龍門式起重機總體結(jié)構(gòu)設計及金屬結(jié)構(gòu)設計

遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 目 錄目 錄01起重機的總體設計主要內(nèi)容包括以下方面11.1門式起重機總體設計方案確定11.1.1起重機的設計參數(shù)是指11.2龍門起重機的總體方案和基本參數(shù)確定11.2.1起重機各構(gòu)件質(zhì)量數(shù)據(jù)如下113主起升機構(gòu)的設計21.3.1選擇鋼絲繩21.3.2選用鋼絲繩標記如下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門式起重機的載荷及其組合51.4.3慣性力(慣性載荷)51.4.4大車運行偏斜側(cè)向力61.4.5進行最大拉力驗算61.4.6計算受拉單栓承載力61.4.7載荷組合61.5門式起重機的計算載荷組合通?？紤]以下幾種情況61.5.1腿幾何尺寸和幾何特性72起重機金屬結(jié)構(gòu)設計921主梁危險載面的強度校核計算92.1.1正應力的校核驗算92.1.2剪應力的校核驗算102.1.3支腿危險載面的強度校核驗算112.1.4下橫梁的截面尺寸及幾何特性強度驗算112.1.5支腿與下橫梁的內(nèi)力校核計算122.1.6支腿平面內(nèi)的支腿內(nèi)力計算122.1.7箱型梁的約束彎曲校核計算122.1.8輪壓產(chǎn)生的局部壓應力校核計算142.1.9主梁的剛度校核計算172.1.10穩(wěn)定性校核計算202.1.11腹板局部穩(wěn)定性的校核驗算232.1.12加肋板的穩(wěn)定性校核計算252.1.13受扭構(gòu)件的校核計算272.1.14開口薄板構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)校核計算302.1.15閉口薄壁構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)校核計算323螺栓連接343.1構(gòu)造與布置343.1.1螺栓連接的強度校核計算343.1.2受彎矩作用的剪力螺栓連接353.1.3風載荷的計算384連接的計算404.1焊接404.1.1焊逢的種類型式414.1.2焊逢連接計算425龍門起重機的使用和修理445.1龍門起重機的安全技術(shù)規(guī)程要點為445.1.1龍門起重機司機要求446結(jié)論46致謝47參考文獻48前言龍門起重機的種類很多，按龍門起重機龍門架的七部結(jié)構(gòu)型式可以分為單梁龍門起重機、雙梁龍門起重機和單梁龍門起重機和單主梁龍門起重機等等各種類型起重機。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。由于本人設計的起重機結(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的結(jié)構(gòu)，箱形梁式結(jié)構(gòu)起重機結(jié)構(gòu)是國內(nèi)外起重機中應用最普遍的一種梁架結(jié)構(gòu)型式。因為箱形梁式具有設計簡單、制造工藝性好等優(yōu)點，而這些有利條件對于尺寸規(guī)格多、生產(chǎn)批量較大的箱式起重機標準化系列產(chǎn)品來說，顯得更加重要。由于小車軌道整正中鋪設的箱形梁式結(jié)構(gòu)至今仍然是我國成批生產(chǎn)的、最常用的、典型的一種結(jié)構(gòu)。我主要設計的內(nèi)容是龍門起重機的總體設計和金屬結(jié)構(gòu)設計。總體設計中有起重機的選型、設計參數(shù)、質(zhì)量、等。金屬結(jié)構(gòu)包括：梁、直架、力、強度、剛度、穩(wěn)定性的校核和計算。491起重機的總體設計主要內(nèi)容包括以下方面起重機選擇類型為：箱形梁式龍門起重機，箱形梁式結(jié)構(gòu)起重機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體板梁結(jié)構(gòu)。小車運行的軌道可以鋪設在主梁上蓋板的正中間，也可以設在靠里側(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、穩(wěn)定性好、經(jīng)濟實用。是市場上最為實用的一種類型起重機，深受客戶歡迎的理想的起重機。1.1門式起重機總體設計方案確定1.1.1起重機的設計參數(shù)是指起重量Q(t)、跨度L(m)起升高度H(m)起升速度(m/min)、和工作級別等。已知數(shù)據(jù)和計算： 起重量：50 起升高度：4.2 跨度：5 起升速度：7.5 工作級別：級； 機構(gòu)接電持續(xù)率：25%1.2龍門起重機的總體方案和基本參數(shù)確定1.2.1起重機各構(gòu)件質(zhì)量數(shù)據(jù)如下起重機總質(zhì)量：；主梁：；支腿：（一根）；下橫梁：（一根）；軌道：走臺欄桿：=2067；電氣均布質(zhì)量：；吊具：。吊鉤的選擇：吊鉤裝置是起重機最重要的一個承載部件。它要求強度足夠，工作安全可靠，轉(zhuǎn)動靈活，不會發(fā)生突然破壞和鋼絲繩脫槽等現(xiàn)象。吊鉤裝置有長型和短型兩種。長型吊鉤裝置的構(gòu)造特點：吊鉤裝在橫軸上，滑輪裝在單獨的心軸上。而短型吊鉤裝置的構(gòu)造特點：吊鉤橫軸與滑輪心軸合而為一。長型吊鉤裝置的吊鉤較短；而短型吊鉤的裝置的吊鉤較長。我的設計選擇長吊鉤?；喗M數(shù)選擇：滑輪組是由定滑輪組和動滑輪組組成。由于動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)形式起重機提升50的滑輪組為雙聯(lián)滑輪組。吊鉤組上起重機應用最廣泛的取物裝置，它由吊鉤、吊鉤螺母、橫梁、動滑輪組、推力軸承和拉板等組成。起重機常用的軌道有三種：1）起重機鋼軌道；2）鐵路軌道；3）方鋼軌道。本次設計我選用起重機鋼軌道（即正軌）。詳細步驟如下：13主起升機構(gòu)的設計圖（1-1）主起升機構(gòu)傳動簡圖The Fig(1-1) host lifts the organization transmission diagram1電動機；2聯(lián)軸器；3傳動軸；4制動輪聯(lián)軸器；5制動器；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，取主起升機構(gòu)滑輪組倍率如圖所示，主起升機構(gòu)承載繩索分支數(shù)采用圖號為的50吊鉤組代用。吊鉤組質(zhì)量，兩滑輪間距。滑輪組采用滾動軸承，當 時，滑輪組效率。鋼絲繩承受最大拉力： 1.3.2選用鋼絲繩標記如下確定滑輪尺寸：滑輪的許用最小直徑： 式中，系數(shù)。選用標準滑輪。選用平衡滑輪。選擇電動機：靜功率計算： （1-1）式中 機構(gòu)的總效率，取=0.85。 電動機計算功率：式中， 選則電動機的型號如下： YZAR255M-8，工作制，=40%，次，。電動機軸端尺寸， 電動機的驗算： 電動機的過載能力 （1-2） 式中 系數(shù)。； 電動機轉(zhuǎn)矩允許過載倍率，。 機構(gòu)中電動機個數(shù)。 ，過載演算通過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。門式起重機的主梁高度：當采用兩條剛性支腿時，取，采用單箱型時，取。主梁幾何特性：面積 ；靜面矩 ；慣性矩 ； 截面模數(shù) ；。對于支腿，腿高h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。考慮到起重機沿大車軌道方向穩(wěn)定性的要求，門式起重機的輪距，為主梁全長。1.4.2門式起重機的載荷及其組合載荷： 作用在門式起重機上的載荷有：起重載荷、門架自重、電氣設備及司機室等自重；、及風力等。箱形結(jié)構(gòu)的門架自重：箱形截面橋架自重 對于75以下的普通門式起重機，橋架(主梁)自重按下式估算：帶懸臂 =0.51283.32無懸臂 =0.7式中 額定起重量()； 橋架(主梁)全長()； 起升高度()。門架的計算載荷：支腿自重：雙梁門架的支腿單位長度自重常取為主梁單位長度自重的0.20.4倍單主梁門架的支腿單位長度自重取為主梁的0.70.9倍。1.4.3慣性力(慣性載荷) 機構(gòu)起、制動時產(chǎn)生的慣性力和沖擊振動引起的慣性載荷的確定。 對于主動輪僅布置在一側(cè)的門式起重機，設1輪為主動輪，2輪為從動輪，則大車制動慣性力為：=231.85式中大車制動時，由橋架自重引起的水平慣性力； 、和等符號1.4.4大車運行偏斜側(cè)向力當門式起重機的運行速度與橋式起重機的運行速度相近時，可按下式計算側(cè)向力：式中 大車的最大輪壓。 當門式起重機的運行速度較低時，側(cè)向力按照之腿由于運行阻力不同時求出=表示主梁由于側(cè)向力引起的彎矩。其中：=式中 和兩支腿處的運行阻力，且>； 和兩支腿運行牽引力，且。1.4.5進行最大拉力驗算1.4.6計算受拉單栓承載力故 驗算通過。1.4.7載荷組合 由于各種載荷不可能同時作用在門架結(jié)構(gòu)上，因此要根據(jù)門式起重機的使用情況來確定這些載荷的組合。1.5門式起重機的計算載荷組合通常考慮以下幾種情況對于主梁，考慮小車位于跨中或懸臂端，小車滿載下降制動，同時大車平穩(wěn)制動，風力平行大車軌道方向。稱為計算情況II。對于支腿，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，小車位于跨端或懸端，小車滿載下降制動，同時小車運行機構(gòu)制動，風力沿小車軌道方向，稱為計算情況II。表（1-1）門式起重機的計算載荷組合Table (1-1) gate type hoist crane computation load combination計 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力；在支腿平面內(nèi)，沿大車軌道方向的風力。其余符號同前述。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，同時大車平穩(wěn)制動，風力平行大車軌道。稱為計算情況。對于主梁和支腿，還應考慮非工作狀態(tài)下的載荷組合，這時大車和小車皆不動，空載。僅作用有非工作狀態(tài)的最大風載荷，稱為技術(shù)情況。對于每種計算情況，由于其載荷組合出現(xiàn)的可能性不同，所以在設計計算時，對金屬結(jié)構(gòu)的許用應力值也各不相同。2起重機金屬結(jié)構(gòu)設計箱型結(jié)構(gòu)形式，支腿型式為“”型。主要參數(shù)及校核計算如下：21主梁危險載面的強度校核計算 主梁的內(nèi)力計算：計算主梁的內(nèi)力時，將門架當作平面靜定分析2.1.1正應力的校核驗算 根據(jù)公式計算的垂直彎矩同時作用在主梁上，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軸的載面摸數(shù)； 主梁對軸的載面摸數(shù)。 強度許用應力為：確定應力循環(huán)特性鋼的強度許用應力為：式中為載荷組合的安全系數(shù)。2.1.2剪應力的校核驗算 箱形載面主梁支承載面處的剪力在腹板上引起的剪應力按下式計算：=式中 主梁載面的一部分對中性軸的靜矩； 主梁載面對軸的慣性矩； 、主梁的主、副腹板的厚度。 在水平載荷作用下，蓋板上的剪應力：=式中 支承處的水平剪力； 主梁載面的一部分對軸的靜矩； 主梁載面對軸的慣性矩； 上、下蓋板厚度。主梁受扭的影響。則按純扭轉(zhuǎn)計算，計算式為：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，各種載荷在同一點引起的剪應力予疊加。 主梁扭轉(zhuǎn)剪應力：對于單主梁箱形門式起重機，其主梁截面除承受自由彎曲應力外，還承受約束彎曲應力、約束扭轉(zhuǎn)正應力（以增大15%的自由彎曲應力計入）和剪應力。此外。主梁截面還承受純扭轉(zhuǎn)剪應力，縣驗算如下：2.1.3支腿危險載面的強度校核驗算 對于單主梁箱形結(jié)構(gòu)門架的支腿應分別選取幾個載面進行強度計算： 強度驗算式為：式中 門架平面，支腿驗算載面的最大彎矩； 支腿平面，支腿驗算載面的最大彎矩； 支腿平面，支腿驗算載面的軸向力； 、驗算載面對軸和軸的載面模數(shù)； 驗算載面的面積。 根據(jù)靜強度和疲勞強度條件計算截面需要的面積：由計算結(jié)構(gòu)知，桿件應根據(jù)疲勞強度條件確定截面積。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度驗算 將各種載荷作用在門架上引起的下橫梁的彎矩疊加，然后按下式驗算其強度，即彎曲應力：=式中 作用在下橫梁載面的總彎矩； 驗算載面對軸的載面模數(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)力校核計算由主梁均布自重產(chǎn)生的內(nèi)力。有懸臂時的側(cè)推力為：=為了安全起見，現(xiàn)將有懸臂門架當作無懸臂門架計算，即彎矩2.1.6支腿平面內(nèi)的支腿內(nèi)力計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算根據(jù)理論分析和實驗驗證，在薄壁箱型梁的角點上，最大約束彎曲正應力可近似取為：式中 自由彎曲正應力； 考慮約束彎曲而使應力增大的系數(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）薄壁箱形梁的計算 圖（2-2）薄壁箱形梁約束彎曲時剪應力分布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算 圖（2-4）薄壁箱形梁約束彎曲時截面正應力分布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)生的局部壓應力校核計算由于門架平面內(nèi)A支座處輪壓最大，其值為=475818.8，若在是設計時，能使得A支座側(cè)的兩個車輪輪壓接近相等，則：當起重機小車的輪壓直接作用在梁的腹板上時（圖2-5 ），腹板邊緣產(chǎn)生的局部壓應力為： =式中 局部壓應力； P集中載荷（N）； 板厚（mm）； 集中載荷分布長度，可按下式計算： =50+=70式中 集中載荷作用長度，對車輪?。?-自構(gòu)件頂面（無軌時）或軌頂（有軌時）至板計算高度上邊緣的距離（mm）.當起重機小車的輪壓直接作用在梁的上蓋板時，局部彎曲應力為：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，此時上蓋板應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。這種薄板的計算簡圖較復雜，再加上在小車輪壓作用下，起重機箱型梁的蓋板連同軌道一起承受局部彎曲，使其計算簡圖更加復雜。為了簡化計算，特作如下假設：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計算蓋板撓度；4）計算應力時，假設軌道和蓋板間僅在邊長為a和b矩形面積上接觸。此時， (cm),為軌道寬度，為軌道高度。 圖（2-5）上蓋板的局部彎曲計算簡圖On Fig (2 -5) lap part curving computation diagram對于正軌箱型梁，由于集中載荷的作用點在板的中心或偏一距離，故應采用板殼理論計算。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，； =318.10=3=203.5； v_波桑比； ，系數(shù)，其值取決于和的值（參見表2-2 ）； 上蓋板上的折算應力按下式求得：= 式中 由垂直彎矩引起的正應力， ，應帶各自的正負號代入。表（2-2）對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主梁的剛度校核計算梁除了滿足強度條件外，還需具有一定的剛度（限制變形）才能滿足使用要求。用于起重機的梁只驗算由有效載荷（移動載荷）產(chǎn)生的靜撓度（不計動力系數(shù)），梁的這種變形是彈性變形，外載荷消失后梁能復原，絕對不允許殘余（永久）變形。1）靜剛度當兩個不相等的移動集中載荷對稱作用于梁的跨度中央時（圖2-6 ），其最大靜撓度由下式確定： 對于圖 （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） 門式起重機的跨中撓度式中 L起重機的跨度。3） 門式起重機的懸臂撓度=12930式中 _懸臂長度。4） 門式起重機跨中水平位移=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 電動葫蘆在額定起重量時的總輪壓（不計動力系數(shù)）。按下式計算：其中，額定起重量，電動葫蘆自重。 5） 動剛度在起重機小車卸載時，主梁在垂直方向?qū)a(chǎn)生衰減振動，這種振動對結(jié)構(gòu)強度的影響不大，但對于起重機的正常使用以及司機的操作田間卻是不利的，緩慢的衰減過程影響到起重機的生產(chǎn)率，因此，從現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求出發(fā)（特別是對高速運行的起重機以及要求所吊運件能精確安裝的起重機），起重機應保證一定的動剛度。圖 （2-6）梁的剛度計算Fig (2-6) rigidity computation 對于一般使用的起重機，不必驗算起動剛度。對于工藝上及生產(chǎn)率上有較高要求的橋式起重機，應驗算動剛度，要求小車位于跨中時的滿載自振頻率f不應低于2HZ。可按下列公式驗算滿載自振頻率：=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（對于雙梁結(jié)構(gòu)，如果小車質(zhì)量按整臺小車計算，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)生單位靜伸長所需的力）可按下式計算：=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; _鋼絲繩繞組在相當于額定起升高度時的實際平均下放長度，可近似取2.1.10穩(wěn)定性校核計算 對于雙梁箱形截面橋式和門式起重機以及單主梁門式起重機，一般不進行整體穩(wěn)定性驗算，但應進行腹板和蓋板的局部穩(wěn)定性驗算。1） 橋式類型起重機梁的腹板可能在下列幾種應力作用下喪失穩(wěn)定性：2） 彎曲剪應力：在剪力作用下，梁的腹板會在45度方向受壓而在斜向失去局部穩(wěn)定性；3）彎曲正（壓）應力。這時，梁的腹板和蓋板的受壓區(qū)有可能在梁長方向失去局部穩(wěn)定性；4） 彎曲正（壓）應力和軸向壓應力（如門式起重機的支腿）；5）作用在腹板上緣的載荷（如集中輪壓等）產(chǎn)生壓應力（如偏軌橋式和門式起重機），這時，腹板會因擠壓應力在豎向失去穩(wěn)定。金屬結(jié)構(gòu)也可能在以上幾種應力共同作用在梁的腹板上時喪失局部穩(wěn)定。這時，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加固腹板，這樣要比增加腹板的厚度經(jīng)濟些。加固的方式如下：1） 在箱形截面梁整個高度上設置橫向加勁板（圖2-7）；2）對于正軌箱形結(jié)構(gòu)橋式起重機，除設置橫向加勁板外，在箱形截面腹板受壓區(qū)域設置短橫向加勁板（圖2-7）；3）在跨度較大的橋式和門式起重機中。梁的高度比較大，這時，除設置橫向加勁板外，常常在腹板的受壓區(qū)設置一條縱向加勁線，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)也設置縱向加勁桿（圖2-7）。1.12箱形截面梁腹板加勁的設計原則1）通常沿腹板全高設置橫向加勁板加固腹板。當時，橫向加勁板之間的距離不應大于2h或3m；當時，不應大于2.5h。在跨度較大時橫向加勁板的間距，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）如果腹板僅在剪應力作用下；當（對于低碳鋼）或（對于低合金鋼）時，可不必設置橫向加勁板，但是為了增加截面的扭轉(zhuǎn)剛度，提高梁的整體穩(wěn)定性，一般仍設置橫向加勁板。3）如果腹板僅在正應力作用下，當（對于低碳鋼）或（對于低合金鋼）時，可不必加固。4）對于高度較大的梁，必須在腹板受壓區(qū)設置縱向加勁條，且設置在離受壓翼緣板（0.20.25）h處；當（對于低碳鋼）或（對于低合金鋼）時，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加固腹板時，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?？v向加勁條截面必須的慣性矩見表3-6。 圖（2-8）箱形主梁加勁板的設置 Fig (2-8) box shape king post stiffening plate establishment5）若腹板僅僅只用橫向勁板加固時，對于箱形截面梁，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孔，但應保證mm，加勁板厚度不應小于。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）時，一般在腹板上須設置短橫向加勁板，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)定性的校核驗算對于正軌箱形梁，腹板同時受彎曲正應力，剪應力和集中輪壓作用在腹板上緣產(chǎn)生的壓應力。根據(jù)板的彈性穩(wěn)定理論，結(jié)合工程實際，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為腹板的上下支承是只能轉(zhuǎn)動的簡支支承，不考慮其嵌固影響。在有較強翼緣板的情況下，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)定的臨界屈曲應力公式可寫成如下通式：、式中 、分別為x方向正應力、剪切應力和y方向局部壓應力作用下的臨界屈曲應力；x板邊支承情況影響系數(shù)，也稱嵌固系數(shù)，兩非承載邊簡支支承時取1，彈性嵌固時取1.21.5，詳見表 （2-3）；、分別為簡支支承板在受x方向正應力、剪應力和y方向局部應力時的屈曲系數(shù)，其值參見表（2-3）；板屈曲的歐拉應力，可按下式計算：=163.31 式中 D=板的單位寬度彎曲剛度；板厚；_垂直于正應力方向的板寬，驗算腹板時為腹板的計算高度；a_垂直于局部壓應力方向的板長，驗算腹板時為橫向加勁板間的距離；E彈性模數(shù)；波桑比。板在壓應力剪應力和局部壓應力共同作用時的等效臨界復合應力可按下式、=式中，為板邊兩端應力之比，為板邊最大應力，、各帶自己的正負符號；其它符號同前。當臨界應力超過0.75時，按上式求得折減臨界復合應力：式中 材料的屈服點。 薄板局部穩(wěn)定性的驗算是以屈曲臨界應力為極限應力的。只要作用在板上的載荷應力（在非均布應力時取最大的應力值）小于極限應力（或許用應力），板是穩(wěn)定的，其驗算公式如下：或=312.1或=或式中n安全系數(shù)，其值與強度安全系數(shù)一致，按載荷組合分別取1.5、1.33、和1.15； 和分別為正應力、剪應力和局部壓應力作用下的許用屈曲臨界應力。 當板受壓應力，剪應力和局部壓應力同時作用的等效復合應力按上式計算時，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)定性校核計算在工程設計中，為了滿足上式公式，有時不得不增加板厚，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肋則可以提高板的抗屈曲能力，而且相比之下要經(jīng)濟些。剛性的加強肋（加勁條）能起到支承作用，將板分割為若干區(qū)格，改變了板在計算穩(wěn)定性時的寬度b和a的值。而且，區(qū)格板的屈服系數(shù)與 有關(guān)，屈曲臨界應力與寬（b）平方成反比。但要注意的是剛性加強肋要有足夠的彎曲剛度，要能起到支承板的作用。加強肋的剛度以 的乘積表示。 是加強肋繞被加強板板厚中心線的面積慣性矩。加強肋的彎曲剛度和該板的彎曲剛度比稱為加強肋的剛度比，常以 表示，即 =式中 b, 為板的寬度和厚度。對于剛性加強肋而言，有最小剛度比 ，亦即當剛性加強肋使區(qū)格板的屈曲臨界應力小于（最多是等于）這塊加肋整板的屈曲臨界應力時，此加強肋的剛度比即為最小剛度比。這時，板的屈曲只能限于區(qū)格板內(nèi)，也就是說區(qū)格板的屈曲將先于整板。當加強板剛度不夠時，加肋板仍以整板屈曲模態(tài)失穩(wěn)。此時的加強肋稱為柔性加強肋。帶柔性肋板的屈曲系數(shù)可按公式計算。在求得剛性肋的最小剛度后，即可計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。當橋式類型起重機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，則上區(qū)格板的局壓屈曲系數(shù) 按表 計算 ，而下區(qū)格板則按或。此時上區(qū)格板的驗算公式應為改寫的下式，即 下區(qū)格板的局部驗算公式則為：0.4式中， 和分別為上區(qū)格板和下區(qū)格板的屈曲臨界應力。對于普通橋式起重機，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。對于偏軌寬翼緣橋式類型起重機，其主梁截面較寬，而翼緣板厚 相對較?。╞-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60（50） 時（括號內(nèi)數(shù)字用于低合金鋼），應設置一條縱向加勁條，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 當時，應設置兩條縱向加勁條，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)件的校核計算1）自由扭轉(zhuǎn)和約束扭轉(zhuǎn)的概念起重機金屬結(jié)構(gòu)中的梁為非圓截面直桿，而且是開口薄壁（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，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，則在截面上不會產(chǎn)生正應力，這稱為自由扭轉(zhuǎn)，這時，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?shù)冉孛嬷睏U的兩端作用大小相等而方向相反的力偶，且無任何約束時才會產(chǎn)生。圖 a為工字形截面桿件兩自由端受兩個力偶作用而產(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，故縱向纖維長度不改變，截面上就不會產(chǎn)生正應力。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)。 當桿件產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn)時，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，桿件單位長度的扭角也沿桿長變化。由于縱向纖維的軸向應變，就使得截面上不僅存在著扭轉(zhuǎn)剪應力，還存在發(fā)向應力，又因為各縱向纖維的法向應力不一定相同，就導致桿件產(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)生彎曲剪應力，這一系列情況，就使得桿件的約束扭轉(zhuǎn)問題比自由扭轉(zhuǎn)問題復雜得多。 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)生了正應力，同時由于彎曲變形，又產(chǎn)生了附加剪應力 ，這種附加剪應力 只能平衡一部門外扭轉(zhuǎn)，剩下的外扭轉(zhuǎn)將由純扭轉(zhuǎn)剪應力 來達到平衡。由此可知，開口薄壁截面受扭轉(zhuǎn)時，截面上將產(chǎn)生三種應力，即約束扭轉(zhuǎn)正應力 ，約束扭轉(zhuǎn)剪應力 和純扭轉(zhuǎn)剪應力 。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)的截面應力Fig (2-12) member restraint reverse Fig (2-13) restrains the reverse the section stress328+120=4482.1.14開口薄板構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)校核計算1）自由扭轉(zhuǎn)開口截面薄壁構(gòu)件自由扭轉(zhuǎn)時，在截面上產(chǎn)生的最大剪應力力按下式計算（圖 2-14）：=式中 純扭矩；-計算截面中最大壁厚；-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 ，按下式計算：、 -矩形窄條相應的寬度和厚度（cm）-修正系數(shù)，對于各種截面的 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 開口截面剪應力沿截面上的分布如下圖所示。圖（2-14） 開口薄壁構(gòu)件的自由扭轉(zhuǎn)計算簡圖Fig (2-14)opens the mouth the thin wall component free torsion computation diagram 單位長度的相對扭轉(zhuǎn)角，按下式計算：=362.42）約束扭轉(zhuǎn)開口薄壁構(gòu)件約束扭轉(zhuǎn)引起的法向應力 和剪應力 的計算比較復雜，可參看起重機設計手冊。開口薄壁構(gòu)件約束扭轉(zhuǎn)引起的應力很高，有時甚至超過構(gòu)件受自由彎曲時的應力，必須予以重視。2.1.15閉口薄壁構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)校核計算閉口截面由于截面外形所具有的特征，它在純扭轉(zhuǎn)時，純扭轉(zhuǎn)剪應力的分布與開口截面中不相同，它沿壁厚是按常量分布的，因此中間層上的剪應力并不等于零，這是閉口與開口截面的最主要區(qū)別。閉口截面純扭轉(zhuǎn)剪力流由于在整個截面上環(huán)行封閉，因而其扭抗能力特別強，這是它的主要優(yōu)點，因而得到廣泛應用。閉口截面的純扭轉(zhuǎn)剪力流已單獨平衡外扭矩，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，在截面上產(chǎn)生的最大剪應力按下式計算：=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）;-作用在所計算截面的扭矩（）。 1）閉口截面薄壁構(gòu)件單位長度相對扭轉(zhuǎn)角按下式計算： =2238.1式中 ， -系數(shù)，對焊接構(gòu)件 ：對鉚接構(gòu)件 ； -對截面閉合軸線全積分。 正軌雙梁橋式起重機和單主梁門式起重機的箱形主梁屬于閉口薄壁構(gòu)件受約束扭轉(zhuǎn)，理論分析和計算以及實驗說明，閉口截面的抗扭能力很強，其約束扭轉(zhuǎn)法向應力 很低，一般只有構(gòu)件受自由彎曲時的法向應力的 5%左右，因此在實際計算時，可以取 ，在此， 為自由彎曲法向應力。約束扭轉(zhuǎn)剪應力 約為自由彎曲剪應力的1020 %，而 比自由扭轉(zhuǎn)剪應力小得多，在實際計算時，可以忽略 而只按自由扭轉(zhuǎn)計算剪應力。3螺栓連接3.1構(gòu)造與布置門式起重機主梁與支腿和下橫梁皆用螺栓連接。按工作特點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度螺栓連接。起重機金屬結(jié)構(gòu)中應盡可能采用半精致和高強度螺栓連接避免采用需配鉸孔的精致螺栓。采用高強度螺栓時，為了防止被連接件在螺母或螺栓頭部下被局部壓壞，應在該兩處均設置高強度墊圈。高強度螺栓連接中不必采用防止螺母松動的防松件，其孔徑比螺栓直徑大1-2mm。采用螺栓連接傳遞作用力時，每一構(gòu)件在節(jié)點上以及在接頭的一邊，至少需要兩個螺栓，并應滿足由強度計算確定的數(shù)量。在節(jié)點和接頭處，按上面公式的最小孔距布置螺栓，對于拼接組合截面構(gòu)件的螺栓，則按上面公式中的最大孔距來布置。3.1.1螺栓連接的強度校核計算按受力性質(zhì)，螺栓連接可分受剪力螺栓連接和拉力螺栓連接兩種。起重機金屬結(jié)構(gòu)中螺栓連接的計算要點是：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） 驗算桿件在連接處的強度。各種載荷作用下的螺栓連接的計算如下：1）受軸向力的螺栓連接。此時，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； -每個螺栓的受剪面數(shù)目；、-螺栓的許用拉，壓，剪應力。1） 按抗剪條件計算單栓支承載力（雙剪）b) 按承壓條件計算單栓承載力：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）當時：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最遠的一個螺栓受力最大，其值為：=37.38在剪切力Q作用下，一個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算 圖（3-2）受彎矩的螺栓連接計算 Fig(3-1) axial force bold fastening computationFig(3-2) bending moment bold fastening computation在彎矩M和剪切力Q同時作用下，一個螺栓上的最大合力：= 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：= 可按前述方法計算腹板與翼緣板的連接強度。2）當時（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，一個螺栓承受的最大作用力 為：= 式中u和 的含義見圖 （3-3）所示。在剪切力Q作用下，一個螺栓承受的作用力為：=在彎矩M和剪切力Q同時作用下，一個螺栓承受的最大合力為：= 3）構(gòu)件同時受壓和受彎的連接螺栓 門式起重機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算 圖（3-4）同時受彎矩和壓力的螺栓連接計算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)）受壓的螺栓在計算中不予考慮。距x軸 處最邊行的一個螺栓所受的拉力為：= 式中 -壓力P距x軸的距離； M-作用在連接處的計算彎矩； -每個受拉螺栓距x軸的距離平方之和（設共有i個受拉螺栓）。式中，系數(shù) 2.5 是考慮螺栓預緊力及載荷不均勻性的影響。 當