桥式起重机设计计算讲义(DOC)学习资料

1、一、通用桥式起重机箱形主梁强度计算( 双梁小车型 )1、受力分析作为室内用通用桥式起重机钢结构将承受常规载荷PG、PQ和PH三种基本载荷和偶然载荷 PS ，因此为载荷组合。其主梁上将作用有 PG 、 PQ 、 PH 载荷。主梁跨中截面承受弯曲应力最大，为受弯危险截面；主梁跨端承受剪力最大，为剪切危险截面。当主梁为偏轨箱形梁时，主梁跨中截面除了要计算整体垂直与水平弯曲强度计算、局部弯曲强度计算外，还要计算扭转剪切强度，弯曲强度与剪切强度需进行折算。2、主梁断面几何特性计算上下翼缘板不等厚 ,采用平行轴原理计算组合截面的几何特性。图 2-4注：此箱形截面垂直形心轴为y-y 形心线，为对称形心线。因

2、上下翼缘板厚不等，应以x x为参考形心线 ,利用平行轴原理求水平形心线xx 位置 yc 。 断面形状如图 2-4 所示 ,尺寸如图所示的H、 h1 、 h2 、B、b、 b0 等。F F12F2 F3 F1Bh1 ， F2bh0 ， F3Bh2 qFr( kg / m )FiF1( Hh1 ) 2F2 ( 1 h0h2 ) F3 . h2ycyi222( cm )FF1 2F2 F3 J xBh1 3F1 y1 22 b(H h1 h2 ) 32F2 y3 2Bh2 3F3 y2 2 ( cm 4 )121212J yh1B3h2 B22 b3h02F2(b0b) 2 ( cm4 )12121

3、222WXJ X / yc 和 J X / H yc ( cm3 ) WyJ y( cm3 )B23、许用应力为 和 。载荷组合安全系拉伸、压缩、剪切端面挤压类别数弯曲许用应力许用应力许用应力组合1.48s I cd 1.5 InI I I(类载荷 )1.483组合1.34s IIcd 1.5 IInII II II(类载荷 )1.343组合1.16s IIIcd 1.5 IIIn III IIIIII3(类载荷 )1.164、受力简图P1P2qABS-bS-bRA 2RB 2+q S28+图 2-5P1 与 P2 为起重小车作用在一根主梁上的两个车轮轮压，由PQ 和小车自重分配到各车轮的作用

4、力为轮压。如P1P2P 时，可认为P 等于PQ 和小车自重之和的四分之一。5. 主梁跨中集中载荷 (轮压 P1和 P2 )产生最大垂直弯矩 MpMp2(P1P2 )S(Nm)P1 P2 时简算4Mp2P S b(Nm)P1 P2P 时2MpSb(Nm)P1 P2P1 P22P时，可近似取 P22注：建议当 P1 P2 时，采用 PP1P2 计算为佳。26. 跨中均布载荷 (自重 PG )产生最大垂直弯矩 M qMq1PGS1qS28(Nm)87. 主梁跨中垂直最大弯矩 M 垂M 垂MpMq8. 主梁跨中水平惯性载荷产生弯矩 M 水P惯q惯P惯S/2S图2-6M 水P 惯 S(1S )q 惯 S

5、 22 S )(Nm)4(32 r24r式中：r S33J1 y8cl2B 2J 2 yJ1y 主梁端截面的 J y (cm4 )J 2 y 端梁截面的 J y ( cm4 )P惯1PZ15ZP 1 (小车自重 PQ )2Z1 起重机大车驱动轮数Z 总轮数1Z1q惯q5Z9. 主梁跨中截面弯曲强度计算M 垂M 水s4 WXWY II1.3410. 主梁跨端剪切强度计算P1P2bqS图 2-7跨端最大剪力 QmaxQmaxP1P2 (1b )qSS2跨端最大剪应力Qmax S0 II2 J1x II3S0 主梁跨端截面的静面矩（中性轴以上面积对中性轴的静面矩，各面积乘以形心至中性轴距离；cm3

6、）腹板厚（ cm）J1x 截面的水平惯性矩（cm4 ）二、通用桥式起重机箱形主梁刚度计算1. 垂直静刚度 f 垂(PP )S3f 垂12 f 简算48EJ xf 垂( P1P2 ) l (0.75S2l 2 )精算12EJ x f l 为小车轮压至主梁支承处距离，见下图所示。12b图 2-8当P1 P2P 时P l (0.75S2l2 )f垂 f 6EJ x注： P1 、 P2 不乘以系数。均布载荷（自重 PG ）产生的垂直静刚度不予以计算，因无法检测。2. 水平静刚度 f 水参看图 2-6。P惯 S33Sq惯 S44SSf 水(1)(5) f 水48EJ yr384EJ yr2000f水 不

7、检测，只作为设计计算用。三、通用桥式起重机箱形主梁稳定性计算整体稳定性一般不作计算，因为是简支梁，不可能发生失稳造成前倾与侧翻，通常情况下只要计算出主梁水平刚度f 水 f 水S时即可免算。2000以箱形受弯构件局部稳定性为例，作为简支梁箱形截面主梁，弯曲时只有腹板受压区和受压翼缘板处才有局部失稳的可能。保证不失稳的办法是设置加劲肋。1. 腹板的局部稳定性计算分两种情况处理： 一种是正轨 (包括半偏轨 )箱形梁，局部压应力m0 ；另一种是偏轨箱形梁，局部压应力m0 (轮压作用在腹板上 )。(1) 横向加劲肋间距 a 的确定 当极限。h080235时， h0腹板高， h 腹板厚， s 材料屈服hs

8、m 0 时，可不设置加劲肋。m 0 时，按结构适当增设加劲肋。235h0100235时，应设置横向加劲肋，此时取 a 2.5h 。 当80shs235h0170235时，应设置横向加劲肋。 当100shs当 m 0 时：a)当 h01200 时，取 a2h0hb)h01500时，取 a500h0当 1200hh01000hc)当 h01500 时，取 ah01000h0h500h上式中可查下表 2-4。表 2-421h0100 h01001401802002202401.001.011.021.031.041.051.06h022602803003203403603801 100 h1.071

9、.091.101.121.141.161.182h01100 h4004204404604805005201.211.241.271.311.351.401.46h02540 5605806006206401 100 h1.531.611.711.842.012.24表 2-4 中1 为腹板与受压翼缘板接触处的弯曲应力如图2-10 所示。图2-10上式中Q m ax( Qmax 最大剪力，对简支梁 Qmax10 h0RA ， RA 为支反力 )2当 m0 时：K3h0ah01K 4h注： K3 和 K4 查表 2-5表 2-5m / 1K 3K 4m / 1K 3K 40.052123620.

10、8040210960.104222920.8541710440.156422190.9042910010.2010720760.954419650.2515219331.004509310.3018918081.104509000.3521917101.204508700.4024816131.304508400.4526715401.404508100.5028914671.504507800.5531013941.604507500.6033113241.704507200.6535212541.804506900.7037111991.904506600.7538711472.00450

11、630上表中m 局部压应力。mP 轮压Pc翼缘板厚ca2hya50mmhy 为轨道高度。235h0235时， 当170240shs此时除应设置横向加劲肋，同时应增设一条纵向加劲肋。当 m 0 时，h1( 1 1)h054h2h0h1当 h2100 时， a 2.5h2h图 2-11当 h21200 时， a 2h2h1200h21500 时， a500h2h2h1000hh21000h21500 时， ahh2500h当 m 0 时，h111)h0， aK 1 h2(54h2K 2h上述当计算出的 a 值大于 2h 。或出现负值时取 a2h2 即可。上式中的 K1和K2如表 2-6所示。表 2

12、-6m /K 1K 2m /K1K 20.27127001.95695200.37096972.05605110.47066912.25414930.57006852.45294750.66946762.65174570.76856662.85054390.86766543.04944260.96676423.24874141.06586303.44804021.16496183.64713901.26406063.84623781.36305934.04533681.46185804.24443591.56065664.44353501.65965544.64263411.75875424.

13、84173321.85785305.0408323当 240 235h0320235 时，此时应加横向加劲肋，同时增设二道shs纵向加劲肋。图2-12h1(0.15 0.2)h0h2(0.175 0.2)h0a 按部分m0 和m0 时 a 公式计算确定。h0320235 时hs应加横向加劲肋和同时增设多道纵向加劲肋，这种情况为高腹板、大起重量、超大跨起重机时才这样处理，详细计算请见起重机设计手册564页相应部分，一般不会出现这种情况。 腹板加劲肋的结构要求和截面设计a) 加劲肋间距的构造要求只有横向加劲肋时，a(0.5 2)h0 ，且不大于2m。同时设置横向和纵向加劲肋时，02，且不大于2m，

14、需要加横向短加劲肋a1 时， a10.75h1 ，h1 和 h2 均为h1h2(1 1) h0 ，一般情况是加54一个横向加劲肋再加一个短横向加劲肋。b) 加劲肋的截面形式横向加劲肋采用钢板，纵向加劲肋采用扁钢，角钢等。c) 加劲肋截面尺寸与惯性矩仅设横向加劲肋时，如图 2-13 所示。图2-13h040 (工字形主梁 )横向加劲肋宽度 b30b 1.2( h040) (箱形主梁 )30横向加劲肋厚度b15同时设有横向、纵向加劲肋时横向加劲肋除应满足间距a 要求时，还应满足应具有一定惯性矩I Z1 。3要求 I Z13h0hI Z1 横向加劲肋截面对腹板厚中心线的惯性矩。纵向加劲肋惯性矩I Z

15、 2当 a0.85 时， I Z231.5h0 hh0a0.85时， IZ2aa 23h0(2.5 0.45 )2hh0h0I Z 2F x2F 角钢截面积x 角钢垂直形心线至腹板中心线距离2. 受压翼缘板局部稳定性计算图 2-15(1)b 15 235 工字梁不加纵向加劲肋s(2) b040235 箱形梁不加纵向加劲肋s(3) 当b235和b040235时，应加纵向加劲肋。15ss纵向加劲肋应保证有一定的惯性矩要求。2aa3(0.640.09)b1b1I Z 3mI Z 3 纵向加劲肋惯性矩， 为纵向加劲肋面积乘以水平形心线至翼缘板水平中心线距离的平方。m 纵向加劲肋个数b1 翼缘板总宽a

16、横向加劲肋间距翼缘板厚度(4) 纵向加劲肋材料多采用扁钢、角钢和 T 字钢等。四、通用桥式起重机端梁的设计计算通用桥式起重机端梁都是采用钢板组焊成箱形端梁，并在水平面内与主梁刚性连接。端梁承受有二种主要载荷：一是承受主梁的最大支承压力Vm ax ；二是承受桥架偏斜侧向载荷 Ps。 Vmax1PG1(PG小PQ ) ，此时为起重小车行至主梁22跨端，式中 PG 为一根主梁自重，PG 小 为起重小车自重， PQ 为起重量。上述载荷将使端梁产生垂直弯矩和剪力，并认为两主梁的压力相同。小车水平制动载荷和端梁的自重影响很小，可忽略不计，端梁的受力图如图2-16 所示。IIIIIIIIIVmaxVmaxB

17、IIIIIIIIIcB0PsPs图2-16图 2-16 中 B 为轮距（基距）， B0 为两主梁中心距， C 为车轮中心至主梁中心的距离。端梁计算将按图 2-16 中的危险截面 - , - , - 分别计算， -截面为端梁最大弯矩截面，- 为支承截面， - 为薄弱截面。1. - 截面弯曲应力与剪应力：M VVmaxCM HPsC剪力QVVmax- 截面应力MVMHWxWy剪应力一般不大，可忽略不计。2. - 截面弯曲应力与剪应力： - 截面水平弯矩和垂直弯矩近似为零。 - 截面仅计算剪应力。剪力QVVmaxQVS02J x式中QV 剪力S0 - 截面的静矩J x - 截面的水平惯性矩 - 截面

18、的腹板厚度 - 截面的水平弯矩和剪力均不大，可忽略不计算，主要验算连接螺栓的强度，详见起重机设计手册 612 页（三）接头计算。五、电动单梁起重机主梁强度计算1. 主梁跨中整体强度计算：图2 172PQ SM P4式中：P2PQPQPG小GPG小 葫芦及小车自重，G 起重量M q1 qS28M 垂M PM qM 水P惯 Sq惯 S248M 垂M 水y4 WxWyy 整体弯曲应力，其参数同双梁起重机。2. 工字钢下翼缘局部弯曲应力计算如图 2-18 中的工字钢下翼缘局部弯曲危险点为1,3 和 5 点中一点。1 点对应图 2-19 中 K1和 K 2 曲线，3 点对应图 2-19 中的 K3 和 K4 曲线， 5点对应图 2-19 中的 K 5 曲线， K1和 K 3 为 xx 方向， K2 ， K 4 ， K 5 为 y 方向。图 2-18图 2-19图 2-18 中， e0.164R(普形工字钢，30 特也为普形工字钢 )， c 4mm ,a1 bd , i a ce2图 2-19 中，i ,查 值即得到相应 K 1K 5值。a1 点的局