的要求。

国家质检公益性行业科研专项经费资助项目 (201010060)，江苏势技厅科技支撑计划资助项目 (BE2010749)《起重运输机械》 2013 (4) - 57-3.3.7条依据 GB/T l9418-2(3×1f焊接质量进行了分级。TSG Q7OO2-20o7《桥式起重机型式试验细则》 巾也有相关规定。应陔指 的是，在焊接质量检验所选用的无损检测方法、比例和合格等级规定方面各规范标准还是存在差异的。

2 螺栓连接缺陷及检测要点螺栓连接也是起重机中常JJ的连接方法，具有装配方便、迅速、质量可靠等优点，常朋于结构安装连接或需要拆卸的结构中。缺点是构件截面被削弱，连接易松动。螺栓连接分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接 2种，普通螺栓又分为粗制螺栓和精制螺栓，巾于高强度螺枪的接头承载能力比普通螺柃高，还能减轻螺栓连接巾钼 孑L对构件削弱的影响，[大I此其应用越来越广泛。根据GB/3 381 1-2008《起重机设计规范》的规定，起重机械朋普通螺栓连接应遵循以下原则：1)C级普通螺栓连接只允许受拉力的次要构件和暂时性连接，不应刚于受动载荷的主要受力结构巾；螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量，孔径比螺栓直径大2～4 nlm；2)A、B级 通螺栓连接可川于受动载筒的结构fl。采jJ普通螺栓连接时，应校验螺杆抗拇强度和抗剪切破坏的承载 ，并校验螺栓孔抗承爪破坏的承载力 ，对 A、B级普通螺栓采用绞制孑L，符构件承受动载荷，则孑L径不成大于 [(z(0.2～0.3]lnm (紧密配合)，d为螺栓配合：部分的公称 径；若构件承受交变载荷，则孔和螺柃的配合不应低于 H1 l/h9；直接承受动载荷的受拉连接，则应采用双螺母或其他能防止螺母松动的有效措施，外露丝扣不应少于2扣。

3 销轴连接缺陷及检测要点销轴连接常用于可拆装结构的受剪连接 巾，销轴与孔采用过渡配合，承受剪切、挤 (承)和弯曲，但不能承受拉力。销轴用于 2个构件之间的连接 ，以满足构件之间相埘运动的需要，或为了构件的现巢装。如起重机臂架根部的连接以及拉杆或撑杆的连接等，通常采用销轴连接销轴连接的结构形式有套筒式和耳板式。GB/T381l-2008对主要承载连接销轴的材料需婴做热处理进行 r规定 。

- 5R - 4 模糊层次分析法应用举例以某在役造船门式起重机为例 价结构缺陷之-的连接缺陷对其安全性的影响.首先建 安全评价指标体系，构建模糊 -致矩阵斤计算各夫1素权重；其次确定其安伞评价集，并埘陔起 机的连接缺陷情况进行评价；然后构造模糊评价矩阵；最后计算总体评价模糊向碴确定连接缺陷对陔起重机安全性影响的安全等级。

4.1 安全评价指标体 系建立建立如图 l所示的安全评价指标体系，该指标体系分为 3层，2层为 主梁 B。，柔性腿 曰 ，刚性腿 曰 。再将第 2层进 -步细化为3层指标B1cI，c2，B2cj，c4，C5，B3C ，C 。

l 影响发 价指标体系经过对各指标层进行 比，构矬模糊 ·敛阵，天于模糊 -致矩阵具体构建过程以及综合模糊评价集，本文不再 - 赘述。

4.2 造船门式起重机连接缺陷的评定准则连接缺陷对起重机金属结构构件安伞的影响要综合考虑其具体的数量 、位氍、性质、不可靠程度 、庸力状态等大l素，无论是连接缺陷的检测还是理论计算都是-个非常复杂的问题，这 只是原则性地给出了连接缺陷坪定准则，具体可据此和专家经验确定。

1)通过理论计算，得 1连接缺陷部化的承载能力较原没计下降量大于等于 10%，定为F级 ，2)对于焊接连接缺陷① 检测手段：日测，无损检测② 抽食原则：1级焊缝外观检验 100%， l、/uT 100%；2级 焊 缝 外 j(9l!.检 验 100%，R l /UT《起重运输机械》 201 3(4)20%；3级焊缝外观检验 50%，Rr/uT 10%。 ③ 具体评定准则参照表 1。

表 1 焊接缺陷评定准则评定等级 A B C D E连接可靠 连接基本可靠 连接不够可靠 连接不够可靠 评定内容 连接明显不可靠100%达标 75%以上达标 50%以上达标 25%以上达标3)对于螺栓连接缺陷在满足静载试验连接无松动的基本要求基础上 (如不满足，直接判为连接明显不可靠定为 E级)。

① 检测手段：目视或用小锤敲击检查，力矩扳手复查 松扣回扣法”(将螺母回拧 30。-50。，再拧至原位测定扭矩，该扭矩与检查扭矩的偏差，应在检查扭矩 的 ±10%范围内，检查扭矩可按GB/T 381 1-2008的规定计算)② 抽查原则：重要连接部位 (造船门式起重机中支腿与主梁、支腿与下横梁的连接)，100%目视检查，力矩扳手复查 20%，不合格双倍，仍有不合格，则 100%复查。

其他部位抽查如下：每-规格螺栓抽查 8个，观察或用小锤敲击检查。

表 2 螺栓连接缺陷评定准则评定等级 A B C D 检查要求螺栓 、螺母和垫圈材料和等级的选用符 误用普通螺栓或等级不符 不允许 不允许 不允许 不允许合 GB/T 381 1-2008及设计图纸的规定可根据 GB/T 381 1-2008估算 鹏力矩值超标 不允许 不允许 允许 25% 允许 50%M kdPg干燥整洁 ，不应有飞边 、毛刺、焊接飞表面处理 溅物、焊疤 、氧化铁皮 、污垢等，除设计 连接表面处理不良 不允许 不允许 表面未处理不良 要求外摩擦面不应涂漆。保证连接表面的粗糙度和清洁度 ，-般喷砂或抛丸处理摩擦型：1个螺栓、1个螺母 、2个垫圈(平垫圈) 螺栓缺失和连接副不全 不允许 不允许 存在 有且不止- 个 扭剪型：1个螺栓、1个螺母、2个垫圈不能使用弹簧垫圈安装孔径 比螺栓直径大 1.5～2 mm，扭 安装不规范 不允许 允许 25% 允许 50% 允许 75%剪型：1～1.5 mm外露丝扣 2～3扣，允许 10% 的外露 1 螺栓长度不够 不允许 允许 10% 允许 25% 允许 50%扣或 4扣已经使用过拆下的高强度螺栓和螺母不 重复使用 不允许 不允许 不允许 不允许可再使用扩孔直径 高强度螺栓能 自由穿入螺栓孔，不应采螺栓孔扩孑L数量和直径 不允许 不允许 气割扩孔 用气割扩孔 ，扩孔直径不应超过 1.2倍螺 超标栓直径连接板变形 (翘曲)， 不允许 不允许 不允许 不允许焊接不 良必要时应按 GB 50205-2001进行抗滑移系数复验。

当某个金属结构构件的连接缺陷影响被评定为 E级后，根据评价集的含义应采取措施更换该《起重运输机械》 2013(4)金属结构构件后，重新进行评价。

4.3 安全等级确定依据上述评定准则，结合具体的造船门式起重机连接缺陷实例，安全评价人员建立了综合评价矩阵为 。

r三 三 、s 1丢丢45；1(06 0-4 8 072) /矩阵 (0.6 0.4 0 0)表示：评价人员对主梁焊接 C ，所处的安全状况隶属于 A (优)的值为0.6，隶属于 B级 (良)的值为 0.4，隶属于c级(中)的值为 0，隶属于 D级(差)的值为0。

同理评价人员按照实 安仓状况建 、川 他模糊评价矩阵f 04 04 n 2 o 1 ，n l 0、s2 。2 0 0 I，s3 Io 0.6 0.4 0 J0 0. 2 0.8/由公式 P WiS 汁箅符安伞指标的 价矩阵，构造模糊综合评价矩阵见表 3。

表3 模糊综合评价矩阵价 阵 2级评价因素 B 权重 3级评价冈素 C 权重 评价情况 w S A优 B良 C巾 I)砖P ：W S，C1 0.8 0.6 O.4 0 0 P (0. 48 0.32 曰. O.5 WI(0.8 0.2) S1C2 0.2 0 O.8 0.2 0.16 0.04)C3 O.517 0.4 0.4 0.2 0w2(0.517 0.333 P，(.473 0.273 曰2 0.25 0.333 S2 0.8 0.2 O 0.15) 0.133.121C O.15 0 O.2 0.8C6 O.75 0 O l 0 P (0. 15曰3 0.25 (0.75 0.25) S3C7 0.25 0 0.6 0.4 0 0.85)目标评价矩阵44783 。O.o I P，J 1 0 0.15 0.85 0 /系统总体安全权重向量 W(0.5 0.25 0.25)，系统总体安全模糊综合评价向量 MWP(0.3580.266 0.326 0.05)。根据最大隶属原则，评定连接缺陷对该造船门式起重机安全性的影响等级属于 A级 (优)，结果与实际安全状况基本相符，因此该方法可较好地应用于连接缺陷对该造船门式起重机安全影响的安全性评价。

5 结论本文采用模糊层次分析法对在役造船门式起重机的结构缺陷之-的连接缺陷情况进行了安全评价，提了具体连接缺陷评定的准则和方法，确定了安全等级，经过实际工程验证具有较强的可行性和合理性，为连接缺陷的评估提供 了-种全新的途径，也为起重机整机的评估提供 基础数据。但是，由于 目前层次划分还不够科学，连接缺陷检测方法和理论尚不成熟，连接缺陷评定准则还有待完善，在进--步的评估研究和实践中将不断加以改进。