橋式起重機主梁設計

第一章 橋式起重機一般介紹§ 1-1 起重機及其分類起重機械是用來進行起吊、 空中搬運的一種設備， 在社會生產及人們生活中 具有重要作用， 應用極為廣泛。 據(jù)不完全統(tǒng)計， 我國起重機械已發(fā)展到近千個品 種和三、四千種規(guī)格。根據(jù)我國現(xiàn)行的標準，起重機械大致可分為三大類。一、輕小型起重設備這種設備一般只有升降機構而無運行機構， 屬于這類設備的有： 千斤頂、 手 動葫蘆和電動葫蘆（常配有運行機構）等。二、升降機 只有升降機構而無運行機構，但有完善的安全裝置，如電梯、升船機、物料 升降機即屬于此類。三、起重機起重機一般是指除了有起升機構外還有水平運行機構的起重設備。 起重機根 據(jù)水平運行的形式不同， 又分為臂架式 （旋轉式）起重機和橋式起重機兩種類型。臂架式起重機除有起升機構外， 通常還有旋轉機構和變幅機構， 可以在圓形 場地及其上空作業(yè)。 這類起重機還可裝設在運輸工具上構成運行臂架起重機， 如 門座、塔式、汽車、鐵路起重機等，特別適用于露頭裝卸及安裝工作。橋式起重機除有起升機構外， 配有小車、 大車兩個運行機構， 可在長方形場 地及其上空作業(yè)。這類起重機適用于車間、倉庫及露天貨場等處工作。橋式起重機又有通用橋式起重機、冶金（專用）橋式起重機、龍門起重機等 多種類型。 橋式起重機橫架在固定跨間上空用來吊運各種物料及設備， 又稱“天 車”或“行車”。根據(jù)起吊裝置不同，通用橋式起重機又分為吊鉤（橋式）起重 機、電磁盤（橋式）起重機和抓斗（橋式）起重機等三種，在實際生產中吊鉤橋 式起重機應用最多。 上述三種通用橋式起重機除抓取裝置不同外， 其結構基本相 同。§ 1-2 通用橋式起重機的機構 通用橋式起重機主要由橋架（大車架）、大車運行機構、操縱室、裝有升降 機構和運行機構的小車以及電氣設備等組成。橋架是起重機的基本構件。 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，供小車運行。 在兩主梁的外側裝有走臺，設有安全欄桿。在裝有操縱室（駕駛室）一側的走臺 上裝有大車運行機構。在另一側走臺上裝有小車上所有電氣設備的宮供電裝置， 如有滑觸線、集電器和電纜線等。大車運行機構由電動機、制動器、變速器、傳動軸、聯(lián)軸節(jié)、車輪等組成。 大車運行機構的驅動方式可分為集中驅動與分別驅動兩種。 集中驅動時， 只有一 套驅動裝置裝于走臺中部， 驅動裝置通過傳動軸同時帶動兩個主動輪。 分別驅動 時，在走臺兩端各有一套驅動裝置分別帶動兩個主動輪， 中間沒有較長的傳動軸。 分別驅動的優(yōu)點是，由于省去傳動軸，橋架自重較輕，安裝和維修較方便，所以 大部分起重機采用這種驅動方式。操縱室又稱駕駛室， 是裝于傳動走臺側主梁下方一端的一個吊艙。 在操縱室 內，裝有大、小車運行機構、升降機構的操縱系統(tǒng)和有關裝置。操縱室上方有通 向走臺的艙口。小車又稱臺車， 主要包括小車架、 小車運行機構和起升機構。 小車運行機構 用以驅動小車沿主梁上的軌道運行。起升機構用以吊起和放下物料。§ 1-3 通用橋式起重機的主要技術參數(shù)一、起重量（ Q）起重量是指起重機允許吊起的最大重量， 又稱額定起重量， 通常以噸作單位。 各種起重機的最大起重量，須符合國家標準規(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 的跨度， 以米做單位。 起重機的跨度是根據(jù)廠房的跨度確定的， 跨度值應符合國 家標準規(guī)定（ 790-65 ）。三、工作速度工作速度包括起升速度、 小車運行速度和大車運行速度 （起重機運行速度） 。 中、小起重量的起重機，起升速度一般在 820米/分之間，A1A5工作級別的 取較低值，A6A8工作級別的取較高值。安裝用起重機的起升速度一般在14米/分之間。小車運行速度一般在 3050米/分，跨度大的取較高值，否則取較 低值。起重機運行速度一般在 80120 米/ 分，過慢會降低生產效率，快則啟動 和制動時的振動沖擊大。四、工作級別根據(jù)國標規(guī)定（GB3811-83，起重機的工作級別，按照其利用等級和載荷 狀態(tài)不同，分為A1A8八級。起重機的利用等級表示起重機被使用的頻繁程度， 起重機的利用等級按其在 設計壽命期內總的工作循環(huán)次數(shù)（起吊的次數(shù)）分為十級（U0 U9）。起重機的載荷狀態(tài)表示起重機受載的輕重程度， 它決定于每次起吊的實際重 量及起吊各種重量的次數(shù)。起重機的載荷狀態(tài)分為四級： Q1-輕級，表示很少起 升額定載荷；Q2-中級，表示有時起升額定載荷，一般起升中等載荷； Q3-重級， 表示經常起升額定載荷；Q4-特重級，表示頻繁起升額定載荷。設計起重機時， 根據(jù)載荷狀態(tài)和利用等級， 即可從國標中查知起重機的工作 級別。工作級別不同，對設計計算的要求不同。第二章 設計原則及基本資料§ 2-1 主梁的設計計算原則根據(jù)起重機設計規(guī)范（GB3811-83規(guī)定，主梁采用許用應力法計算。必須 進行強度、穩(wěn)定性和剛性計算，并滿足規(guī)定要求，計算時一般不考慮材料塑性的 影響。對工作級別為A6、A7、A8級的主梁。應進行疲勞強度計算，并滿足規(guī)定 的要求。許用應力法，即在強度計算中以材料的屈服限，在穩(wěn)定性計算中以穩(wěn)定臨界 應力，在疲勞強度計算中以疲勞強度限除以一定的安全系數(shù)，分別得到強度、穩(wěn)定性和疲勞強度的許用應力，構件的計算應力不得超過其相應的許用值。剛性要求是指結構在載荷作用下產生的變形量，不超過許用的變形值。 許用應力有載荷組合的類別及材料決定。§ 2-1 設計主梁的基本材料一、計算載荷設計中直接使用的載荷，稱為計算載荷。由于起重機主梁受的外載荷很多， 在進行設計計算時無法完全考慮，也沒有必要完全考慮，因此只選擇與其破壞形 式有關的、具有典型性的載荷作為設計依據(jù)，這種載荷通常稱為計算載荷。作用 在主梁上的載荷有：固定載荷、活動載荷、水平慣性載荷等。（一）固定載荷。此類載荷按分布特點可分為兩種。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、欄桿等）。設計前參考同類產 品初步估計或由有關圖表查出。2）集中驅動時，橋架運行機構產生的均布載荷（q'）可從有關圖表查出。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，作用點距梁一端距離為：Lc=2.8m。2）驅動部件重量（G',根據(jù)起重量查有關圖表。注意集中驅動與分別驅 動的差別。集中驅動時，G '作用于跨中，分別驅動時作用于主梁兩端。大車運 行機構重量（集中驅動）見表 2-1所示。表2-1大車運行機構重量（集中驅動）起重量（Q）（ t）均布重量（q'y ）（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起重機運行時，由于軌道接頭或不平，會使主梁受到沖擊作用，相當于主梁在垂直方向增加了一個附加載荷。 在設計計算時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)稱為運行沖擊系數(shù)，用 K表示。K的 大小與運行速度有關，可由公式算出，或由表 2-2查出。表2-2沖擊系數(shù)K運行速度（m/s）V 1.01.0 1.51.6 3.0> 3.0K1.01.11.21.3因此，計算固定載荷分別為：q=kq”，G=kG式中：q”= q'+ q'yG' = Gc'+ Gq'q'-主梁自重固定均布載荷；q'-橋架運行機構產生的均布載荷。Gc-操縱室重量引起的固定集中載荷；Gq'-驅動部件引起的固定 集中載荷（二）活動載荷活動載荷就是小車車輪作用在主梁鋼軌上的輪壓?；顒虞d荷包括小車自重和起重量兩者作用的總和。另外，起重機的起升機構在啟動和制動時，重物對主梁會產生一個垂直慣性 力的作用，在設計計算時，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)稱為動力系數(shù)，用 表示。的大小與工作級別有關，可由表 2-3查出。表2-3動力系數(shù)值工作級別A4 （輕級）A5仲級）A6 （重級）1.11.21.3因此，計算活動載荷，即小車車輪的計算壓力為: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行時的起動和制動，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 量按與起重機剛性連接對待，它以集中力的方式作用在跨度中間， 通過小車輪與 軌道側向接觸傳給主梁。其二是橋架質量（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，按質量與運行加速度乘積的1.5倍計算，“ 1.5 ”倍是考慮驅動力突變產生的動力效應。加速度可由橋架運行速度及加（減）速時間算得， 加（減）速時間如表2-4所示。表2-4橋架運行速度及相應的加（減）速時間運行速度（米/秒）2.521.610.63力卩（減）速時間（秒）6.35.6543.2水平慣性力的最大值不應大于主動車輪與鋼軌間的摩擦力。該摩擦力為：F=卩P驅式中：卩一一車輪與鋼軌間的滑動摩擦系數(shù)。P 驅一一作用于驅動車輪上的總壓力。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。作用在一根主梁上的水平慣性力為：P'慣=F/2=1/14P驅在實際計算中，取P'=1/10P驅。（四）扭轉載荷當確定扭轉力矩時，須要考慮扭轉載荷。扭轉載荷包括以下幾部分。1、懸臂作用的垂直載荷，如平臺自重、橋架運行機構、滑線自重等。2、水平慣性載荷。3、鋼軌與主梁軸線有偏差時產生的偏心作用的垂直載荷。二、載荷組合不同載荷同時對主梁起作用時，稱不同載荷的載荷組合。作用在起重機主梁 上的各種載荷，并不是同時出現(xiàn)的，在設計時考慮各種載荷出現(xiàn)的機率， 按最不 利的情況，將載荷進行組合，進行計算，按許用應力法進行設計計算時，載荷組 合有兩種，如表2-5所示。表2-5橋式起重機主梁的載荷組合'-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'Pq等Pq水平載何小車起、制動的慣 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行疲勞強度計算的， 該類組合為大車不動，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行靜強度計算的， 即 進行強度和穩(wěn)定計算的，該類組合為小車位于跨度中部滿載下降制動， 同時大車 平穩(wěn)制動。剛度計算時，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構鋼 A3、C3或普通低合金結構鋼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。許用應力由材料和計算載荷組合決定，對U類載荷組合可由表2-6計算。表2-6安全系數(shù)和許用應力安全系數(shù)拉、壓、彎許用應力剪切許用應力擠壓許用應力n n=1.5C n=c s/1.5T n = C n/ 錯誤！ 未找到引用源。C c n =1 .5 C n疲勞許用應力按下式計算：rv 0時，c=1.67 (T-i"(1-0.67r);r >0 時，c r=1.67 c -i/1-1-(c -J/0.45 c brr為應力循環(huán)特性，決定于驗算部位在第I類載荷組合作用下產生的最大應 力及最小應力。c-1為疲勞許用應力的基本值，即r=-1時的疲勞許用應力值。 c-1可由表2-7查出。表2-7疲勞許用應力基本值c -1 (N/mrn)接頭形式材料工作級別A4A5A6對接焊縫，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)點各桿件用角焊A367.95442.8縫連接16Mn67.95442.8c為材料的抗拉強度，對 A3鋼取 c=380N/mm2,對16Mn取c=500N/mm2。起重機的剛性要求一般分為靜態(tài)和動態(tài)兩方面。對一般的起重機不校核動態(tài) 剛性。靜態(tài)剛性，指當滿載小車位于跨中時，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 (不考慮動力系數(shù)及主梁自重)。工作級別 為A5及A5以下的起重機，許用撓度f=L/700 ;工作級別為A6的起重機， f=L/800 ;工作級別為A7、A8的起重機，f=L/1000 。構件的許用長細比入如表2-8所示。表2-8構件的許用長細比入構件名稱許用長細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焊縫的許用應力亦可從表2-9中查出表2-9焊縫的許用應力焊縫種類壓力種類符號自動焊或嚴檢手工焊對接拉、壓c bc 對接及角焊縫剪切T bc /2c 為構件材料的基本許用應力第三章主梁的內力計算§ 3-1 求支座反力一、固定載荷引起的支座反力主梁載荷計算圖如圖3-1所示圖3-1主梁載荷計算圖 固定載荷(q、G、G)引起的支座反力為：Qe=QI/2+ Gq/2+ Gc( L-Lc) /L二、活動載(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、固定載荷產生的剪力固定載荷在X截面上產生的剪力包括三個部分。1、由 q 產生的剪力：Qq=RAq-qx=qL/2-qx (Ovxv L)2、由Gq產生的剪力Ov Xv L/2 時QGq= RAGq=-Gq/2L/2 v Xv L 時QGq=- RBGq=-Gq/23、由Gc產生的剪力0vXv Lc 時Qc= Rac=Gc ( L-L c) /LLxvXv L 時Qc=-Rb=- Gc Lc/L二、活動載荷產生的剪力Q= RAR=R(L-t1-x)/L三、總剪力Q = Qq+Qq+Q+Q計算總剪力時，應考慮不同X分段上各剪力的計算公式不同，并注意各部分 剪力的正負號可能不同。5Lctt2Gqq/,1 .,I dlK亠 L/2L'2AF IF<1pRb各剪力分布如圖3-2所示。Raql2ql：G<2GJQ：G-LL圖3-2 主梁內力圖§ 3-3 求彎矩一、固定載荷在 X 截面產生的彎矩 它也包括三個部分。1、由 q 載荷產生的彎矩22Mq=RAqX-qx2/2=qLx/2-qx2/2 令 dM q/dx=QL/2-qx=0 得 s=L/2 代入 Mq 式，則 M qmax=ql2/82、由 Gq 載荷產生的彎矩0< x L/2 時，M Gq=RAGqX=GqX/2L/2 V X WL寸，MGq=RBGq ( L-X ) =Gq ( L-X ) /2當 x=L/2 時，Mq最大，MGqma=GL/43、由 Gc 載荷產生的彎矩0W X Lc 時，Mc=RacX=Gc ( L-Lc) x/LLcVxWL 時，Mc=Rbc (L-X) =GcLc ( L-X) /L當 X=Lc 時，Me最大，McmaX=GcLc ( L-Lc) /L二、活動載荷在 X 截面產生的彎矩MR=RARX=R(L-t1-X)X/L;令 dMR/dX=RL-Rt1-2RX/L=0得 X=( L-t1)/2即活動載荷引起的最大變矩產生在此截面上。 在進行強度計算時， 可近似認為它 作用在跨度中部Po將x= ( L-t1 ) /2代入Mr式，貝U M RmaX= R(L-t1)2/4三、X截面上的總彎矩M= M q+MGq+Mc+M R計算總彎矩時，須考慮不同X分段上各彎矩的計算公式不同，并注意個彎矩 的正負號。主梁各彎矩分布如圖 3-2 所示。§ 3-4 求最不利載荷位置及絕對最大內力 由剪力公式及剪力圖看出，當 X=0 時，即小車的 P1 車輪處于左支座上時， 主梁截面上的剪力最大，產生剪力的載荷最不利位置X0=0，絕對最大剪力為QmaX=ql/2+Gq/2+Gc (L-Lc)/L+R(L-t1)/L產生彎矩的載荷不利位置Xm可用以下方法求出：求dM/dx,令dM/dx=0，即可求出Xm。將Xm代入求M公式，即可得到絕對值最大彎矩 MU。§ 3-5 求水平慣性載荷所引起的水平彎矩 計算水平方向的彎矩時， 可以認為橋架是一個超靜定鋼架結構， 從而推出水 平彎矩計算式。作為簡化計算，水平彎矩按下式求出：M s=0.1MM 為由固定載荷與活動載荷產生的總彎矩第四章主梁截面設計及強度、剛度驗算§ 4-1、截面尺寸的基本比例箱形梁的截面設計5B'42B6圖4-1箱形截面梁基本尺寸主梁的典型結構如圖4-1所示。主梁截面的主要參數(shù)須通過設計計算確定。 設計時先計算梁的高度，然后確定其它尺寸，計算截面幾何特性，進行驗算。這 樣，經過多次適當?shù)恼{整，直至最后驗算合格，確定全部尺寸。設計過程中，為 使所確定的截面能基本滿足各項要求，減少設計的多次反復修改，確定截面各參數(shù)時，盡量使其符合以下關系。1、高度h/L=1/4 1/8小跨度時取較大值，大跨度時取較小值。相同跨度下，大起重量取大值，小 起重量取小值。2、跨端尺寸跨端高度 ho/h=0.40.6減高距離 Lo=（1/51/10）L,通常23cm。3、腹板間距B0/L=1/50 1/604、翼板寬度手工焊時，B=Bo+2(1O+ f)自動焊時，B=Bo+2(2O+ f)5、翼板厚度，腹板厚度A3 鋼時，/Bi> 1/6016Mn 鋼時，fg/Bi> 1/50翼板最小厚度為6mm腹板厚度為：當Q< 50t時，f=68mm當 Q=75100t 時，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 學中的公式計算。Gc產生的撓度fc=Gc ( L-Lc) L2-(L-Lc)23/2/9錯誤！未找到引用源。EJxL其它載荷產生的撓度：f 它=(R+Gq) L3/48EJx+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、按強度條件計算梁的高度h，=， Mmax錯誤！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。因為f對各種梁來說變動 范圍較小，所以不難確定。計算后如果h'Sh',取h'作為梁的高度，既能保證強度要求又能保證剛度 要求。如果h'Nh',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)剛度的最經濟條件再算一個高度3、計算按剛度條件的最經濟高度2h' =0.01 3 (5Mq 4Mp)L錯誤！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。這時從強度觀點 來看，不是最經濟的。三、確定梁截面的其它尺寸1、計算梁的截面慣性矩2Jx=M maxL /48Ef （ 5Mq+4Mp）2 、計算腹板的慣性矩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)關系可選得B。、B、f1，從而得hf。一般24mm。四、確定梁跨端的截面尺寸按所推薦的主梁主要參數(shù)關系確定。五、計算梁截面的幾何性質根據(jù)材料力學方法，精度計算所設計主梁截面的慣性矩及截面抗彎模量。§ 4-2 主梁的強度驗算由于確定梁的截面時，有許多的近似計算，因此進行強度、剛度驗算是絕對 必要的。驗算全部合格后，再進行下一步的設計工作。一、驗算最不利載荷位置截面的最大正應力c = max/Wx+M smax/Wy W cWx、Wy分別為截面對X軸和丫軸的抗彎模數(shù)二、驗算支座處截面上的最大剪應力主梁截面上的最大剪應力在腹板中P，按下式驗算。T =GfexSxD/JxD2 fW cSxD端部截面對X軸的靜矩SxD=2hfD f/2 hfD/4+B f （hf°/2+ f/2）JxD端部截面對對X軸的慣性矩支座處的剪應力也可按平均剪應力驗算T=Qmax/2hfD ff V t三、驗算變截面處的復合應力如果是變截面梁，尚須進行變截面處腹板端部的復合應力驗算。c F=錯誤！未找到引用源。W 1.1 c 式中，C=M xbmax/Wxb+ M ybmax/WybT=QbmaxS/J<b 2 fMmax為變截面處的最大垂直總彎矩，等于各固定載荷及活動載荷在該截面產 生的最大彎矩的總和。M bmax=M bq+ M bGq+ M bc+ M bRmaxM yb為變截面處的最大水平慣性彎矩M sbmax= 0.1M bmaxWxb、Wyb分別變截面處的截面抗彎模數(shù)。Qbmax為變截面處截面上的最大剪力，等于各固定載荷及活動載荷在該截面產生的最大剪力之和。(Qma>=Qq + QGq+Qc+QRmaxS為腹板端部一側截面對截面中性軸的靜矩S=b陽(hbf+心)/2考慮到折合應力僅作用于梁的局部，對梁的危險性較小，故將其許用值加以提高§ 4-3 主梁的疲勞強度計算按設計規(guī)范規(guī)定，只對A6、A7、A8級的結構件進行疲勞強度計算。計算時 按第I類載荷組合進行。進行計算的部位，由實際情況確定。通常將下述兩個部 位作為疲勞計算點進行計算。(1) 橫向筋板焊縫端部腹板處(2) 下蓋板對焊縫對接縫和附近金屬疲勞強度計算按下式進行：對(1)，c主=c /2+錯誤！未找到引用源。 (T pc主主拉應力；c p為疲勞強度許用應力c、T為第I類載荷組合下，該處的應力。對(2)，c maxC c PC max為驗算疲勞強度的計算應力，即該驗算部位在第I類載荷組合下產生的 最高應力。c max可按以下順序進行計算。確定載荷：Rx小車重產生的輪壓 P10額定起重量產生的輪壓q'梁身自重計算輪壓：Rl =Px+ © ' Pl0d第I類載荷組合，用等效起重量計算，Pio為等效起重量 Q等效產生的輪壓。Q= © dQPl0d= © dPi式中© d見表4-1所示。表4-1 © d數(shù)值表中級重級特重級焊接板結構0.750.850.9焊接桁架結構0.70.80.85式中 ©'系數(shù)© ' =1+ ( © -1 ) /2( ©為動力系數(shù))同理 P 2I =P?+ © ' P20d內力計算：活動載荷引起的彎矩； 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應力計算：(T ma= 藝 M/W4 ( ML+M) /WX許用應力可按以下順序進行計算。T p= T 0p/(1-kv)r=T min/ T max驗算部位應力比值t min當空載小車位于L/4時，驗算處應力.計算時先求出RA,算出M,即可算得CT min 0t 0p r=0 時的許用應力T 0p和系數(shù)K可查表4-2得至嘰表4-2 t 0p和K值表驗算部位接頭特性A316MnT 0Pkt 0pk等厚板橫向 對接焊縫及 附近金屬焊縫不加工11000.6012500.65經機加工15000.5518000.60腹板橫向加 筋板端部處 的附近金屬(驗算王拉 應力)手工焊11000.6012500.65§ 4-4主梁的剛度驗算驗算主梁在滿載小車輪壓作用下，跨中產生的最大垂直撓度?？砂聪率接嬎悖?fmax=R' L-b2(3L-b)/2/48EJx< f其中b為小車輪距也可用下式進行近似計算： fmax=R'L/48EJxW ff根據(jù)工作級別確定。§ 4-5 鋼軌選擇及上翼板應力驗算一、鋼軌選擇及局部彎曲應力計算1、鋼軌選擇起重機小車常用鐵路鋼軌，大型起重機除采用鐵路鋼軌外，還采用QU型起重機專用鋼軌。選擇鋼軌時，先算出小車輪的最大計算輪壓(考慮動力因數(shù)及小車自重)，見圖4-3所示。由最大計算輪壓即可從下表中查得小車輪直徑及鋼軌型號，由鋼軌型號即可從手冊中查得截面尺寸及截面幾何性質，見表4-3所示。圖4-3輪壓計算表4-3小車輪的最大許用輪壓(噸)車輪直徑軌道型號工作級別P 計 max車輪材料輕3.3D250輕11中2.67ZG55重2.38輕4.18輕18中3.49ZG55重2.99輕14.1D350輕24中11.8ZG55重10.1輕16D400重38中13.4ZG55重11.4輕19.8D500重43中16.5ZG55重14.15輕24.6D400重43中22.665Mn重19.42、鋼軌正應力驗算c軌=-N）入o/5W 軌w c軌P2式中,c軌為鋼軌的許用應力。對輕軌：c軌=2300公斤/厘米對重軌：c軌=2800公斤/厘米N為由鋼軌傳到翼板上的部分計算輪壓當BiW入0時，N=P/(1+96K ' J 軌 B2/ 入 03 S gi3)當Bi 入0時，N=P/(1+96K ' J 軌/ 入 03S gi3)B為兩腹板垂直中心線間的距離。J軌為鋼軌的慣性矩，可根據(jù)鋼軌型號從表 中查出。K'為系數(shù)，可從表4-4中查出。表4-4系數(shù)K'值入 0/B1 （B"入 o）1.01.11.21.41.61.82.03.0K'0.12650.13810.14780.16210.17140.17690.18030.1849鋼軌應力驗算，也可按下式進行c軌=P入o/6W軌w c軌 二、上翼板局部彎曲應力計算 主梁上翼板在計算輪壓的作用下，將沿梁的縱向和橫向產生局部彎曲正應 力?？v向應力：c 2=k2N/ S gi2 橫向應力：c x=k3N/ S gi 上翼板中除局部彎曲正應力外，還有梁整體彎曲正應力，上翼板應按折算 應力驗算。c上=錯誤！未找到引用源。w c 式中。 c 為整體垂直彎曲正應力。k2, k3為系數(shù)，可由設計手冊中查出。由本節(jié)內容可知，短筋板間距入。應根據(jù)鋼軌應力和上翼板計算應力兩個條 件來確定。ATr-rr第五章加筋設計及穩(wěn)定性計算§ 5-i 關于加筋設計的有關規(guī)定 在鋼結構設計規(guī)范中，對梁上的加筋設置有以下規(guī)定：1、 當hf/ S fw 80錯誤！未找到引用源。時，無局部壓應力的梁不設置加筋 即可保證腹板的局部穩(wěn)定性，有局部壓應力時須布置橫向加筋。2、 當80錯誤！未找到引用源。V hf/ S f w 170錯誤！未找到引用源。時, 則應設置橫向加筋，并計算其腹板的局部穩(wěn)定性。3、當hf/ S f > 170錯誤！未找到引用源。時，除須設置橫向加筋外，并在受 壓區(qū)設置縱向加強筋，同時須計算腹板的局部穩(wěn)定性。此外，規(guī)范還給出了計算腹板局部穩(wěn)定性的簡化算法。§ 5-2 加筋的設計計算一、加筋位置的確定（一）當梁只須設置橫向加筋時，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：錯誤！未找到引用源。最大彎矩處：錯誤！未找到引用源。式中：ki，k2，k3，k4為系數(shù)，可由表查得。箱形梁設計中，可取 ki=712， k2=700, k3=21, k4=2362。t為梁內最大剪力處的平均剪應力，t =max/hf 6（7為梁內最大彎矩處腹板邊緣彎曲壓應力（7 =Mbax/Jx上兩式應同時滿足。當按上述計算所得值大于 2hf或為負值時，取入w 2hf。 一般入 > 0.5hf，入 w 3m。對變截面梁，端部變截面區(qū)段內的入按上述剪力計算，hf取為該區(qū)段腹板的 平均高度。不變截面區(qū)段，按上兩式計算，t取兩區(qū)段交界處腹板平均剪應力。（二）當梁的腹板須同時用橫向加筋和縱向加筋加強時，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錯誤！未找到引用源。W +叭式中應力單位用MPahi值應取為hf/4hf/5。當算得hi小于hf/5時，必須在腹板受壓區(qū)設置短加 筋。2、橫向加筋間距的確定設置縱向加筋后，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 效來設計。入=錯誤！未找到引用源。若算得入> 2h2或入為負值時，取入w 2h2。加筋也可以按照經驗公式確定：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梁是有集中載荷時，須設置短橫向加筋。短橫向加筋的間距 入0,由鋼軌 及翼板的局部彎曲應力條件確定，一般 入0W（4050） 6 J （即入0可由上述應力 條件確定）。二、加筋尺寸的確定橫向大加筋高度應滿足bj>錯誤！未找到引用源。一般規(guī)定筋板寬度b=B。橫向加筋厚度應滿足6 j> bj/15，同時應滿足上端部所受的擠壓應力條件（即 6 j可直接由上式選出，然后驗算其上部擠壓應力，也可從擠壓應力條件求出）。短筋板高度，由短筋板局部彎曲應力條件決定，可由該條件求出，或按經驗 選出進行驗算。一般在須要設置縱向加筋的梁上，短筋板咼度為hi ,h1（ 1/41/5） hf。在不須設置縱向筋板的梁上，短筋板的高度取 0.3hf，厚度與S j同。一般規(guī) 定 S j=510mm。加筋斷面之擠壓應力應滿足以下條件。擠唱錯誤！未找到引用源錯誤！未找到引用源。"式中，l=b軌+2S gi, b軌為鋼軌底部寬度，可由手冊查出 短筋的高度應滿足其承受的彎曲應力要求。cj=M/WJW （T 式中，M為短加筋所承受的彎矩。M=RBo/6。W為短加筋計算截面的截面模 數(shù)，其計算截面為T字形，如圖5-1所示。圖5-1短加筋的計算截面縱向加筋多采用角鋼、槽鋼等，其截面對腹板垂直軸的慣性矩應滿足：Jyi> （2.5-0.45錯誤！未找到引用源。）（錯誤！未找到引用源。）務S f3 （錯 誤！未找到引用源。）Jyi> 1.5hf S f3 （錯誤！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)定性驗算一、整體穩(wěn)定性驗算根據(jù)鋼結構設計規(guī)范規(guī)定，對筋形簡支梁，符合下列條件時，不計算梁的整 體穩(wěn)定性。廠(A3)95h/boW 10 且 L/bo> 斗65（16 Mn）一般橋式起重機主梁均能滿足以上要求，如不能滿足，須按下式進行驗算：（7 =錯誤！未找到引用源。< c 式中© W為整體穩(wěn)定性系數(shù)，可由設計規(guī)范中查出。二、腹板局部穩(wěn)定性驗算安置加筋后，對被橫向加筋隔開的，上蓋板或縱向加筋以下的腹板區(qū)間， 應 進行局部穩(wěn)定性驗算。通常應選支座處（腹板受剪應力最大，彎曲正應力趨于零）， 跨中處（腹板受正應力最大，剪應力趨于零）及距支座 1/4跨度處（腹板受彎曲 正應力和剪應力作用）三個部位進行驗算。當幾種應力同時作用時，腹板局部穩(wěn)定的工作條件可用下式表示。r：20 ° 1o式中7、7 c、T分別表示作用的彎曲正應力，橫向壓應力和剪應力， 分別表示7、7 c、T單獨作用時的臨界應力彎曲正應力單獨作用時，7 cr=715 （錯誤！未找到引用源。）2o當 時，腹板不會局部失穩(wěn)，因為梁在工作時各部分的應力都小于剪應力單獨作用時，T cr=123+錯誤！未找到引用源。（錯誤！未找到引用 源。）：當T cr > T s時，腹板不會局部失穩(wěn)。如 入V hf，式中入、hf位置互換 橫向壓應力單獨作用時，7 cr.c=C （錯誤！未找到引用源5-1查出。當7 cr.c > 7 s時，腹板不會局部失效?？侳或7 cr.c > Cc，其中F = P1,為系數(shù)，可取1.35 o°fZ'+二）+ （） <1GcCT c、CT cr、CT cr、 T cr。當 7 cr驢7 sCT soX crCT cr.co）2,系數(shù)可由表Z=hf/2。此時強度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/hf0.50.60.81.01.21.41.61.82.0C792640461354274229199180166受壓翼板的局部穩(wěn)定性驗算對箱形截面主梁，當腹板中心距 B與受壓翼板厚度之比滿足下式要求時, 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置縱向加筋。對 A3, B/ S g1< 60對 16Mn B1/ S g1< 50第六章 焊縫及焊接接頭的設計與計算§ 6-1 焊縫的設計計算一、翼板焊縫翼板與腹板鏈接的焊縫在翼板焊縫中，存在著正應力C和剪應力T o C是焊縫隨母材變形而產生的， 順著焊縫方向，因此它屬于結合應力，在計算 Q產生的，對構件騎著破壞作用， 因此它屬于工作應力，計算時要特別注意。在受固定集中載荷或受移動集中載荷作用的梁中， 翼緣焊縫中除存在上述兩 種應力之外，還存在局部剪應力。局部剪應力是由作用在翼緣焊縫上的局部壓力 在著力點處產生的，對構件起著破壞作用，因此它屬于工作應力。為了保證主梁的安全工作，翼緣焊縫應設計成連續(xù)的角焊縫。間斷焊縫雖然 殘余變形可能稍小， 但由于不能使用自動焊， 且有較為嚴重的應力集中， 所以不 宜采用。翼緣焊縫通常采用不開坡口的單面焊， 為了提高焊縫的質量和生產效率 常采用埋弧自動焊和氣體保護焊。翼緣焊縫承受由翼板傳至腹板的剪力。 對不開坡口的翼緣焊縫的強度，按下 式計算：t c=Q S/J x 2Ko式中Q 所計算截面上的剪力。S 翼板截面對整個截面中性軸的靜矩。J x整個截面對其中性軸的慣性矩。K o角焊縫計算高度（厚度），可取為0.7K （焊腳尺寸）。翼緣焊縫內的剪應力，在大多數(shù)情況下比許用應力小得多。亦可按平均應力 初步驗算。對受移動集中載荷的箱形梁， 如軌道不直接壓在腹板上， 而是通過筋板傳遞 壓力時，可不考慮局部剪應力。翼緣焊縫通常取為K= （0.61） S f，不大于S f，但S f v 4mm寸，K不得小 于 4mm。二、筋板焊縫一一筋板與腹板、翼板的焊縫 在一般情況下，筋板焊縫受力不大，不必進行強度計算。雖然受力不大，但 通常都設計成連續(xù)焊縫， 這樣可提高腹板的穩(wěn)定性。 為了避免在受拉翼板上引起 應力集中，危害結構強度，筋板和下翼板可不用焊縫焊接。筋板焊縫的焊腳常取翼緣焊縫的一半，即 K= （0.40.5 ） S f > 4mm§ 6-2 主梁的對接接頭設計一、焊接板梁對接接頭的種類 在焊接梁中，梁的對接接頭可分為三種。1、工藝接頭由于原材料長度不夠而用于接常的對接接頭。2、構造接頭用于沿梁長度上改變梁的橫截面的對接接頭。3、安裝接頭一一為了便于安裝和運輸，在工地上進行連接的接頭二、焊接板梁對接接頭的計算方法 設計時可按下列兩種方法之一進行計算1 、 根據(jù)已知的彎矩大小，進行強度計算。（T =MY/J< （T '2、根據(jù)等強度要求，進行強度計算。M=c W按第二種方法設計時，焊縫所能承擔的彎矩 M與母材料能承擔的彎矩相等， 所以接頭的位置可以布置在梁的任何截面中，設計時不必顧及接頭的位置。三、接頭設計對工藝接頭，為了充分利用材料，在設計時無法預先確定其固定位置， 因此 采用第二種計算方法，即等強度計算方法比較方便。構造對接接頭和安裝對接接 頭，在設計時是可以嚴格規(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，這兩種方法便無區(qū)別了。安裝對接接頭，通常安排在受力較小的位置處，并且設計成通用接頭，即梁 的全部構件都在同一橫截面上進行對接，如圖 6-1所示。這種接頭的接口平齊， 便于運輸。安裝對接接頭是在工地焊接的，質量難以保證，往往須要加強措施。圖6-1通用式對接接頭圖6-2 階梯式對接接頭工藝對接接頭，設計成通用式的較少，在大多數(shù)情況下，把焊縫相互錯開， 設計成階梯式對接接頭，如圖6-2所示，這樣可以減小應力集中。如對接處(T < (T 則工藝接頭應當采用直線焊縫，如果c> ct'則可設計成45°的斜焊縫，以求達到等強度。一般說采用斜焊縫是對受拉翼板說的，受拉翼板和腹板是不必要 的。直線焊縫的對接接頭是最合適的， 但焊接質量必須得到保證，須采用自動焊 或優(yōu)質焊條手工焊。斜焊縫，非必要時最好不用。設計構造對接接頭時，要特別注意避免應力集中。將筋板焊在對接接頭上是 錯誤的，它不僅使焊縫集中，而且無法進行焊縫的檢驗。對接接頭的形式與尺寸可查GB98 80及其它資料。第七章起重機主桁架的計算§ 7-1起重機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。（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，只是在最末的兩個端點，為了滿足廠房跨度的要求，才經常使入（4） H=（1/161/12）L，ho= （0.40.5 ） H,這僅為參考數(shù)值，H應保證吊 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算后，才能最后確定。§ 7-2 桁架各構件內力的計算（1）由不變載荷引起的內力，將起重機主桁架的重量分開作用在每一上弦 的節(jié)點上，然后用克林夢那一一馬克斯維爾圖解法即可求得各桿件的內力。（2） 由活動載荷（有效載荷）引起的內力，可用影響線方法求得。（參考結 構講課筆記）（3）上弦桿節(jié)間的局部彎曲力矩 M的計算：上弦桿除了有軸向壓力外，同時還承受小車輪壓的局部彎曲。從計算局部彎曲的觀點考慮，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)點數(shù)。按照近似的計算，一般認為壓力最大輪子 R位于節(jié)間中央時，在這個截面 上最大彎矩值（正值）等于：M=P 入 /6入節(jié)點長度而節(jié)點彎矩值（負值）為：Mo=R 入 /12有時，這種計算誤差很大，一般可用下式確定出較準確的數(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 力。這時，在節(jié)間中央上部纖維內，壓應力和彎曲應力互相重迭，而下部纖維則 互相抵消。在節(jié)點內，受有負的彎矩。因此，上部纖維內應力互相抵消，而下部 纖維內應力發(fā)生在節(jié)間中央的上部纖維和節(jié)點內的下纖維，其應力分布各圖如圖7-2所示。0甘壓力彎矩-_ -廠1©/ /eiXe Z0召圖7-2上弦桿截面內的應力分布圖§ 7-3桁架各桿件截面的選擇及應力驗算（1）首先根據(jù)工作條件、載荷性質確定各桿件的截面形狀，并計算截面幾 何參數(shù)，面積F,慣性矩Jx、Jy回轉半徑rx、ry,計算出lx、ly等。（2）驗算各桿之應力表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)間中有兩個輪壓 P1和P2同0.20.30-0.16時作用。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。0.80.20-0.160.90.20-0.161.00.17-0.151.10.17-0.141.20.17-0.131.30.17-0.121.40.17-0.101.50.17-0.08（I）下弦桿：（T =NB/F < （T 式中N b=N+N如有偏心時，貝c =錯誤！未找到引用源。 c (H)上弦桿，(壓桿)在節(jié)間內，需同時滿足以下兩式：c =錯誤！未找到引用源。 +錯誤！未找到引用源。 +錯誤！未找到引用源+錯誤！未找到引用源。 aa=1700 公斤/ 厘米 2c =錯誤！未找到引用源。+錯誤！未找到引用源。 1400公斤/厘米在節(jié)點內，亦需同時滿足以下兩式：c =錯誤！未找到引用源。 +錯誤！未找到引用源。 +錯誤！未找到引用源+錯誤！未找到引用源。 c 2 c =1700 公斤 / 厘米 2c =錯誤！未找到引用源。+錯誤！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所產生的內力。M a2 水平慣性力在節(jié)間產生的局部彎矩。M a02水平慣性力產生的節(jié)點的局部彎矩。(川)斜桿：可能受拉力也可能受壓力，故當 -N與+N相差不大時，應用下式驗算：c p=N/F< r入 c =N/4F< r入式中 r 當斜桿受交變應力時的拆減系數(shù)(W)豎桿：c =N/4E< c 注：當斜桿與豎桿具有一個角鋼時，許用應力 c 應降低 25%。§ 7-4 節(jié)點計算 ( 1 )節(jié)點焊縫計算： 計算公式參考焊接結構講課筆記。( 2)應計算節(jié)點板之剪切力： 參考焊接結構講課筆記。§ 7-5 下?lián)隙扔嬎?主桁架中點處之下?lián)隙瓤砂聪率接嬎悖篺maFl.2錯誤！未找到引用源。 f 式中 M 由于活動的載荷所產生的彎曲力矩。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