橋式起重機(jī)主梁設(shè)計(jì)

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1、第一章 橋式起重機(jī)一般介紹 1-1 起重機(jī)及其分類起重機(jī)械是用來進(jìn)行起吊、 空中搬運(yùn)的一種設(shè)備， 在社會(huì)生產(chǎn)及人們生活中 具有重要作用， 應(yīng)用極為廣泛。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)， 我國起重機(jī)械已發(fā)展到近千個(gè)品 種和三、四千種規(guī)格。根據(jù)我國現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)，起重機(jī)械大致可分為三大類。一、輕小型起重設(shè)備這種設(shè)備一般只有升降機(jī)構(gòu)而無運(yùn)行機(jī)構(gòu)， 屬于這類設(shè)備的有： 千斤頂、 手 動(dòng)葫蘆和電動(dòng)葫蘆（常配有運(yùn)行機(jī)構(gòu)）等。二、升降機(jī) 只有升降機(jī)構(gòu)而無運(yùn)行機(jī)構(gòu)，但有完善的安全裝置，如電梯、升船機(jī)、物料 升降機(jī)即屬于此類。三、起重機(jī)起重機(jī)一般是指除了有起升機(jī)構(gòu)外還有水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)的起重設(shè)備。 起重機(jī)根 據(jù)水平運(yùn)行的形式不同， 又

2、分為臂架式 （旋轉(zhuǎn)式）起重機(jī)和橋式起重機(jī)兩種類型。臂架式起重機(jī)除有起升機(jī)構(gòu)外， 通常還有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和變幅機(jī)構(gòu)， 可以在圓形 場地及其上空作業(yè)。 這類起重機(jī)還可裝設(shè)在運(yùn)輸工具上構(gòu)成運(yùn)行臂架起重機(jī)， 如 門座、塔式、汽車、鐵路起重機(jī)等，特別適用于露頭裝卸及安裝工作。橋式起重機(jī)除有起升機(jī)構(gòu)外， 配有小車、 大車兩個(gè)運(yùn)行機(jī)構(gòu)， 可在長方形場 地及其上空作業(yè)。這類起重機(jī)適用于車間、倉庫及露天貨場等處工作。橋式起重機(jī)又有通用橋式起重機(jī)、冶金（專用）橋式起重機(jī)、龍門起重機(jī)等 多種類型。 橋式起重機(jī)橫架在固定跨間上空用來吊運(yùn)各種物料及設(shè)備， 又稱“天 車”或“行車”。根據(jù)起吊裝置不同，通用橋式起重機(jī)又分為吊鉤（

3、橋式）起重 機(jī)、電磁盤（橋式）起重機(jī)和抓斗（橋式）起重機(jī)等三種，在實(shí)際生產(chǎn)中吊鉤橋 式起重機(jī)應(yīng)用最多。 上述三種通用橋式起重機(jī)除抓取裝置不同外， 其結(jié)構(gòu)基本相 同。 1-2 通用橋式起重機(jī)的機(jī)構(gòu) 通用橋式起重機(jī)主要由橋架（大車架）、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、操縱室、裝有升降 機(jī)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的小車以及電氣設(shè)備等組成。橋架是起重機(jī)的基本構(gòu)件。 雙梁橋架由兩根主梁和兩根端梁組成。 端梁中間 一般帶有接頭，主梁有箱形、桁架等形式。在主梁上方鋪有鋼軌，供小車運(yùn)行。 在兩主梁的外側(cè)裝有走臺(tái)，設(shè)有安全欄桿。在裝有操縱室（駕駛室）一側(cè)的走臺(tái) 上裝有大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。在另一側(cè)走臺(tái)上裝有小車上所有電氣設(shè)備的宮供電裝置， 如有滑觸

4、線、集電器和電纜線等。大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、變速器、傳動(dòng)軸、聯(lián)軸節(jié)、車輪等組成。 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式可分為集中驅(qū)動(dòng)與分別驅(qū)動(dòng)兩種。 集中驅(qū)動(dòng)時(shí)， 只有一 套驅(qū)動(dòng)裝置裝于走臺(tái)中部， 驅(qū)動(dòng)裝置通過傳動(dòng)軸同時(shí)帶動(dòng)兩個(gè)主動(dòng)輪。 分別驅(qū)動(dòng) 時(shí)，在走臺(tái)兩端各有一套驅(qū)動(dòng)裝置分別帶動(dòng)兩個(gè)主動(dòng)輪， 中間沒有較長的傳動(dòng)軸。 分別驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是，由于省去傳動(dòng)軸，橋架自重較輕，安裝和維修較方便，所以 大部分起重機(jī)采用這種驅(qū)動(dòng)方式。操縱室又稱駕駛室， 是裝于傳動(dòng)走臺(tái)側(cè)主梁下方一端的一個(gè)吊艙。 在操縱室 內(nèi)，裝有大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)的操縱系統(tǒng)和有關(guān)裝置。操縱室上方有通 向走臺(tái)的艙口。小車又稱臺(tái)車， 主要包

5、括小車架、 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和起升機(jī)構(gòu)。 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu) 用以驅(qū)動(dòng)小車沿主梁上的軌道運(yùn)行。起升機(jī)構(gòu)用以吊起和放下物料。 1-3 通用橋式起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)一、起重量（ Q）起重量是指起重機(jī)允許吊起的最大重量， 又稱額定起重量， 通常以噸作單位。 各種起重機(jī)的最大起重量，須符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（ GB783-87）。二、跨度（ L）橋架兩端車輪垂直中心線間的距離， 即大車軌道中心線間的距離稱為起重機(jī) 的跨度， 以米做單位。 起重機(jī)的跨度是根據(jù)廠房的跨度確定的， 跨度值應(yīng)符合國 家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（ 790-65 ）。三、工作速度工作速度包括起升速度、 小車運(yùn)行速度和大車運(yùn)行速度 （起重機(jī)運(yùn)行速度） 。 中、小起

6、重量的起重機(jī)，起升速度一般在 820米/分之間，A1A5工作級(jí)別的 取較低值，A6A8工作級(jí)別的取較高值。安裝用起重機(jī)的起升速度一般在14米/分之間。小車運(yùn)行速度一般在 3050米/分，跨度大的取較高值，否則取較 低值。起重機(jī)運(yùn)行速度一般在 80120 米/ 分，過慢會(huì)降低生產(chǎn)效率，快則啟動(dòng) 和制動(dòng)時(shí)的振動(dòng)沖擊大。四、工作級(jí)別根據(jù)國標(biāo)規(guī)定（GB3811-83，起重機(jī)的工作級(jí)別，按照其利用等級(jí)和載荷 狀態(tài)不同，分為A1A8八級(jí)。起重機(jī)的利用等級(jí)表示起重機(jī)被使用的頻繁程度， 起重機(jī)的利用等級(jí)按其在 設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)總的工作循環(huán)次數(shù)（起吊的次數(shù)）分為十級(jí)（U0 U9）。起重機(jī)的載荷狀態(tài)表示起重機(jī)受載的輕

7、重程度， 它決定于每次起吊的實(shí)際重 量及起吊各種重量的次數(shù)。起重機(jī)的載荷狀態(tài)分為四級(jí)： Q1-輕級(jí)，表示很少起 升額定載荷；Q2-中級(jí)，表示有時(shí)起升額定載荷，一般起升中等載荷； Q3-重級(jí)， 表示經(jīng)常起升額定載荷；Q4-特重級(jí)，表示頻繁起升額定載荷。設(shè)計(jì)起重機(jī)時(shí)， 根據(jù)載荷狀態(tài)和利用等級(jí)， 即可從國標(biāo)中查知起重機(jī)的工作 級(jí)別。工作級(jí)別不同，對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算的要求不同。第二章 設(shè)計(jì)原則及基本資料 2-1 主梁的設(shè)計(jì)計(jì)算原則根據(jù)起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB3811-83規(guī)定，主梁采用許用應(yīng)力法計(jì)算。必須 進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性和剛性計(jì)算，并滿足規(guī)定要求，計(jì)算時(shí)一般不考慮材料塑性的 影響。對(duì)工作級(jí)別為A6、A7、A8級(jí)

8、的主梁。應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算，并滿足規(guī)定 的要求。許用應(yīng)力法，即在強(qiáng)度計(jì)算中以材料的屈服限，在穩(wěn)定性計(jì)算中以穩(wěn)定臨界 應(yīng)力，在疲勞強(qiáng)度計(jì)算中以疲勞強(qiáng)度限除以一定的安全系數(shù)，分別得到強(qiáng)度、穩(wěn)定性和疲勞強(qiáng)度的許用應(yīng)力，構(gòu)件的計(jì)算應(yīng)力不得超過其相應(yīng)的許用值。剛性要求是指結(jié)構(gòu)在載荷作用下產(chǎn)生的變形量，不超過許用的變形值。 許用應(yīng)力有載荷組合的類別及材料決定。 2-1 設(shè)計(jì)主梁的基本材料一、計(jì)算載荷設(shè)計(jì)中直接使用的載荷，稱為計(jì)算載荷。由于起重機(jī)主梁受的外載荷很多， 在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)無法完全考慮，也沒有必要完全考慮，因此只選擇與其破壞形 式有關(guān)的、具有典型性的載荷作為設(shè)計(jì)依據(jù)，這種載荷通常稱為計(jì)算載荷。作用

9、 在主梁上的載荷有：固定載荷、活動(dòng)載荷、水平慣性載荷等。（一）固定載荷。此類載荷按分布特點(diǎn)可分為兩種。1、固定均布載荷。屬于這類載荷的有：1）主梁自重（q）（包括主梁、軌道、走臺(tái)、欄桿等）。設(shè)計(jì)前參考同類產(chǎn) 品初步估計(jì)或由有關(guān)圖表查出。2）集中驅(qū)動(dòng)時(shí)，橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的均布載荷（q）可從有關(guān)圖表查出。2、固定集中載荷。屬于這類載荷的有：1） 操縱室重量（G）。通常GC=1.3噸，作用點(diǎn)距梁一端距離為：Lc=2.8m。2）驅(qū)動(dòng)部件重量（G,根據(jù)起重量查有關(guān)圖表。注意集中驅(qū)動(dòng)與分別驅(qū) 動(dòng)的差別。集中驅(qū)動(dòng)時(shí)，G 作用于跨中，分別驅(qū)動(dòng)時(shí)作用于主梁兩端。大車運(yùn) 行機(jī)構(gòu)重量（集中驅(qū)動(dòng)）見表 2-1所示。表

10、2-1大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)重量（集中驅(qū)動(dòng)）起重量（Q）（ t）均布重量（qy ）（t/m ）集中重量（G）（ t）50.06 0.0650.7100.065 0.070.7515/30.07 0.0750.8520/50.08 0.0851.030/50.09 0.11.250/50.12 0.152.0100/200.18 0.23.0起重機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于軌道接頭或不平，會(huì)使主梁受到?jīng)_擊作用，相當(dāng)于主梁在垂直方向增加了一個(gè)附加載荷。 在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)須考慮該附加載荷的作用， 將上 述各固定載荷均乘以大于1的系數(shù)，該系數(shù)稱為運(yùn)行沖擊系數(shù)，用 K表示。K的 大小與運(yùn)行速度有關(guān)，可由公式算出，或由表 2-2查出

11、。表2-2沖擊系數(shù)K運(yùn)行速度（m/s）V 1.01.0 1.51.6 3.0 3.0K1.01.11.21.3因此，計(jì)算固定載荷分別為：q=kq”，G=kG式中：q”= q+ qyG = Gc+ Gqq-主梁自重固定均布載荷；q-橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的均布載荷。Gc-操縱室重量引起的固定集中載荷；Gq-驅(qū)動(dòng)部件引起的固定 集中載荷（二）活動(dòng)載荷活動(dòng)載荷就是小車車輪作用在主梁鋼軌上的輪壓?；顒?dòng)載荷包括小車自重和起重量兩者作用的總和。另外，起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)在啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)，重物對(duì)主梁會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直慣性 力的作用，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，考慮重物慣性力的作用，將起重量乘以大于1的系數(shù)， 該系數(shù)稱為動(dòng)力系數(shù)，用 表示

12、。的大小與工作級(jí)別有關(guān)，可由表 2-3查出。表2-3動(dòng)力系數(shù)值工作級(jí)別A4 （輕級(jí)）A5仲級(jí)）A6 （重級(jí)）1.11.21.3因此，計(jì)算活動(dòng)載荷，即小車車輪的計(jì)算壓力為:R=PX+ Po=G/2+ Q/2Px小車自重引起的車輪壓力。Po起重量引起的車輪壓力。（三）水平慣性載荷橋架運(yùn)行時(shí)的起動(dòng)和制動(dòng)，將使主梁受水平慣性力的作用。水平慣性力由兩 部分組成，如圖2-1所示。其一是帶載小車引起的，小車上撓性懸掛著的起升質(zhì) 量按與起重機(jī)剛性連接對(duì)待，它以集中力的方式作用在跨度中間， 通過小車輪與 軌道側(cè)向接觸傳給主梁。其二是橋架質(zhì)量（主梁自重）引起的，以均布載荷的方圖2-1水平慣性力示意圖慣性力的大小，

13、按質(zhì)量與運(yùn)行加速度乘積的1.5倍計(jì)算，“ 1.5 ”倍是考慮驅(qū)動(dòng)力突變產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)。加速度可由橋架運(yùn)行速度及加（減）速時(shí)間算得， 加（減）速時(shí)間如表2-4所示。表2-4橋架運(yùn)行速度及相應(yīng)的加（減）速時(shí)間運(yùn)行速度（米/秒）2.521.610.63力卩（減）速時(shí)間（秒）6.35.6543.2水平慣性力的最大值不應(yīng)大于主動(dòng)車輪與鋼軌間的摩擦力。該摩擦力為：F=卩P驅(qū)式中：卩一一車輪與鋼軌間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)。P 驅(qū)一一作用于驅(qū)動(dòng)車輪上的總壓力。通常取卩=0.14 - 1/7 ,因此作用在兩根主梁上的最大水平慣性力為 P慣=1/7P 驅(qū)。作用在一根主梁上的水平慣性力為：P慣=F/2=1/14P驅(qū)在實(shí)際計(jì)

14、算中，取P=1/10P驅(qū)。（四）扭轉(zhuǎn)載荷當(dāng)確定扭轉(zhuǎn)力矩時(shí)，須要考慮扭轉(zhuǎn)載荷。扭轉(zhuǎn)載荷包括以下幾部分。1、懸臂作用的垂直載荷，如平臺(tái)自重、橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)、滑線自重等。2、水平慣性載荷。3、鋼軌與主梁軸線有偏差時(shí)產(chǎn)生的偏心作用的垂直載荷。二、載荷組合不同載荷同時(shí)對(duì)主梁起作用時(shí)，稱不同載荷的載荷組合。作用在起重機(jī)主梁 上的各種載荷，并不是同時(shí)出現(xiàn)的，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮各種載荷出現(xiàn)的機(jī)率， 按最不 利的情況，將載荷進(jìn)行組合，進(jìn)行計(jì)算，按許用應(yīng)力法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，載荷組 合有兩種，如表2-5所示。表2-5橋式起重機(jī)主梁的載荷組合-組合類型 載何種類-In垂直載荷橋架自重G+qK(G+q)小車自重PxPx起升載荷

15、Pq等Pq水平載何小車起、制動(dòng)的慣 性載荷=( +1) /2FQ等=0等/2=等/2=Q額Q第I類載荷組合是用于進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算的， 該類組合為大車不動(dòng)，小車位 于所規(guī)定的位置起升或下降重量。第U類載荷組合是用于進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算的， 即 進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定計(jì)算的，該類組合為小車位于跨度中部滿載下降制動(dòng)， 同時(shí)大車 平穩(wěn)制動(dòng)。剛度計(jì)算時(shí)，不考慮水平慣性載荷。三、主梁材料及許用值主梁一般采用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 A3、C3或普通低合金結(jié)構(gòu)鋼16Mn 15MnTi 等材料。A3鋼的（T s為24公斤/毫米2,16Mn的c s為35公斤/毫米2。許用應(yīng)力由材料和計(jì)算載荷組合決定，對(duì)U類載荷組合可由表2-6計(jì)算。表

16、2-6安全系數(shù)和許用應(yīng)力安全系數(shù)拉、壓、彎許用應(yīng)力剪切許用應(yīng)力擠壓許用應(yīng)力n n=1.5C n=c s/1.5T n = C n/ 錯(cuò)誤！ 未找到引用源。C c n =1 .5 C n疲勞許用應(yīng)力按下式計(jì)算：rv 0時(shí)，c=1.67 (T-i(1-0.67r);r 0 時(shí)，c r=1.67 c -i/1-1-(c -J/0.45 c brr為應(yīng)力循環(huán)特性，決定于驗(yàn)算部位在第I類載荷組合作用下產(chǎn)生的最大應(yīng) 力及最小應(yīng)力。c-1為疲勞許用應(yīng)力的基本值，即r=-1時(shí)的疲勞許用應(yīng)力值。 c-1可由表2-7查出。表2-7疲勞許用應(yīng)力基本值c -1 (N/mrn)接頭形式材料工作級(jí)別A4A5A6對(duì)接焊縫，

17、力的方向與焊A3158.3126100縫垂直16Mn158.3126100筋板用雙面角焊縫與腹A31139071.4板連接16Mn1139071.4桁架節(jié)點(diǎn)各桿件用角焊A367.95442.8縫連接16Mn67.95442.8c為材料的抗拉強(qiáng)度，對(duì) A3鋼取 c=380N/mm2,對(duì)16Mn取c=500N/mm2。起重機(jī)的剛性要求一般分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面。對(duì)一般的起重機(jī)不校核動(dòng)態(tài) 剛性。靜態(tài)剛性，指當(dāng)滿載小車位于跨中時(shí)，主梁(主桁架)由于額定起升載荷 的小車自重在跨中引起的垂直靜撓度 (不考慮動(dòng)力系數(shù)及主梁自重)。工作級(jí)別 為A5及A5以下的起重機(jī)，許用撓度f=L/700 ;工作級(jí)別為A6的起

18、重機(jī)， f=L/800 ;工作級(jí)別為A7、A8的起重機(jī)，f=L/1000 。構(gòu)件的許用長細(xì)比入如表2-8所示。表2-8構(gòu)件的許用長細(xì)比入構(gòu)件名稱許用長細(xì)比入受壓桿受拉桿主桁架弦桿120150主桁架其余桿件150200所有其它桿件250350焊縫的許用應(yīng)力亦可從表2-9中查出表2-9焊縫的許用應(yīng)力焊縫種類壓力種類符號(hào)自動(dòng)焊或嚴(yán)檢手工焊對(duì)接拉、壓c bc 對(duì)接及角焊縫剪切T bc /2c 為構(gòu)件材料的基本許用應(yīng)力第三章主梁的內(nèi)力計(jì)算 3-1 求支座反力一、固定載荷引起的支座反力主梁載荷計(jì)算圖如圖3-1所示圖3-1主梁載荷計(jì)算圖 固定載荷(q、G、G)引起的支座反力為：Qe=QI/2+ Gq/2+

19、Gc( L-Lc) /L二、活動(dòng)載(R)引起的支座反力為：RB=R(L-t i-x)/LR小車輪壓的合力11合力距左輪壓距離三、總支座反力R= Rab+ RAF=qL/2+Gq/2+ Gc (L-Lc) /L+ R(L-t i-x)/L 3-2 求剪力一、固定載荷產(chǎn)生的剪力固定載荷在X截面上產(chǎn)生的剪力包括三個(gè)部分。1、由 q 產(chǎn)生的剪力：Qq=RAq-qx=qL/2-qx (Ovxv L)2、由Gq產(chǎn)生的剪力Ov Xv L/2 時(shí)QGq= RAGq=-Gq/2L/2 v Xv L 時(shí)QGq=- RBGq=-Gq/23、由Gc產(chǎn)生的剪力0vXv Lc 時(shí)Qc= Rac=Gc ( L-L c) /

20、LLxvXv L 時(shí)Qc=-Rb=- Gc Lc/L二、活動(dòng)載荷產(chǎn)生的剪力Q= RAR=R(L-t1-x)/L三、總剪力Q = Qq+Qq+Q+Q計(jì)算總剪力時(shí)，應(yīng)考慮不同X分段上各剪力的計(jì)算公式不同，并注意各部分 剪力的正負(fù)號(hào)可能不同。5Lctt2Gqq/,1 .,I dlK亠 L/2L2AF IF1pRb各剪力分布如圖3-2所示。Raql2ql：G2GJQ：G-LL圖3-2 主梁內(nèi)力圖 3-3 求彎矩一、固定載荷在 X 截面產(chǎn)生的彎矩 它也包括三個(gè)部分。1、由 q 載荷產(chǎn)生的彎矩22Mq=RAqX-qx2/2=qLx/2-qx2/2 令 dM q/dx=QL/2-qx=0 得 s=L/2 代

21、入 Mq 式，則 M qmax=ql2/82、由 Gq 載荷產(chǎn)生的彎矩0 1/6016Mn 鋼時(shí)，fg/Bi 1/50翼板最小厚度為6mm腹板厚度為：當(dāng)Q 50t時(shí)，f=68mm當(dāng) Q=75100t 時(shí)，f=810mm6、加筋距離端部入=1 1.2) hf中部入=1.21.5) hf通常入w 3m二、主梁高度的確定1、按剛度條件計(jì)算梁的高度圖4-2 主梁載荷圖主梁受力情況如圖4-2所示。在載荷作用下，梁跨中的最大撓度可按材料力 學(xué)中的公式計(jì)算。Gc產(chǎn)生的撓度fc=Gc ( L-Lc) L2-(L-Lc)23/2/9錯(cuò)誤！未找到引用源。EJxL其它載荷產(chǎn)生的撓度：f 它=(R+Gq) L3/48

22、EJx+5qL4/384EJx=L2(4Mp+5Mq)/48EJx 式中 Mp= (R+Gq) L/42Mq= qL /8根據(jù)剛度條件：f=fc+f它W f初步計(jì)算可忽略fc,則f= f它W f將Jx=Mmaxh /2代入剛度條件式，即可得到：h =(T &24EM max f (5Mq+4Mp)2、按強(qiáng)度條件計(jì)算梁的高度h，=， Mmax錯(cuò)誤！未找到引用源。Vfl從上式可知，為了求出梁的高度，必須先選出f。因?yàn)閒對(duì)各種梁來說變動(dòng) 范圍較小，所以不難確定。計(jì)算后如果hSh,取h作為梁的高度，既能保證強(qiáng)度要求又能保證剛度 要求。如果hNh,且相差不大，取h作為梁的高度，但如果相差太大，須要根據(jù)剛

23、度的最經(jīng)濟(jì)條件再算一個(gè)高度3、計(jì)算按剛度條件的最經(jīng)濟(jì)高度2h =0.01 3 (5Mq 4Mp)L錯(cuò)誤！未找到引用源 X48 f如果算得的h在h與h中間，就采用h作為梁的高度。這時(shí)從強(qiáng)度觀點(diǎn) 來看，不是最經(jīng)濟(jì)的。三、確定梁截面的其它尺寸1、計(jì)算梁的截面慣性矩2Jx=M maxL /48Ef （ 5Mq+4Mp）2 、計(jì)算腹板的慣性矩Jxf=hf乍f/12（ f已知,hf 取為 0.970.98h）Ff=2 f X hf3 、計(jì)算翼板慣性矩及尺寸Jxg= Jx-Jxf2Fg=4Jxg/h2Jxg=Fgh /42=B fh /4F g1=F g/2由參數(shù)關(guān)系可選得B。、B、f1，從而得hf。一般2

24、4mm。四、確定梁跨端的截面尺寸按所推薦的主梁主要參數(shù)關(guān)系確定。五、計(jì)算梁截面的幾何性質(zhì)根據(jù)材料力學(xué)方法，精度計(jì)算所設(shè)計(jì)主梁截面的慣性矩及截面抗彎模量。 4-2 主梁的強(qiáng)度驗(yàn)算由于確定梁的截面時(shí)，有許多的近似計(jì)算，因此進(jìn)行強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算是絕對(duì) 必要的。驗(yàn)算全部合格后，再進(jìn)行下一步的設(shè)計(jì)工作。一、驗(yàn)算最不利載荷位置截面的最大正應(yīng)力c = max/Wx+M smax/Wy W cWx、Wy分別為截面對(duì)X軸和丫軸的抗彎模數(shù)二、驗(yàn)算支座處截面上的最大剪應(yīng)力主梁截面上的最大剪應(yīng)力在腹板中P，按下式驗(yàn)算。T =GfexSxD/JxD2 fW cSxD端部截面對(duì)X軸的靜矩SxD=2hfD f/2 hfD/4

25、+B f （hf/2+ f/2）JxD端部截面對(duì)對(duì)X軸的慣性矩支座處的剪應(yīng)力也可按平均剪應(yīng)力驗(yàn)算T=Qmax/2hfD ff V t三、驗(yàn)算變截面處的復(fù)合應(yīng)力如果是變截面梁，尚須進(jìn)行變截面處腹板端部的復(fù)合應(yīng)力驗(yàn)算。c F=錯(cuò)誤！未找到引用源。W 1.1 c 式中，C=M xbmax/Wxb+ M ybmax/WybT=QbmaxS/J=Qq + QGq+Qc+QRmaxS為腹板端部一側(cè)截面對(duì)截面中性軸的靜矩S=b陽(hbf+心)/2考慮到折合應(yīng)力僅作用于梁的局部，對(duì)梁的危險(xiǎn)性較小，故將其許用值加以提高 4-3 主梁的疲勞強(qiáng)度計(jì)算按設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，只對(duì)A6、A7、A8級(jí)的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)

26、算時(shí) 按第I類載荷組合進(jìn)行。進(jìn)行計(jì)算的部位，由實(shí)際情況確定。通常將下述兩個(gè)部 位作為疲勞計(jì)算點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。(1) 橫向筋板焊縫端部腹板處(2) 下蓋板對(duì)焊縫對(duì)接縫和附近金屬疲勞強(qiáng)度計(jì)算按下式進(jìn)行：對(duì)(1)，c主=c /2+錯(cuò)誤！未找到引用源。 (T pc主主拉應(yīng)力；c p為疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力c、T為第I類載荷組合下，該處的應(yīng)力。對(duì)(2)，c maxC c PC max為驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度的計(jì)算應(yīng)力，即該驗(yàn)算部位在第I類載荷組合下產(chǎn)生的 最高應(yīng)力。c max可按以下順序進(jìn)行計(jì)算。確定載荷：Rx小車重產(chǎn)生的輪壓 P10額定起重量產(chǎn)生的輪壓q梁身自重計(jì)算輪壓：Rl =Px+ Pl0d第I類載荷組合，用等效起重

27、量計(jì)算，Pio為等效起重量 Q等效產(chǎn)生的輪壓。Q= dQPl0d= dPi式中 d見表4-1所示。表4-1 d數(shù)值表中級(jí)重級(jí)特重級(jí)焊接板結(jié)構(gòu)0.750.850.9焊接桁架結(jié)構(gòu)0.70.80.85式中 系數(shù) =1+ ( -1 ) /2( 為動(dòng)力系數(shù))同理 P 2I =P?+ P20d內(nèi)力計(jì)算：活動(dòng)載荷引起的彎矩； 最大彎矩(Pl P2)M max= B P21 L式中：B =1/4 1-b/L 1/(1+Pii/P21) 2 (I+P11 /P21)最大彎矩截面位置(距支座 A距離):Z=Pii +F2i (1-b/L) L/2(P 11+P21)梁自重引起的彎矩M=qL2/8應(yīng)力計(jì)算：(T m

28、a= 藝 M/W4 ( ML+M) /WX許用應(yīng)力可按以下順序進(jìn)行計(jì)算。T p= T 0p/(1-kv)r=T min/ T max驗(yàn)算部位應(yīng)力比值t min當(dāng)空載小車位于L/4時(shí)，驗(yàn)算處應(yīng)力.計(jì)算時(shí)先求出RA,算出M,即可算得CT min 0t 0p r=0 時(shí)的許用應(yīng)力T 0p和系數(shù)K可查表4-2得至嘰表4-2 t 0p和K值表驗(yàn)算部位接頭特性A316MnT 0Pkt 0pk等厚板橫向 對(duì)接焊縫及 附近金屬焊縫不加工11000.6012500.65經(jīng)機(jī)加工15000.5518000.60腹板橫向加 筋板端部處 的附近金屬(驗(yàn)算王拉 應(yīng)力)手工焊11000.6012500.65 4-4主梁的

29、剛度驗(yàn)算驗(yàn)算主梁在滿載小車輪壓作用下，跨中產(chǎn)生的最大垂直撓度。可按下式計(jì)算： fmax=R L-b2(3L-b)/2/48EJx 170錯(cuò)誤！未找到引用源。時(shí)，除須設(shè)置橫向加筋外，并在受 壓區(qū)設(shè)置縱向加強(qiáng)筋，同時(shí)須計(jì)算腹板的局部穩(wěn)定性。此外，規(guī)范還給出了計(jì)算腹板局部穩(wěn)定性的簡化算法。 5-2 加筋的設(shè)計(jì)計(jì)算一、加筋位置的確定（一）當(dāng)梁只須設(shè)置橫向加筋時(shí)，橫向加筋間距的確定。橫向加筋的間距由下式確定：最大剪力處：錯(cuò)誤！未找到引用源。最大彎矩處：錯(cuò)誤！未找到引用源。式中：ki，k2，k3，k4為系數(shù)，可由表查得。箱形梁設(shè)計(jì)中，可取 ki=712， k2=700, k3=21, k4=2362。t為

30、梁內(nèi)最大剪力處的平均剪應(yīng)力，t =max/hf 6（7為梁內(nèi)最大彎矩處腹板邊緣彎曲壓應(yīng)力（7 =Mbax/Jx上兩式應(yīng)同時(shí)滿足。當(dāng)按上述計(jì)算所得值大于 2hf或?yàn)樨?fù)值時(shí)，取入w 2hf。 一般入 0.5hf，入 w 3m。對(duì)變截面梁，端部變截面區(qū)段內(nèi)的入按上述剪力計(jì)算，hf取為該區(qū)段腹板的 平均高度。不變截面區(qū)段，按上兩式計(jì)算，t取兩區(qū)段交界處腹板平均剪應(yīng)力。（二）當(dāng)梁的腹板須同時(shí)用橫向加筋和縱向加筋加強(qiáng)時(shí)，加筋位置的確定。1、縱向加筋至腹板受壓邊緣的距離hi= 1120 f錯(cuò)誤！未找到引用源。W +叭式中應(yīng)力單位用MPahi值應(yīng)取為hf/4hf/5。當(dāng)算得hi小于hf/5時(shí)，必須在腹板受壓區(qū)

31、設(shè)置短加 筋。2、橫向加筋間距的確定設(shè)置縱向加筋后，橫向加筋間距依據(jù)縱向加筋至腹板受拉邊緣之間腹板不失 效來設(shè)計(jì)。入=錯(cuò)誤！未找到引用源。若算得入 2h2或入為負(fù)值時(shí)，取入w 2h2。加筋也可以按照經(jīng)驗(yàn)公式確定：跨中：0.5hfW /w 2hf 或 心（1.21.5） hf 跨端：啟（11.2） hf（三）短加筋間距的確定當(dāng)梁是有集中載荷時(shí)，須設(shè)置短橫向加筋。短橫向加筋的間距 入0,由鋼軌 及翼板的局部彎曲應(yīng)力條件確定，一般 入0W（4050） 6 J （即入0可由上述應(yīng)力 條件確定）。二、加筋尺寸的確定橫向大加筋高度應(yīng)滿足bj錯(cuò)誤！未找到引用源。一般規(guī)定筋板寬度b=B。橫向加筋厚度應(yīng)滿足6

32、j bj/15，同時(shí)應(yīng)滿足上端部所受的擠壓應(yīng)力條件（即 6 j可直接由上式選出，然后驗(yàn)算其上部擠壓應(yīng)力，也可從擠壓應(yīng)力條件求出）。短筋板高度，由短筋板局部彎曲應(yīng)力條件決定，可由該條件求出，或按經(jīng)驗(yàn) 選出進(jìn)行驗(yàn)算。一般在須要設(shè)置縱向加筋的梁上，短筋板咼度為hi ,h1（ 1/41/5） hf。在不須設(shè)置縱向筋板的梁上，短筋板的高度取 0.3hf，厚度與S j同。一般規(guī) 定 S j=510mm。加筋斷面之?dāng)D壓應(yīng)力應(yīng)滿足以下條件。擠唱錯(cuò)誤！未找到引用源錯(cuò)誤！未找到引用源。式中，l=b軌+2S gi, b軌為鋼軌底部寬度，可由手冊(cè)查出 短筋的高度應(yīng)滿足其承受的彎曲應(yīng)力要求。cj=M/WJW （T 式中

33、，M為短加筋所承受的彎矩。M=RBo/6。W為短加筋計(jì)算截面的截面模 數(shù)，其計(jì)算截面為T字形，如圖5-1所示。圖5-1短加筋的計(jì)算截面縱向加筋多采用角鋼、槽鋼等，其截面對(duì)腹板垂直軸的慣性矩應(yīng)滿足：Jyi （2.5-0.45錯(cuò)誤！未找到引用源。）（錯(cuò)誤！未找到引用源。）務(wù)S f3 （錯(cuò) 誤！未找到引用源。）Jyi 1.5hf S f3 （錯(cuò)誤！未找到引用源。）y -y 軸的位置，如圖5-2所示。圖5-2縱向加筋橫截面 5-3主梁穩(wěn)定性驗(yàn)算一、整體穩(wěn)定性驗(yàn)算根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，對(duì)筋形簡支梁，符合下列條件時(shí)，不計(jì)算梁的整 體穩(wěn)定性。廠(A3)95h/boW 10 且 L/bo 斗65（16 Mn

34、）一般橋式起重機(jī)主梁均能滿足以上要求，如不能滿足，須按下式進(jìn)行驗(yàn)算：（7 =錯(cuò)誤！未找到引用源。 T s時(shí)，腹板不會(huì)局部失穩(wěn)。如 入V hf，式中入、hf位置互換 橫向壓應(yīng)力單獨(dú)作用時(shí)，7 cr.c=C （錯(cuò)誤！未找到引用源5-1查出。當(dāng)7 cr.c 7 s時(shí)，腹板不會(huì)局部失效?？侳或7 cr.c Cc，其中F = P1,為系數(shù)，可取1.35 ofZ+二）+ （） 1GcCT c、CT cr、CT cr、 T cr。當(dāng) 7 cr驢7 sCT soX crCT cr.co）2,系數(shù)可由表Z=hf/2。此時(shí)強(qiáng)度I不滿足要求，但剛度滿足要求，主梁跨中不失穩(wěn)。表5-1系數(shù)G值入/hf0.50.60.8

35、1.01.21.41.61.82.0C792640461354274229199180166受壓翼板的局部穩(wěn)定性驗(yàn)算對(duì)箱形截面主梁，當(dāng)腹板中心距 B與受壓翼板厚度之比滿足下式要求時(shí), 可不考慮受壓翼板的局部穩(wěn)定性。否則須在受壓翼板上設(shè)置縱向加筋。對(duì) A3, B/ S g1 60對(duì) 16Mn B1/ S g1 4mm 6-2 主梁的對(duì)接接頭設(shè)計(jì)一、焊接板梁對(duì)接接頭的種類 在焊接梁中，梁的對(duì)接接頭可分為三種。1、工藝接頭由于原材料長度不夠而用于接常的對(duì)接接頭。2、構(gòu)造接頭用于沿梁長度上改變梁的橫截面的對(duì)接接頭。3、安裝接頭一一為了便于安裝和運(yùn)輸，在工地上進(jìn)行連接的接頭二、焊接板梁對(duì)接接頭的計(jì)算方法

36、 設(shè)計(jì)時(shí)可按下列兩種方法之一進(jìn)行計(jì)算1 、 根據(jù)已知的彎矩大小，進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。（T =MY/J （T 2、根據(jù)等強(qiáng)度要求，進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。M=c W按第二種方法設(shè)計(jì)時(shí)，焊縫所能承擔(dān)的彎矩 M與母材料能承擔(dān)的彎矩相等， 所以接頭的位置可以布置在梁的任何截面中，設(shè)計(jì)時(shí)不必顧及接頭的位置。三、接頭設(shè)計(jì)對(duì)工藝接頭，為了充分利用材料，在設(shè)計(jì)時(shí)無法預(yù)先確定其固定位置， 因此 采用第二種計(jì)算方法，即等強(qiáng)度計(jì)算方法比較方便。構(gòu)造對(duì)接接頭和安裝對(duì)接接 頭，在設(shè)計(jì)時(shí)是可以嚴(yán)格規(guī)定的，所以用第一種方法和第二種方法均可。 如果接 頭是在最大彎矩區(qū)域內(nèi)，這兩種方法便無區(qū)別了。安裝對(duì)接接頭，通常安排在受力較小的位置處，并且

37、設(shè)計(jì)成通用接頭，即梁 的全部構(gòu)件都在同一橫截面上進(jìn)行對(duì)接，如圖 6-1所示。這種接頭的接口平齊， 便于運(yùn)輸。安裝對(duì)接接頭是在工地焊接的，質(zhì)量難以保證，往往須要加強(qiáng)措施。圖6-1通用式對(duì)接接頭圖6-2 階梯式對(duì)接接頭工藝對(duì)接接頭，設(shè)計(jì)成通用式的較少，在大多數(shù)情況下，把焊縫相互錯(cuò)開， 設(shè)計(jì)成階梯式對(duì)接接頭，如圖6-2所示，這樣可以減小應(yīng)力集中。如對(duì)接處(T ct則可設(shè)計(jì)成45的斜焊縫，以求達(dá)到等強(qiáng)度。一般說采用斜焊縫是對(duì)受拉翼板說的，受拉翼板和腹板是不必要 的。直線焊縫的對(duì)接接頭是最合適的， 但焊接質(zhì)量必須得到保證，須采用自動(dòng)焊 或優(yōu)質(zhì)焊條手工焊。斜焊縫，非必要時(shí)最好不用。設(shè)計(jì)構(gòu)造對(duì)接接頭時(shí)，要特

38、別注意避免應(yīng)力集中。將筋板焊在對(duì)接接頭上是 錯(cuò)誤的，它不僅使焊縫集中，而且無法進(jìn)行焊縫的檢驗(yàn)。對(duì)接接頭的形式與尺寸可查GB98 80及其它資料。第七章起重機(jī)主桁架的計(jì)算 7-1起重機(jī)主桁架的一般比例如圖桁架的一般比例7-1所示。圖7-1 主桁架的一般比例（1）為了計(jì)算和校核方便，桁架的上弦桿，下弦桿，斜桿和豎桿均分別給 予不同的符號(hào)。（2）為了減少上弦桿的局部彎曲力矩，一般下弦桿的節(jié)距為上弦桿節(jié)距的 兩倍。（3）上弦桿的節(jié)距都是偶數(shù)，一般在 1016之間，入=H,上弦桿的節(jié)距都相等，只是在最末的兩個(gè)端點(diǎn)，為了滿足廠房跨度的要求，才經(jīng)常使入（4） H=（1/161/12）L，ho= （0.40.

39、5 ） H,這僅為參考數(shù)值，H應(yīng)保證吊 車梁的撓度不超過許用值，ho要待主梁與端梁接頭處剪力驗(yàn)算后，才能最后確定。 7-2 桁架各構(gòu)件內(nèi)力的計(jì)算（1）由不變載荷引起的內(nèi)力，將起重機(jī)主桁架的重量分開作用在每一上弦 的節(jié)點(diǎn)上，然后用克林夢(mèng)那一一馬克斯維爾圖解法即可求得各桿件的內(nèi)力。（2） 由活動(dòng)載荷（有效載荷）引起的內(nèi)力，可用影響線方法求得。（參考結(jié) 構(gòu)講課筆記）（3）上弦桿節(jié)間的局部彎曲力矩 M的計(jì)算：上弦桿除了有軸向壓力外，同時(shí)還承受小車輪壓的局部彎曲。從計(jì)算局部彎曲的觀點(diǎn)考慮，上弦桿就是彈性支承的連續(xù)梁，彈性支承的數(shù) 目就等于上弦桿的節(jié)點(diǎn)數(shù)。按照近似的計(jì)算，一般認(rèn)為壓力最大輪子 R位于節(jié)間中

40、央時(shí)，在這個(gè)截面 上最大彎矩值（正值）等于：M=P 入 /6入節(jié)點(diǎn)長度而節(jié)點(diǎn)彎矩值（負(fù)值）為：Mo=R 入 /12有時(shí)，這種計(jì)算誤差很大，一般可用下式確定出較準(zhǔn)確的數(shù)值：M=nP 入Mo=zR 入式中n、z系數(shù)可從表7-1中查出這樣上弦桿受有（1）沿著截面均勻分布的壓力和（2）非均勻分布的彎曲應(yīng) 力。這時(shí)，在節(jié)間中央上部纖維內(nèi)，壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力互相重迭，而下部纖維則 互相抵消。在節(jié)點(diǎn)內(nèi)，受有負(fù)的彎矩。因此，上部纖維內(nèi)應(yīng)力互相抵消，而下部 纖維內(nèi)應(yīng)力發(fā)生在節(jié)間中央的上部纖維和節(jié)點(diǎn)內(nèi)的下纖維，其應(yīng)力分布各圖如圖7-2所示。0甘壓力彎矩-_ -廠1/ /eiXe Z0召圖7-2上弦桿截面內(nèi)的應(yīng)力分布

41、圖 7-3桁架各桿件截面的選擇及應(yīng)力驗(yàn)算（1）首先根據(jù)工作條件、載荷性質(zhì)確定各桿件的截面形狀，并計(jì)算截面幾 何參數(shù)，面積F,慣性矩Jx、Jy回轉(zhuǎn)半徑rx、ry,計(jì)算出lx、ly等。（2）驗(yàn)算各桿之應(yīng)力表7-1系數(shù)n和z的數(shù)值b/入nz附注0.1 0.35-0.17在節(jié)間中有兩個(gè)輪壓 P1和P2同0.20.30-0.16時(shí)作用。0.30.27-0.150.40.24-0.160.50.22-0.130.60.20-0.16在節(jié)間中只有一個(gè)輪壓R作0.70.20-0.16用。0.80.20-0.160.90.20-0.161.00.17-0.151.10.17-0.141.20.17-0.131.

42、30.17-0.121.40.17-0.101.50.17-0.08（I）下弦桿：（T =NB/F （T 式中N b=N+N如有偏心時(shí)，貝c =錯(cuò)誤！未找到引用源。 c (H)上弦桿，(壓桿)在節(jié)間內(nèi)，需同時(shí)滿足以下兩式：c =錯(cuò)誤！未找到引用源。 +錯(cuò)誤！未找到引用源。 +錯(cuò)誤！未找到引用源+錯(cuò)誤！未找到引用源。 aa=1700 公斤/ 厘米 2c =錯(cuò)誤！未找到引用源。+錯(cuò)誤！未找到引用源。 1400公斤/厘米在節(jié)點(diǎn)內(nèi)，亦需同時(shí)滿足以下兩式：c =錯(cuò)誤！未找到引用源。 +錯(cuò)誤！未找到引用源。 +錯(cuò)誤！未找到引用源+錯(cuò)誤！未找到引用源。 c 2 c =1700 公斤 / 厘米 2c =錯(cuò)誤！

43、未找到引用源。+錯(cuò)誤！未找到引用源。 c =1400公斤/厘米2 式中 N 2水平慣性力在上弦桿內(nèi)所產(chǎn)生的內(nèi)力。M a2 水平慣性力在節(jié)間產(chǎn)生的局部彎矩。M a02水平慣性力產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)的局部彎矩。(川)斜桿：可能受拉力也可能受壓力，故當(dāng) -N與+N相差不大時(shí)，應(yīng)用下式驗(yàn)算：c p=N/F r入 c =N/4F r入式中 r 當(dāng)斜桿受交變應(yīng)力時(shí)的拆減系數(shù)(W)豎桿：c =N/4E c 注：當(dāng)斜桿與豎桿具有一個(gè)角鋼時(shí)，許用應(yīng)力 c 應(yīng)降低 25%。 7-4 節(jié)點(diǎn)計(jì)算 ( 1 )節(jié)點(diǎn)焊縫計(jì)算： 計(jì)算公式參考焊接結(jié)構(gòu)講課筆記。( 2)應(yīng)計(jì)算節(jié)點(diǎn)板之剪切力： 參考焊接結(jié)構(gòu)講課筆記。 7-5 下?lián)隙扔?jì)算 主桁架中點(diǎn)處之下?lián)隙瓤砂聪率接?jì)算：fmaFl.2錯(cuò)誤！未找到引用源。 f 式中 M 由于活動(dòng)的載荷所產(chǎn)生的彎曲力矩。M=昔誤！未找到引用源。式中 R 不考慮校正系數(shù)小車輪壓 P1 和 P2 之合力L 跨度E 彈性模量，低碳鋼 E=2.1 x 106kg/cm2J 慣性矩J=(F上+F下)錯(cuò)誤！未找到引用源。式中，F(xiàn)上、F下分別為上弦桿和下弦桿之截面積H 桁架幾何高度