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門式起重機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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門式起重機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 目 錄目 錄01起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括以下方面11.1門式起重機(jī)總體設(shè)計(jì)方案確定11.1.1起重機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)是指11.2龍門起重機(jī)的總體方案和基本參數(shù)確定11.2.1起重機(jī)各構(gòu)件質(zhì)量數(shù)據(jù)如下113主起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)21.3.1選擇鋼絲繩21.3.2選用鋼絲繩標(biāo)記如下31.4門架的結(jié)構(gòu)選擇型式41.4.1門架的主要尺寸的確定41.4.2門式起重機(jī)的載荷及其組合51.4.3慣性力(慣性載荷)51.4.4大車運(yùn)行偏斜側(cè)向力61.4.5進(jìn)行最大拉力驗(yàn)算61.4.6計(jì)算受拉單栓承載力61.4.7載荷組合61.5門式起重機(jī)的計(jì)算載荷組合通??紤]以下幾種情況61.5.1腿幾何尺寸和幾何特性72起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)921主梁危險(xiǎn)載面的強(qiáng)度校核計(jì)算92.1.1正應(yīng)力的校核驗(yàn)算92.1.2剪應(yīng)力的校核驗(yàn)算102.1.3支腿危險(xiǎn)載面的強(qiáng)度校核驗(yàn)算112.1.4下橫梁的截面尺寸及幾何特性強(qiáng)度驗(yàn)算112.1.5支腿與下橫梁的內(nèi)力校核計(jì)算122.1.6支腿平面內(nèi)的支腿內(nèi)力計(jì)算122.1.7箱型梁的約束彎曲校核計(jì)算122.1.8輪壓產(chǎn)生的局部壓應(yīng)力校核計(jì)算142.1.9主梁的剛度校核計(jì)算172.1.10穩(wěn)定性校核計(jì)算202.1.11腹板局部穩(wěn)定性的校核驗(yàn)算232.1.12加肋板的穩(wěn)定性校核計(jì)算252.1.13受扭構(gòu)件的校核計(jì)算272.1.14開(kāi)口薄板構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)校核計(jì)算302.1.15閉口薄壁構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)校核計(jì)算323螺栓連接343.1構(gòu)造與布置343.1.1螺栓連接的強(qiáng)度校核計(jì)算343.1.2受彎矩作用的剪力螺栓連接353.1.3風(fēng)載荷的計(jì)算384連接的計(jì)算404.1焊接404.1.1焊逢的種類型式414.1.2焊逢連接計(jì)算425龍門起重機(jī)的使用和修理445.1龍門起重機(jī)的安全技術(shù)規(guī)程要點(diǎn)為445.1.1龍門起重機(jī)司機(jī)要求446結(jié)論46致謝47參考文獻(xiàn)48前言龍門起重機(jī)的種類很多,按龍門起重機(jī)龍門架的七部結(jié)構(gòu)型式可以分為單梁龍門起重機(jī)、雙梁龍門起重機(jī)和單梁龍門起重機(jī)和單主梁龍門起重機(jī)等等各種類型起重機(jī)。按照上部結(jié)構(gòu),主梁的結(jié)構(gòu)又可分為單箱形主梁和雙箱形主梁等等各種類型。由于本人設(shè)計(jì)的起重機(jī)結(jié)構(gòu)為龍門式箱形結(jié)構(gòu),支腿型式為“”型。就不考慮其他類型起重機(jī)的結(jié)構(gòu),箱形梁式結(jié)構(gòu)起重機(jī)結(jié)構(gòu)是國(guó)內(nèi)外起重機(jī)中應(yīng)用最普遍的一種梁架結(jié)構(gòu)型式。因?yàn)橄湫瘟菏骄哂性O(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、制造工藝性好等優(yōu)點(diǎn),而這些有利條件對(duì)于尺寸規(guī)格多、生產(chǎn)批量較大的箱式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化系列產(chǎn)品來(lái)說(shuō),顯得更加重要。由于小車軌道整正中鋪設(shè)的箱形梁式結(jié)構(gòu)至今仍然是我國(guó)成批生產(chǎn)的、最常用的、典型的一種結(jié)構(gòu)。我主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容是龍門起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)和金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)??傮w設(shè)計(jì)中有起重機(jī)的選型、設(shè)計(jì)參數(shù)、質(zhì)量、等。金屬結(jié)構(gòu)包括:梁、直架、力、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的校核和計(jì)算。511起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括以下方面起重機(jī)選擇類型為:箱形梁式龍門起重機(jī),箱形梁式結(jié)構(gòu)起重機(jī)主要由兩根主梁和兩根端梁組成。主梁是由上、下蓋板和兩塊垂直腹板組成封閉的箱形截面的實(shí)體板梁結(jié)構(gòu)。小車運(yùn)行的軌道可以鋪設(shè)在主梁上蓋板的正中間,也可以設(shè)在靠里側(cè)的垂直腹板的上方或介于上述兩者之間的位置。因此,梁架中兩根主梁的間距主要取決于起重小車的軌距,主要與起升機(jī)構(gòu)的布置有關(guān),梁架的兩端梁間的距離取決于梁架的跨度大小。相比之下,箱型梁結(jié)構(gòu)比衍架結(jié)構(gòu)耐用度高、抗彎能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。是市場(chǎng)上最為實(shí)用的一種類型起重機(jī),深受客戶歡迎的理想的起重機(jī)。1.1門式起重機(jī)總體設(shè)計(jì)方案確定1.1.1起重機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)是指起重量Q(t)、跨度L(m)起升高度H(m)起升速度(m/min)、和工作級(jí)別等。已知數(shù)據(jù)和計(jì)算: 起重量:50 起升高度:4.2 跨度:5 起升速度:7.5 工作級(jí)別:級(jí); 機(jī)構(gòu)接電持續(xù)率:25%1.2龍門起重機(jī)的總體方案和基本參數(shù)確定1.2.1起重機(jī)各構(gòu)件質(zhì)量數(shù)據(jù)如下起重機(jī)總質(zhì)量:;主梁:;支腿:(一根);下橫梁:(一根);軌道:走臺(tái)欄桿:=2067;電氣均布質(zhì)量:;吊具:。吊鉤的選擇:吊鉤裝置是起重機(jī)最重要的一個(gè)承載部件。它要求強(qiáng)度足夠,工作安全可靠,轉(zhuǎn)動(dòng)靈活,不會(huì)發(fā)生突然破壞和鋼絲繩脫槽等現(xiàn)象。吊鉤裝置有長(zhǎng)型和短型兩種。長(zhǎng)型吊鉤裝置的構(gòu)造特點(diǎn):吊鉤裝在橫軸上,滑輪裝在單獨(dú)的心軸上。而短型吊鉤裝置的構(gòu)造特點(diǎn):吊鉤橫軸與滑輪心軸合而為一。長(zhǎng)型吊鉤裝置的吊鉤較短;而短型吊鉤的裝置的吊鉤較長(zhǎng)。我的設(shè)計(jì)選擇長(zhǎng)吊鉤?;喗M數(shù)選擇:滑輪組是由定滑輪組和動(dòng)滑輪組組成。由于動(dòng)滑輪組與吊鉤裝在一起,稱為吊鉤組,所以我選擇定滑輪組。定滑輪組的滑輪數(shù)依滑輪組倍率不同而不同,安裝在起重小車架上。雙梁箱形結(jié)構(gòu)形式起重機(jī)提升50的滑輪組為雙聯(lián)滑輪組。吊鉤組上起重機(jī)應(yīng)用最廣泛的取物裝置,它由吊鉤、吊鉤螺母、橫梁、動(dòng)滑輪組、推力軸承和拉板等組成。起重機(jī)常用的軌道有三種:1)起重機(jī)鋼軌道;2)鐵路軌道;3)方鋼軌道。本次設(shè)計(jì)我選用起重機(jī)鋼軌道(即正軌)。詳細(xì)步驟如下:13主起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖(1-1)主起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖The Fig(1-1) host lifts the organization transmission diagram1電動(dòng)機(jī);2聯(lián)軸器;3傳動(dòng)軸;4制動(dòng)輪聯(lián)軸器;5制動(dòng)器;6減速器;7卷筒;8滑輪組;9吊鉤組1.3.1選擇鋼絲繩采用雙聯(lián)滑輪組,取主起升機(jī)構(gòu)滑輪組倍率如圖所示,主起升機(jī)構(gòu)承載繩索分支數(shù)采用圖號(hào)為的50吊鉤組代用。吊鉤組質(zhì)量,兩滑輪間距。滑輪組采用滾動(dòng)軸承,當(dāng) 時(shí),滑輪組效率。鋼絲繩承受最大拉力: 1.3.2選用鋼絲繩標(biāo)記如下確定滑輪尺寸:滑輪的許用最小直徑: 式中,系數(shù)。選用標(biāo)準(zhǔn)滑輪。選用平衡滑輪。選擇電動(dòng)機(jī):靜功率計(jì)算: (1-1)式中 機(jī)構(gòu)的總效率,取=0.85。 電動(dòng)機(jī)計(jì)算功率:式中, 選則電動(dòng)機(jī)的型號(hào)如下: YZAR255M-8,工作制,=40%,次,。電動(dòng)機(jī)軸端尺寸, 電動(dòng)機(jī)的驗(yàn)算: 電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力 (1-2) 式中 系數(shù)。; 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩允許過(guò)載倍率,。 機(jī)構(gòu)中電動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù)。 ,過(guò)載演算通過(guò)1.4門架的結(jié)構(gòu)選擇型式采用板梁結(jié)構(gòu)。由于板梁結(jié)構(gòu)制造方便,采用這種型式的門式起重機(jī)占多數(shù)。門架可制成雙腿(全門架),門架主梁與支腿的選擇是剛性連接的。門架采用雙梁。門架結(jié)構(gòu)是板梁式箱形結(jié)構(gòu)。雙梁箱形結(jié)構(gòu)門架的支腿制成“”型。1.4.1門架的主要尺寸的確定門架主要構(gòu)件有主梁、支腿和下橫梁,皆采用箱形結(jié)構(gòu)。主梁截面如圖(1-2)所示,其幾何尺寸如下:King post section like Fig(1-2) shows, its geometry size is as follows 箱行主梁的截面以矩形截面。門式起重機(jī)的主梁高度:當(dāng)采用兩條剛性支腿時(shí),取,采用單箱型時(shí),取。主梁幾何特性:面積 ;靜面矩 ;慣性矩 ; 截面模數(shù) ;。對(duì)于支腿,腿高h(yuǎn)由所要求的門架凈空尺寸確定。剛性支腿的上部連接按箱形結(jié)構(gòu)寬度(主梁高度)確定;柔性支腿的上、下部和剛性支腿的下部連接按門架下橫梁寬度及具體結(jié)果確定。考慮到起重機(jī)沿大車軌道方向穩(wěn)定性的要求,門式起重機(jī)的輪距,為主梁全長(zhǎng)。1.4.2門式起重機(jī)的載荷及其組合載荷: 作用在門式起重機(jī)上的載荷有:起重載荷、門架自重、電氣設(shè)備及司機(jī)室等自重;、及風(fēng)力等。箱形結(jié)構(gòu)的門架自重:箱形截面橋架自重 對(duì)于75以下的普通門式起重機(jī),橋架(主梁)自重按下式估算:帶懸臂 =0.51283.32無(wú)懸臂 =0.7式中 額定起重量(); 橋架(主梁)全長(zhǎng)(); 起升高度()。門架的計(jì)算載荷:支腿自重:雙梁門架的支腿單位長(zhǎng)度自重常取為主梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度自重的0.20.4倍單主梁門架的支腿單位長(zhǎng)度自重取為主梁的0.70.9倍。1.4.3慣性力(慣性載荷) 機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力和沖擊振動(dòng)引起的慣性載荷的確定。 對(duì)于主動(dòng)輪僅布置在一側(cè)的門式起重機(jī),設(shè)1輪為主動(dòng)輪,2輪為從動(dòng)輪,則大車制動(dòng)慣性力為:=231.85式中大車制動(dòng)時(shí),由橋架自重引起的水平慣性力; 、和等符號(hào)1.4.4大車運(yùn)行偏斜側(cè)向力當(dāng)門式起重機(jī)的運(yùn)行速度與橋式起重機(jī)的運(yùn)行速度相近時(shí),可按下式計(jì)算側(cè)向力:式中 大車的最大輪壓。 當(dāng)門式起重機(jī)的運(yùn)行速度較低時(shí),側(cè)向力按照之腿由于運(yùn)行阻力不同時(shí)求出=表示主梁由于側(cè)向力引起的彎矩。其中:=式中 和兩支腿處的運(yùn)行阻力,且>; 和兩支腿運(yùn)行牽引力,且。1.4.5進(jìn)行最大拉力驗(yàn)算1.4.6計(jì)算受拉單栓承載力故 驗(yàn)算通過(guò)。1.4.7載荷組合 由于各種載荷不可能同時(shí)作用在門架結(jié)構(gòu)上,因此要根據(jù)門式起重機(jī)的使用情況來(lái)確定這些載荷的組合。1.5門式起重機(jī)的計(jì)算載荷組合通??紤]以下幾種情況對(duì)于主梁,考慮小車位于跨中或懸臂端,小車滿載下降制動(dòng),同時(shí)大車平穩(wěn)制動(dòng),風(fēng)力平行大車軌道方向。稱為計(jì)算情況II。對(duì)于支腿,分別考慮門架平面和支腿平面內(nèi)的兩種載荷組合1.5.1腿幾何尺寸和幾何特性支腿總體尺寸 采用型支腿,確定總體幾何尺寸如下 1)在門架的平面內(nèi),大車不動(dòng),小車位于跨端或懸端,小車滿載下降制動(dòng),同時(shí)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動(dòng),風(fēng)力沿小車軌道方向,稱為計(jì)算情況II。表(1-1)門式起重機(jī)的計(jì)算載荷組合Table (1-1) gate type hoist crane computation load combination計(jì) 算 構(gòu) 件主 梁支 腿載荷情況及組合IIIIIIIIII門架自重起升載荷小車慣性力大車慣性力大車偏斜側(cè)向力門架支承橫推力風(fēng)力小車自重 注:表中橋架(主梁)自重;門架(包括主梁和支腿等)自重,在門架平面內(nèi),沿小車軌道方向的風(fēng)力;在支腿平面內(nèi),沿大車軌道方向的風(fēng)力。其余符號(hào)同前述。2)在支腿平面內(nèi),小車位于跨度端或懸臂端,小車滿載下降制動(dòng),同時(shí)大車平穩(wěn)制動(dòng),風(fēng)力平行大車軌道。稱為計(jì)算情況。對(duì)于主梁和支腿,還應(yīng)考慮非工作狀態(tài)下的載荷組合,這時(shí)大車和小車皆不動(dòng),空載。僅作用有非工作狀態(tài)的最大風(fēng)載荷,稱為技術(shù)情況。對(duì)于每種計(jì)算情況,由于其載荷組合出現(xiàn)的可能性不同,所以在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的許用應(yīng)力值也各不相同。2起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)箱型結(jié)構(gòu)形式,支腿型式為“”型。主要參數(shù)及校核計(jì)算如下:21主梁危險(xiǎn)載面的強(qiáng)度校核計(jì)算 主梁的內(nèi)力計(jì)算:計(jì)算主梁的內(nèi)力時(shí),將門架當(dāng)作平面靜定分析2.1.1正應(yīng)力的校核驗(yàn)算 根據(jù)公式計(jì)算的垂直彎矩同時(shí)作用在主梁上,并考慮約束彎曲和約束扭轉(zhuǎn)的影響,主梁再面上的正應(yīng)力可按下式疊加:主梁跨中:=主梁支承載面:=式中 、主梁跨中的最大垂直彎矩和水平彎矩; 、主梁支承載面的最大垂直彎矩和水平彎矩; 、主梁跨中和支承載面對(duì)軸的載面摸數(shù); 主梁對(duì)軸的載面摸數(shù)。 強(qiáng)度許用應(yīng)力為:確定應(yīng)力循環(huán)特性鋼的強(qiáng)度許用應(yīng)力為:式中為載荷組合的安全系數(shù)。2.1.2剪應(yīng)力的校核驗(yàn)算 箱形載面主梁支承載面處的剪力在腹板上引起的剪應(yīng)力按下式計(jì)算:=式中 主梁載面的一部分對(duì)中性軸的靜矩; 主梁載面對(duì)軸的慣性矩; 、主梁的主、副腹板的厚度。 在水平載荷作用下,蓋板上的剪應(yīng)力:=式中 支承處的水平剪力; 主梁載面的一部分對(duì)軸的靜矩; 主梁載面對(duì)軸的慣性矩; 上、下蓋板厚度。主梁受扭的影響。則按純扭轉(zhuǎn)計(jì)算,計(jì)算式為:主腹板上 =副腹板上 =蓋板上 =式中 作用與主梁支承載面的扭矩; 主梁封閉載面的輪廓面積,。 在主梁載面上,各種載荷在同一點(diǎn)引起的剪應(yīng)力予疊加。 主梁扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力:對(duì)于單主梁箱形門式起重機(jī),其主梁截面除承受自由彎曲應(yīng)力外,還承受約束彎曲應(yīng)力、約束扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力(以增大15%的自由彎曲應(yīng)力計(jì)入)和剪應(yīng)力。此外。主梁截面還承受純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力,縣驗(yàn)算如下:2.1.3支腿危險(xiǎn)載面的強(qiáng)度校核驗(yàn)算 對(duì)于單主梁箱形結(jié)構(gòu)門架的支腿應(yīng)分別選取幾個(gè)載面進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算: 強(qiáng)度驗(yàn)算式為:式中 門架平面,支腿驗(yàn)算載面的最大彎矩; 支腿平面,支腿驗(yàn)算載面的最大彎矩; 支腿平面,支腿驗(yàn)算載面的軸向力; 、驗(yàn)算載面對(duì)軸和軸的載面模數(shù); 驗(yàn)算載面的面積。 根據(jù)靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度條件計(jì)算截面需要的面積:由計(jì)算結(jié)構(gòu)知,桿件應(yīng)根據(jù)疲勞強(qiáng)度條件確定截面積。桿件需要的最小截面積為20732.55。2.1.4下橫梁的截面尺寸及幾何特性強(qiáng)度驗(yàn)算 將各種載荷作用在門架上引起的下橫梁的彎矩疊加,然后按下式驗(yàn)算其強(qiáng)度,即彎曲應(yīng)力:=式中 作用在下橫梁載面的總彎矩; 驗(yàn)算載面對(duì)軸的載面模數(shù)。主梁支腿抗彎剛度比:系數(shù): =式中 主梁繞x軸慣性矩;=支腿折算慣性矩;h=9.8m,2.1.5支腿與下橫梁的內(nèi)力校核計(jì)算由主梁均布自重產(chǎn)生的內(nèi)力。有懸臂時(shí)的側(cè)推力為:=為了安全起見(jiàn),現(xiàn)將有懸臂門架當(dāng)作無(wú)懸臂門架計(jì)算,即彎矩2.1.6支腿平面內(nèi)的支腿內(nèi)力計(jì)算由垂直載荷引起的支腿內(nèi)力在垂直載荷作用下引起的支腿內(nèi)力為支反力:2.1.7箱型梁的約束彎曲校核計(jì)算根據(jù)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,在薄壁箱型梁的角點(diǎn)上,最大約束彎曲正應(yīng)力可近似取為:式中 自由彎曲正應(yīng)力; 考慮約束彎曲而使應(yīng)力增大的系數(shù); B翼緣板寬度。初選箱形截面腹板厚度8.82剛度是控制條件。圖(2-1)薄壁箱形梁的計(jì)算 圖(2-2)薄壁箱形梁約束彎曲時(shí)剪應(yīng)力分布Fig(2-1) thin wall box beam computationFig (2-2) thin wall box beam restraint curving time shearing stress distribution 圖(2-3)腹板受輪壓局部擠壓計(jì)算 圖(2-4)薄壁箱形梁約束彎曲時(shí)截面正應(yīng)力分布Fig (2-3) web plate wheel-pressure partial extrusion computationFig (2-4) thin wall box beam restraint curving time section stress distribution2.1.8輪壓產(chǎn)生的局部壓應(yīng)力校核計(jì)算由于門架平面內(nèi)A支座處輪壓最大,其值為=475818.8,若在是設(shè)計(jì)時(shí),能使得A支座側(cè)的兩個(gè)車輪輪壓接近相等,則:當(dāng)起重機(jī)小車的輪壓直接作用在梁的腹板上時(shí)(圖2-5 ),腹板邊緣產(chǎn)生的局部壓應(yīng)力為: =式中 局部壓應(yīng)力; P集中載荷(N); 板厚(mm); 集中載荷分布長(zhǎng)度,可按下式計(jì)算: =50+=70式中 集中載荷作用長(zhǎng)度,對(duì)車輪??; -自構(gòu)件頂面(無(wú)軌時(shí))或軌頂(有軌時(shí))至板計(jì)算高度上邊緣的距離(mm).當(dāng)起重機(jī)小車的輪壓直接作用在梁的上蓋板時(shí),局部彎曲應(yīng)力為:普通正軌布置在兩腹板中間的上蓋板上,由輪壓作用而使上蓋板產(chǎn)生局部彎曲,此時(shí)上蓋板應(yīng)按被兩腹箱型梁上蓋板是超靜定薄板。它支承在梁的腹板和橫向加筋板上。這種薄板的計(jì)算簡(jiǎn)圖較復(fù)雜,再加上在小車輪壓作用下,起重機(jī)箱型梁的蓋板連同軌道一起承受局部彎曲,使其計(jì)算簡(jiǎn)圖更加復(fù)雜。為了簡(jiǎn)化計(jì)算,特作如下假設(shè):1)把上蓋板看作為是腹板和橫向加筋板約束的自由支承的薄板;2)軌道視為一根中部受集中載荷的梁;3)根據(jù)薄板受集中載荷作用來(lái)計(jì)算蓋板撓度;4)計(jì)算應(yīng)力時(shí),假設(shè)軌道和蓋板間僅在邊長(zhǎng)為a和b矩形面積上接觸。此時(shí), (cm),為軌道寬度,為軌道高度。 圖(2-5)上蓋板的局部彎曲計(jì)算簡(jiǎn)圖On Fig (2 -5) lap part curving computation diagram對(duì)于正軌箱型梁,由于集中載荷的作用點(diǎn)在板的中心或偏一距離,故應(yīng)采用板殼理論計(jì)算。根據(jù)板殼理論,作用在受載面積中心(圖2-5)彎距: 式中 在此處 I-軌道的慣性矩; 上蓋板的厚度; 系數(shù),取決于之間值,見(jiàn)表(2-1)。表 (2-1)系數(shù)Table (2-1) coefficient 1.01.11.21.41.61.82.00.1270.1380.1480.1620.1710.1770.180 軌道中心線至腹板的距離,正軌時(shí),; =318.10=3=203.5; v_波桑比; ,系數(shù),其值取決于和的值(參見(jiàn)表2-2 ); 上蓋板上的折算應(yīng)力按下式求得:= 式中 由垂直彎矩引起的正應(yīng)力, ,應(yīng)帶各自的正負(fù)號(hào)代入。表(2-2)對(duì)于矩形板的因子和的值Table (2-2) regarding rectangular plate factor and value 0.100.200.300.400.500.100.200.300.400.500.52.7922.3521.9451.6861.5990.557-0.179-0.647-0.852-0.9060.60.70.80.91.01.21.41.61.82.03.02.8612.9042.9332.9522.9662.9822.9002.9552.9772.9993.0003.0002.5452.6772.7682.93228792.9362.9662.9822.9002.9553.0003.0002.2272.4332.5842.6942.7662.8802.9362.9662.9822.9003.0003.0002.0112.2592.4482.5912.6982.8362.9122.9532.9752.9872.9993.0001.9362.1982.3992.5332.6692.8202.9032.9482.9722.9852.9993.0000.6770.7580.8140.8560.8870.9310.9580.9750.9850.9910.9991.0000.0530.2400.3910.4560.6110.7560.8490.9080.9450.9680.9981.000-0.439-0.229-0.0310.1480.3040.5510.7190.8280.8970.9390.9961.000-0.701-0.514-0.310-0.108-0.0800.3930.6160.7640.8580.9150.9951.000-0.779-0.605-0.4.04-0.1980.0000.3350.5780.7400.8340.9060.9941.0002.1.9主梁的剛度校核計(jì)算梁除了滿足強(qiáng)度條件外,還需具有一定的剛度(限制變形)才能滿足使用要求。用于起重機(jī)的梁只驗(yàn)算由有效載荷(移動(dòng)載荷)產(chǎn)生的靜撓度(不計(jì)動(dòng)力系數(shù)),梁的這種變形是彈性變形,外載荷消失后梁能復(fù)原,絕對(duì)不允許殘余(永久)變形。1)靜剛度當(dāng)兩個(gè)不相等的移動(dòng)集中載荷對(duì)稱作用于梁的跨度中央時(shí)(圖2-6 ),其最大靜撓度由下式確定: 對(duì)于圖 (2-6) 所示情況,梁的最大靜撓度:=允許靜撓度值分別推薦如下:2) 門式起重機(jī)的跨中撓度式中 L起重機(jī)的跨度。3) 門式起重機(jī)的懸臂撓度=12930式中 _懸臂長(zhǎng)度。4) 門式起重機(jī)跨中水平位移=根據(jù)剛度條件,型鋼梁需要的截面慣性矩為:式中 梁的跨度();型鋼梁的許用撓度 電動(dòng)葫蘆在額定起重量時(shí)的總輪壓(不計(jì)動(dòng)力系數(shù))。按下式計(jì)算:其中,額定起重量,電動(dòng)葫蘆自重。 5) 動(dòng)剛度在起重機(jī)小車卸載時(shí),主梁在垂直方向?qū)a(chǎn)生衰減振動(dòng),這種振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響不大,但對(duì)于起重機(jī)的正常使用以及司機(jī)的操作田間卻是不利的,緩慢的衰減過(guò)程影響到起重機(jī)的生產(chǎn)率,因此,從現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求出發(fā)(特別是對(duì)高速運(yùn)行的起重機(jī)以及要求所吊運(yùn)件能精確安裝的起重機(jī)),起重機(jī)應(yīng)保證一定的動(dòng)剛度。圖 (2-6)梁的剛度計(jì)算Fig (2-6) rigidity computation 對(duì)于一般使用的起重機(jī),不必驗(yàn)算起動(dòng)剛度。對(duì)于工藝上及生產(chǎn)率上有較高要求的橋式起重機(jī),應(yīng)驗(yàn)算動(dòng)剛度,要求小車位于跨中時(shí)的滿載自振頻率f不應(yīng)低于2HZ??砂聪铝泄津?yàn)算滿載自振頻率:=0.6=1367.1式中 _滿載自振頻率,(HZ);主梁結(jié)構(gòu)在跨中的剛度系數(shù),其物理意義為使主梁在跨中處產(chǎn)生單位垂直靜撓度所需的集中力的大??;主梁結(jié)構(gòu)在跨中的換算集中質(zhì)量與小車質(zhì)量之和(對(duì)于雙梁結(jié)構(gòu),如果小車質(zhì)量按整臺(tái)小車計(jì)算,則近似等于一根主梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量)();與額定起升載荷的質(zhì)量之比,即;與鋼絲繩繞組的剛度系數(shù)之比,即。鋼絲繩繞組的剛度系數(shù)(其物理意義為使鋼絲繩繞組在荷重懸掛處產(chǎn)生單位靜伸長(zhǎng)所需的力)可按下式計(jì)算:=式中 鋼絲繩繞組的剛度系數(shù); 繞組的分支數(shù); 所用的鋼絲繩的縱向彈性模數(shù),與鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān),一般取值1.0; 一根鋼絲繩的鋼絲截面積; _鋼絲繩繞組在相當(dāng)于額定起升高度時(shí)的實(shí)際平均下放長(zhǎng)度,可近似取2.1.10穩(wěn)定性校核計(jì)算 對(duì)于雙梁箱形截面橋式和門式起重機(jī)以及單主梁門式起重機(jī),一般不進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算,但應(yīng)進(jìn)行腹板和蓋板的局部穩(wěn)定性驗(yàn)算。1) 橋式類型起重機(jī)梁的腹板可能在下列幾種應(yīng)力作用下喪失穩(wěn)定性:2) 彎曲剪應(yīng)力:在剪力作用下,梁的腹板會(huì)在45度方向受壓而在斜向失去局部穩(wěn)定性;3)彎曲正(壓)應(yīng)力。這時(shí),梁的腹板和蓋板的受壓區(qū)有可能在梁長(zhǎng)方向失去局部穩(wěn)定性;4) 彎曲正(壓)應(yīng)力和軸向壓應(yīng)力(如門式起重機(jī)的支腿);5)作用在腹板上緣的載荷(如集中輪壓等)產(chǎn)生壓應(yīng)力(如偏軌橋式和門式起重機(jī)),這時(shí),腹板會(huì)因擠壓應(yīng)力在豎向失去穩(wěn)定。金屬結(jié)構(gòu)也可能在以上幾種應(yīng)力共同作用在梁的腹板上時(shí)喪失局部穩(wěn)定。這時(shí),腹板隨著作用于其上的載荷性質(zhì)不同翹曲各種曲面。圖 (2-7) 腹板局部穩(wěn)定的計(jì)算Fig (2-7) web plate partial stable computation為了保證梁的腹板的局部穩(wěn)定性,通常用加勁板或加勁桿來(lái)加固腹板,這樣要比增加腹板的厚度經(jīng)濟(jì)些。加固的方式如下:1) 在箱形截面梁整個(gè)高度上設(shè)置橫向加勁板(圖2-7);2)對(duì)于正軌箱形結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī),除設(shè)置橫向加勁板外,在箱形截面腹板受壓區(qū)域設(shè)置短橫向加勁板(圖2-7);3)在跨度較大的橋式和門式起重機(jī)中。梁的高度比較大,這時(shí),除設(shè)置橫向加勁板外,常常在腹板的受壓區(qū)設(shè)置一條縱向加勁線,如果需要,例如從工藝方面限制腹板旁彎和波浪形,在腹板受壓區(qū)也設(shè)置縱向加勁桿(圖2-7)。1.12箱形截面梁腹板加勁的設(shè)計(jì)原則1)通常沿腹板全高設(shè)置橫向加勁板加固腹板。當(dāng)時(shí),橫向加勁板之間的距離不應(yīng)大于2h或3m;當(dāng)時(shí),不應(yīng)大于2.5h。在跨度較大時(shí)橫向加勁板的間距,在支座附近較小些,而在跨中較大些。考慮到實(shí)際生產(chǎn)中,為了限制腹板波浪度,一般取間距m。2)如果腹板僅在剪應(yīng)力作用下;當(dāng)(對(duì)于低碳鋼)或(對(duì)于低合金鋼)時(shí),可不必設(shè)置橫向加勁板,但是為了增加截面的扭轉(zhuǎn)剛度,提高梁的整體穩(wěn)定性,一般仍設(shè)置橫向加勁板。3)如果腹板僅在正應(yīng)力作用下,當(dāng)(對(duì)于低碳鋼)或(對(duì)于低合金鋼)時(shí),可不必加固。4)對(duì)于高度較大的梁,必須在腹板受壓區(qū)設(shè)置縱向加勁條,且設(shè)置在離受壓翼緣板(0.20.25)h處;當(dāng)(對(duì)于低碳鋼)或(對(duì)于低合金鋼)時(shí),一般只加一根縱向加勁條,如果因梁高很大,而必須用兩根縱向加勁條來(lái)加固腹板時(shí),則第一根縱向加勁條離受壓邊緣距離為(0.150.20)h ,第二根離受壓邊緣距離為(0.350.40)h。縱向加勁條截面必須的慣性矩見(jiàn)表3-6。 圖(2-8)箱形主梁加勁板的設(shè)置 Fig (2-8) box shape king post stiffening plate establishment5)若腹板僅僅只用橫向勁板加固時(shí),對(duì)于箱形截面梁,橫向勁板寬度取為等于兩腹板間距b,若梁寬B較大,橫向加勁板中部可開(kāi)孔,但應(yīng)保證mm,加勁板厚度不應(yīng)小于。6)在有縱向加勁條的情況下,橫向勁板的慣性矩為:=3=117.32縱向加勁條所需的慣性矩根據(jù)比值確定7)當(dāng)梁的上翼緣作用有集中載荷(例如正軌箱形結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī))時(shí),一般在腹板上須設(shè)置短橫向加勁板,其高度或。如果腹板上有縱向加勁條,則短橫向加勁板應(yīng)與縱向加勁條相連,短橫向加勁板的間距。2.1.11腹板局部穩(wěn)定性的校核驗(yàn)算對(duì)于正軌箱形梁,腹板同時(shí)受彎曲正應(yīng)力,剪應(yīng)力和集中輪壓作用在腹板上緣產(chǎn)生的壓應(yīng)力。根據(jù)板的彈性穩(wěn)定理論,結(jié)合工程實(shí)際,可將工字型截面的腹板看作是由上下翼緣板支承著的彈性嵌固板,但有水平位移的可能。彈性嵌固起提高腹板屈曲系數(shù)的作用,能水平位移,有降低抗屈曲能力的作用,所以可以偏安全地認(rèn)為腹板的上下支承是只能轉(zhuǎn)動(dòng)的簡(jiǎn)支支承,不考慮其嵌固影響。在有較強(qiáng)翼緣板的情況下,工字型截面的腹板彈性嵌固支承影響系數(shù)可以取x=1.5。薄板在各種載荷情況和各種支承情況下的局部穩(wěn)定的臨界屈曲應(yīng)力公式可寫成如下通式:、式中 、分別為x方向正應(yīng)力、剪切應(yīng)力和y方向局部壓應(yīng)力作用下的臨界屈曲應(yīng)力;x板邊支承情況影響系數(shù),也稱嵌固系數(shù),兩非承載邊簡(jiǎn)支支承時(shí)取1,彈性嵌固時(shí)取1.21.5,詳見(jiàn)表 (2-3);、分別為簡(jiǎn)支支承板在受x方向正應(yīng)力、剪應(yīng)力和y方向局部應(yīng)力時(shí)的屈曲系數(shù),其值參見(jiàn)表(2-3);板屈曲的歐拉應(yīng)力,可按下式計(jì)算:=163.31 式中 D=板的單位寬度彎曲剛度;板厚;_垂直于正應(yīng)力方向的板寬,驗(yàn)算腹板時(shí)為腹板的計(jì)算高度;a_垂直于局部壓應(yīng)力方向的板長(zhǎng),驗(yàn)算腹板時(shí)為橫向加勁板間的距離;E彈性模數(shù);波桑比。板在壓應(yīng)力剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力共同作用時(shí)的等效臨界復(fù)合應(yīng)力可按下式、=式中,為板邊兩端應(yīng)力之比,為板邊最大應(yīng)力,、各帶自己的正負(fù)符號(hào);其它符號(hào)同前。當(dāng)臨界應(yīng)力超過(guò)0.75時(shí),按上式求得折減臨界復(fù)合應(yīng)力:式中 材料的屈服點(diǎn)。 薄板局部穩(wěn)定性的驗(yàn)算是以屈曲臨界應(yīng)力為極限應(yīng)力的。只要作用在板上的載荷應(yīng)力(在非均布應(yīng)力時(shí)取最大的應(yīng)力值)小于極限應(yīng)力(或許用應(yīng)力),板是穩(wěn)定的,其驗(yàn)算公式如下:或=312.1或=或式中n安全系數(shù),其值與強(qiáng)度安全系數(shù)一致,按載荷組合分別取1.5、1.33、和1.15; 和分別為正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力作用下的許用屈曲臨界應(yīng)力。 當(dāng)板受壓應(yīng)力,剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力同時(shí)作用的等效復(fù)合應(yīng)力按上式計(jì)算時(shí),板的屈曲安全系數(shù)可以取得小一些,一般可以減小百分之十。2.1.12加肋板的穩(wěn)定性校核計(jì)算在工程設(shè)計(jì)中,為了滿足上式公式,有時(shí)不得不增加板厚,這常常要增加鋼材用量。而在板的受壓部位加上幾根加勁條或加強(qiáng)肋則可以提高板的抗屈曲能力,而且相比之下要經(jīng)濟(jì)些。剛性的加強(qiáng)肋(加勁條)能起到支承作用,將板分割為若干區(qū)格,改變了板在計(jì)算穩(wěn)定性時(shí)的寬度b和a的值。而且,區(qū)格板的屈服系數(shù)與 有關(guān),屈曲臨界應(yīng)力與寬(b)平方成反比。但要注意的是剛性加強(qiáng)肋要有足夠的彎曲剛度,要能起到支承板的作用。加強(qiáng)肋的剛度以 的乘積表示。 是加強(qiáng)肋繞被加強(qiáng)板板厚中心線的面積慣性矩。加強(qiáng)肋的彎曲剛度和該板的彎曲剛度比稱為加強(qiáng)肋的剛度比,常以 表示,即 =式中 b, 為板的寬度和厚度。對(duì)于剛性加強(qiáng)肋而言,有最小剛度比 ,亦即當(dāng)剛性加強(qiáng)肋使區(qū)格板的屈曲臨界應(yīng)力小于(最多是等于)這塊加肋整板的屈曲臨界應(yīng)力時(shí),此加強(qiáng)肋的剛度比即為最小剛度比。這時(shí),板的屈曲只能限于區(qū)格板內(nèi),也就是說(shuō)區(qū)格板的屈曲將先于整板。當(dāng)加強(qiáng)板剛度不夠時(shí),加肋板仍以整板屈曲模態(tài)失穩(wěn)。此時(shí)的加強(qiáng)肋稱為柔性加強(qiáng)肋。帶柔性肋板的屈曲系數(shù)可按公式計(jì)算。在求得剛性肋的最小剛度后,即可計(jì)算剛性肋的面積慣性矩。所有剛性肋的面積慣性矩()必須大于此值。當(dāng)橋式類型起重機(jī)主梁腹板被縱向肋分格為上,下兩區(qū)格,并受有y 方向的局部壓力時(shí),則上區(qū)格板的局壓屈曲系數(shù) 按表 計(jì)算 ,而下區(qū)格板則按或。此時(shí)上區(qū)格板的驗(yàn)算公式應(yīng)為改寫的下式,即 下區(qū)格板的局部驗(yàn)算公式則為:0.4式中, 和分別為上區(qū)格板和下區(qū)格板的屈曲臨界應(yīng)力。對(duì)于普通橋式起重機(jī),由于梁的受壓翼緣板屬于均勻受壓情況,只要合理選取板寬B和厚度 的比值(表2-3 ),則勿需用縱向加勁條加固梁的受壓翼緣。根據(jù)滿足局部穩(wěn)定性條件,列出了受壓翼緣尺寸比例關(guān)系。對(duì)于偏軌寬翼緣橋式類型起重機(jī),其主梁截面較寬,而翼緣板厚 相對(duì)較薄(b-兩腹板間距; -上翼緣板厚度),因此受壓翼緣板必須根據(jù)局部穩(wěn)定性布置縱向加勁條。當(dāng)60(50) 時(shí)(括號(hào)內(nèi)數(shù)字用于低合金鋼),應(yīng)設(shè)置一條縱向加勁條,縱向加勁條的慣性矩: 式中 -系數(shù),按表(2-2)選用。表(2-3)受壓翼緣板的寬厚比 Table (2-3) bearing flange plate generous ratio 當(dāng)時(shí),應(yīng)設(shè)置兩條縱向加勁條,縱向加勁條的慣性矩:式中 系數(shù);b兩腹板間距。圖(2-9)受局部壓力的區(qū)格板 圖(2-10)受壓翼緣的尺寸比例 Fig (2-9) local pressure area frame Fig (2-10) bearing flange size proportion2.1.13受扭構(gòu)件的校核計(jì)算1)自由扭轉(zhuǎn)和約束扭轉(zhuǎn)的概念起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中的梁為非圓截面直桿,而且是開(kāi)口薄壁(工字形截面等)后閉口薄壁(箱形截面)結(jié)構(gòu)。非圓截面直桿受扭時(shí),其橫截面不再保持平面而產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象。如果所有的截面都自由翹曲,則在截面上不會(huì)產(chǎn)生正應(yīng)力,這稱為自由扭轉(zhuǎn),這時(shí),桿件所有截面的翹曲量相同。因此,在橫截面內(nèi)只產(chǎn)生與外扭轉(zhuǎn)相平衡的剪力。這種情況只有當(dāng)?shù)冉孛嬷睏U的兩端作用大小相等而方向相反的力偶,且無(wú)任何約束時(shí)才會(huì)產(chǎn)生。圖 a為工字形截面桿件兩自由端受兩個(gè)力偶作用而產(chǎn)生自由扭轉(zhuǎn),圖 (2-9) a為變形后的情況,平行于桿軸的縱向直線(例如翼緣)仍保持直線,截面ABCD已有翹曲不再成平面,由于各截面均能自由翹曲,且翹曲量相同,故縱向纖維長(zhǎng)度不改變,截面上就不會(huì)產(chǎn)生正應(yīng)力。表(2-4)系數(shù) 值Table (2-4) coefficient Value0.50.61.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.00.050.100.150.203.403.693.974.255.596.116.227.138.058.559.6510.4510.758.559.6510.4510.7511.8913.0414.1813.5815.1416.7018.2616.6718.7220.7722.3219.9022.4825.0727.6522.3626.5629.7632.9626.9530.8334.7238.6130.2835.4340.0344.6330.2836.7243.7251.2830.2836.7243.7251.28注:,式中a箱形梁橫向加勁板間距;b兩腹板間距。,一般可先取試算,式中一條縱向加勁條的面積.表(2-5)系數(shù) 值Table (2-5) coefficient value0.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.00.057.3911.5316.3021.7027.5533.9940.9348.3056.0064.3872.9782.0491.540.108.0412.6818.1024.2931.0738.6046.7655.4664.7074.7585.1396.16107.740.158.6812.8319.9026.8834.6043.2152.5962.6273.4085.1297.30110.28123.940.209.3314.9821.7029.4835.1247.8258.4069.7982.1095.90109.47124.28140.14注:集中和的意義同前表。圖(2-11)桿件的自由扭轉(zhuǎn)Fig (2-1) member free torsion如果桿件受扭時(shí)截面不能自由翹曲,也即由于支座的阻礙或其它原因的限制,這稱為約束扭轉(zhuǎn)。 當(dāng)桿件產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn)時(shí),由于各截面的凹凸不相同,因此桿件的縱向纖維將產(chǎn)生拉伸活壓縮變形,桿件單位長(zhǎng)度的扭角也沿桿長(zhǎng)變化。由于縱向纖維的軸向應(yīng)變,就使得截面上不僅存在著扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力,還存在發(fā)向應(yīng)力,又因?yàn)楦骺v向纖維的法向應(yīng)力不一定相同,就導(dǎo)致桿件產(chǎn)生彎曲(圖2-11) ,所以約束扭轉(zhuǎn)也常稱為彎曲扭轉(zhuǎn)。另一方面由于桿件彎曲必將產(chǎn)生彎曲剪應(yīng)力,這一系列情況,就使得桿件的約束扭轉(zhuǎn)問(wèn)題比自由扭轉(zhuǎn)問(wèn)題復(fù)雜得多。 如圖(2-13)中的工字梁右端剛性固定,左端自由,并作用著扭轉(zhuǎn),于是也將產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn)。工字梁的翼緣不保持直線而產(chǎn)生彎曲,而且這種彎曲是在其自身平面內(nèi)作相反方向的彎曲。因此在翼緣上產(chǎn)生了正應(yīng)力,同時(shí)由于彎曲變形,又產(chǎn)生了附加剪應(yīng)力 ,這種附加剪應(yīng)力 只能平衡一部門外扭轉(zhuǎn),剩下的外扭轉(zhuǎn)將由純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 來(lái)達(dá)到平衡。由此可知,開(kāi)口薄壁截面受扭轉(zhuǎn)時(shí),截面上將產(chǎn)生三種應(yīng)力,即約束扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力 ,約束扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 和純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 。由 合成內(nèi)扭矩記為 ,稱為約束扭轉(zhuǎn)力矩;由 合成的內(nèi)扭矩記為 ,稱為自由扭轉(zhuǎn)力矩。根據(jù)靜力平衡條件得:圖(2-12)桿件的約束扭轉(zhuǎn) 圖(2-13)約束扭轉(zhuǎn)的截面應(yīng)力Fig (2-12) member restraint reverse Fig (2-13) restrains the reverse the section stress328+120=4482.1.14開(kāi)口薄板構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)校核計(jì)算1)自由扭轉(zhuǎn)開(kāi)口截面薄壁構(gòu)件自由扭轉(zhuǎn)時(shí),在截面上產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力力按下式計(jì)算(圖 2-14):=式中 純扭矩;-計(jì)算截面中最大壁厚;-截面的扭轉(zhuǎn)慣性矩,由矩形窄條組成的截面(T字形,工字形。槽形),其扭轉(zhuǎn)慣性矩 ,按下式計(jì)算:、 -矩形窄條相應(yīng)的寬度和厚度(cm)-修正系數(shù),對(duì)于各種截面的 值列出如下:軋制 形截面 1.00軋制 形截面 1.20軋制 形截面 1.20 開(kāi)口截面剪應(yīng)力沿截面上的分布如下圖所示。圖(2-14) 開(kāi)口薄壁構(gòu)件的自由扭轉(zhuǎn)計(jì)算簡(jiǎn)圖Fig (2-14)opens the mouth the thin wall component free torsion computation diagram 單位長(zhǎng)度的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角,按下式計(jì)算:=362.42)約束扭轉(zhuǎn)開(kāi)口薄壁構(gòu)件約束扭轉(zhuǎn)引起的法向應(yīng)力 和剪應(yīng)力 的計(jì)算比較復(fù)雜,可參看起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)。開(kāi)口薄壁構(gòu)件約束扭轉(zhuǎn)引起的應(yīng)力很高,有時(shí)甚至超過(guò)構(gòu)件受自由彎曲時(shí)的應(yīng)力,必須予以重視。2.1.15閉口薄壁構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)校核計(jì)算閉口截面由于截面外形所具有的特征,它在純扭轉(zhuǎn)時(shí),純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的分布與開(kāi)口截面中不相同,它沿壁厚是按常量分布的,因此中間層上的剪應(yīng)力并不等于零,這是閉口與開(kāi)口截面的最主要區(qū)別。閉口截面純扭轉(zhuǎn)剪力流由于在整個(gè)截面上環(huán)行封閉,因而其扭抗能力特別強(qiáng),這是它的主要優(yōu)點(diǎn),因而得到廣泛應(yīng)用。閉口截面的純扭轉(zhuǎn)剪力流已單獨(dú)平衡外扭矩,而約束扭轉(zhuǎn)剪力流在截面上是自相平衡的。閉口截面薄壁構(gòu)件自由扭轉(zhuǎn)時(shí),在截面上產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力按下式計(jì)算:=式中 -截面輪廓中線所圍成的面積的兩倍;-截面中最小壁厚(cm);-作用在所計(jì)算截面的扭矩()。 1)閉口截面薄壁構(gòu)件單位長(zhǎng)度相對(duì)扭轉(zhuǎn)角按下式計(jì)算: =2238.1式中 , -系數(shù),對(duì)焊接構(gòu)件 :對(duì)鉚接構(gòu)件 ; -對(duì)截面閉合軸線全積分。 正軌雙梁橋式起重機(jī)和單主梁門式起重機(jī)的箱形主梁屬于閉口薄壁構(gòu)件受約束扭轉(zhuǎn),理論分析和計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)說(shuō)明,閉口截面的抗扭能力很強(qiáng),其約束扭轉(zhuǎn)法向應(yīng)力 很低,一般只有構(gòu)件受自由彎曲時(shí)的法向應(yīng)力的 5%左右,因此在實(shí)際計(jì)算時(shí),可以取 ,在此, 為自由彎曲法向應(yīng)力。約束扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 約為自由彎曲剪應(yīng)力的1020 %,而 比自由扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力小得多,在實(shí)際計(jì)算時(shí),可以忽略 而只按自由扭轉(zhuǎn)計(jì)算剪應(yīng)力。3螺栓連接3.1構(gòu)造與布置門式起重機(jī)主梁與支腿和下橫梁皆用螺栓連接。按工作特點(diǎn)螺栓連接分為普通半精致螺栓連接,精致鉸孔螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接。起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中應(yīng)盡可能采用半精致和高強(qiáng)度螺栓連接避免采用需配鉸孔的精致螺栓。采用高強(qiáng)度螺栓時(shí),為了防止被連接件在螺母或螺栓頭部下被局部壓壞,應(yīng)在該兩處均設(shè)置高強(qiáng)度墊圈。高強(qiáng)度螺栓連接中不必采用防止螺母松動(dòng)的防松件,其孔徑比螺栓直徑大1-2mm。采用螺栓連接傳遞作用力時(shí),每一構(gòu)件在節(jié)點(diǎn)上以及在接頭的一邊,至少需要兩個(gè)螺栓,并應(yīng)滿足由強(qiáng)度計(jì)算確定的數(shù)量。在節(jié)點(diǎn)和接頭處,按上面公式的最小孔距布置螺栓,對(duì)于拼接組合截面構(gòu)件的螺栓,則按上面公式中的最大孔距來(lái)布置。3.1.1螺栓連接的強(qiáng)度校核計(jì)算按受力性質(zhì),螺栓連接可分受剪力螺栓連接和拉力螺栓連接兩種。起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中螺栓連接的計(jì)算要點(diǎn)是:1) 按外力和螺栓的許用承載能力(最小的)確定傳遞內(nèi)力所必須的螺栓數(shù)目。2) 驗(yàn)算桿件在連接處的強(qiáng)度。各種載荷作用下的螺栓連接的計(jì)算如下:1)受軸向力的螺栓連接。此時(shí),假定內(nèi)力由螺栓平均支承。確定螺栓的數(shù)目為:式中N-作用于螺栓中的計(jì)算軸向力; -螺栓的許用承載能力。在抗剪連接中:=或 =139.12取較小值。在抗拉連接中:=、式中 d-螺栓桿的外徑;-螺栓螺紋處內(nèi)徑;-在同一方向承壓的構(gòu)件的較小總厚度; -每個(gè)螺栓的受剪面數(shù)目;、-螺栓的許用拉,壓,剪應(yīng)力。1) 按抗剪條件計(jì)算單栓支承載力(雙剪)b) 按承壓條件計(jì)算單栓承載力:因此抗剪是控制條件,故。所需精致螺栓數(shù)目為故取z=9。3.1.2受彎矩作用的剪力螺栓連接 1)當(dāng)時(shí):圖3-25所示為受一彎矩M的螺栓連接,假定連接一側(cè)鋼板在彎矩作用下繞螺栓群中心C旋轉(zhuǎn),并假定鋼板是一剛體,因此螺栓的變形與它到中心C的距離L成正比,螺栓所受的力或鋼板上的反作用力也就與L成正比,并且與L的方向垂直。鋼板的平衡條件是:=根據(jù)螺栓受力與到螺栓群中心C的距離成正比例的關(guān)系,可知:=391324綜合以上兩式得:=距離C最遠(yuǎn)的一個(gè)螺栓受力最大,其值為:=37.38在剪切力Q作用下,一個(gè)螺栓受到的作用力為: 式中n-接頭的一邊所采用的螺栓數(shù)目。圖(3-1)受軸向力的螺栓連接計(jì)算 圖(3-2)受彎矩的螺栓連接計(jì)算 Fig(3-1) axial force bold fastening computationFig(3-2) bending moment bold fastening computation在彎矩M和剪切力Q同時(shí)作用下,一個(gè)螺栓上的最大合力:= 在箱形梁或工字梁的接頭中(圖3-1a),腹板部分所承擔(dān)的彎矩與該接頭所承受的全部彎矩之比,等于腹板部分凈截面慣性矩與接頭處整個(gè)凈截面慣性矩之比,即= 接頭所承受的彎矩減去腹板部分所承擔(dān)的彎矩,再按上,下翼板中心距 相除,即得出作用在一塊翼緣板上的軸向力:= 可按前述方法計(jì)算腹板與翼緣板的連接強(qiáng)度。2)當(dāng)時(shí)(b為連接一側(cè)首末兩行的釘距):箱形結(jié)構(gòu)橋架端梁中部的連接屬于這種型式。在彎矩M作用下,一個(gè)螺栓承受的最大作用力 為:= 式中u和 的含義見(jiàn)圖 (3-3)所示。在剪切力Q作用下,一個(gè)螺栓承受的作用力為:=在彎矩M和剪切力Q同時(shí)作用下,一個(gè)螺栓承受的最大合力為:= 3)構(gòu)件同時(shí)受壓和受彎的連接螺栓 門式起重機(jī)支腿和主梁以及支腿與下橫梁的連接承受壓力和彎矩(圖 3-4),一般采用普通螺栓連接,裝置抗簡(jiǎn)擋塊以承受剪力或扭距(螺栓不受剪切)。圖 (3-3)受彎矩的螺栓連接計(jì)算 圖(3-4)同時(shí)受彎矩和壓力的螺栓連接計(jì)算Fig (3-3) bending moment bold fastening computationAt the same timeFig (3-4) bending moment and pressure bold fastening computation 在彎矩作用下(繞X軸旋轉(zhuǎn))受壓的螺栓在計(jì)算中不予考慮。距x軸 處最邊行的一個(gè)螺栓所受的拉力為:= 式中 -壓力P距x軸的距離; M-作用在連接處的計(jì)算彎矩; -每個(gè)受拉螺栓距x軸的距離平方之和(設(shè)共有i個(gè)受拉螺栓)。式中,系數(shù) 2.5 是考慮螺栓預(yù)緊力及載荷不均勻性的影響。 當(dāng)

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