桥式起重机设计计算讲义

1、、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H。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。因上下翼 缘板厚不

2、等，应以x' X为参考形心线，利用平行轴原理求水平形心线 x x位置y。 断面形状如图2-4所示，尺寸如图所示的H、hi、h2、B、b、bo等。 v F = F1 2F2 F3 F Bh1 , F2 二 bh0, F3 二 Bh2 q 八 Fr (kg / m )v FiyiF1(H) 2F2( ho h2) F3.(cm )- 2 - - - 2F2F2 F33o3Bh12 b(H - A -h2)32 Bh22 /4、 Jx- F1 712- 2F2 73 F3 y2 (cm )12 12 12323h|Bh2Bb h0b0 b 2 Jy1220 2F2(-° -)2 (

3、cm4)12 12 12 2 2 Wx = Jx / yc 和 Jx / H - yc(cm3) Wy = Jy b (cm3)3、许用应力为二山和山。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I（I类载荷）ni =1.48%1.48门| JJ3%=1.59i组合H（H类载荷）n ii = 1.34Eii -；1.34小一品<M =1.5庄i i组合皿（皿类载荷）niii =1.16叫 - 1 -61.16w 凹也 小i -显%d=1.5Giii4、受力简图PiP2qI11A 丨 | 丿 | | | 丿 J | J BRAS2bRBS2bI+)qS28-

4、I ''+.I J-'图2-5R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力为轮压。如 R异? =P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Pi和P2）产生最大垂直弯矩 MpMp(P1P2)S(N m)RM P2时简算Mq；子(N m)(N m)(N m)Pi工P2时，可近似取P二旦旦注：建议当Pi m P2时,采用一宁计算为佳。6. 跨中均布载荷（自重Pg）产生最大垂直弯矩Mq7. 主梁跨中垂直最大弯矩M垂M 垂二 Mp Mq8. 主梁跨中水平惯性载荷产生弯矩 M水LJPmJ扌q惯/ /i

5、 1 i 1 1 1InfillI 、I-P贯/'! 1 11 1 1I S/2S、/图2-62P 惯 S S q惯 S2S(N m)(1 _三(3 _ )2r 24r式中:3 32BJ 1 yJ 2yJiy主梁端截面的Jy(cm4)2y端梁截面的J y (cm4)Pm 4P51PS(小车自重PQ)乙起重机大车驱动轮数z总轮数9. 主梁跨中截面弯曲强度计算M垂 M水二=4WX wY = l11.3410. 主梁跨端剪切强度计算PlP2图2-7跨端最大剪力QmaxQmax =R卩2（1 £ 孚S 2QmaxSoM ii跨端最大剪应力2 JixSo 主梁跨端截面的静面矩（中性轴以

6、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）腹板厚（cm）Jix 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(Pi P2)S348EJMf(Pi P2)l (0.75S2 -丨2)12EJMf简算精算l为小车轮压至主梁支承处距离，见下图所示J H1!2bd1:，1芬图2-8当R二P2 = P时f -壮訂"注：Pi、P2不乘以系数o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s348EJy3S卫旦r 384EJy(5-坐尸f 水 rS2000f水不检测，只作为设计计算用三、通用

7、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水乞f水时即可免算。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，局部压应力匚m = 0 ； 另一种是偏轨箱形梁，局部压应力 二m"（轮压作用在腹板上）。图29（1）横向加劲肋间距a的确定 当徑兰8OJ235时，ho腹板高，g 腹板厚， s材料屈服；'hC s极限。二m

8、=0时，可不设置加劲肋。6=0时，按结构适当增设加劲肋当80 ?加叫！35时应设置横向加劲肋此时取心.5h。当100,2370-s - h235时，应设置横向加劲肋。-sa)当 <1200 时，取 aE2ho-hb)当1200 v % 再兰1500时，取 a兰500h°h也声1000;h 'c)当h01500时，取a- h上式中 可查下表2-4。表2-46.20100140180200220240n1.001.011.021.031.041.051.06:h0、<10h 丿2260280300320340360380n1.071.091.101.121.141.1

9、61.18:h0、(100§h j2400420440460480500520n1.211.241.271.311.351.401.462540560580600620640n1.531.611.711.842.012.24表2-4中二i为腹板与受压翼缘板接触处的弯曲应力如图2-10所示CT图 2-10上式中，和最大剪力，对简支梁Qma 2 RA，RA为支反力）当二m = 0时:©h。h注：K3和k4查表2-5表2-5K3K4CTm1K3K4< 0.052123620.8040210960.104222920.8541710440.156422190.90429100

10、10.2010720760.954419650.2515219331.004509310.3018918081.104509000.3521917101.204508700.4024816131.304508400.4526715401.404508100.5028914671.504507800.5531013941.604507500.6033113241.704507200.6535212541.804506900.7037111991.904506600.7538711472.00450630上表中二m 局部压应力P 轮压:翼缘板厚a 50mmhy为轨道高度。当170ho235 <

11、; -匚 s-h-s<240235 时,此时除应设置横向加劲肋，同时应增设一条纵向加劲肋。 当二m二0时，1 1hi =(-)ho54hho -h-当100 时，a 2.5h2=1 r图 2-11L.1200 ： 2乞1500 时，500h2当h2120。时，& ' hh2 -1000hh2 .1500 时，-h1000h2h2一 500；h1 1h1 =(54)h0，Kih2<J -K2；h上述当计算出的a值大于2h。或出现负值时取a乞2h2即可。上式中的心和K2如表2-6所示。表2-6K1K2K1K2< 0.27127001.95695200.370969

12、72.05605110.47066912.25414930.57006852.45294750.66946762.65174570.76856662.85054390.86766543.04944260.96676423.24874141.06586303.44804021.16496183.64713901.26406063.84623781.36305934.04533681.46185804.24443591.56065664.44353501.65965544.64263411.75875424.84173321.85785305.0408323当24y 32°：5时，此时应

13、加横向加劲肋，同时增设二道纵向加劲肋。图 2-12hi =(015 O.2)hoh2 =(0.175 O.2)hoa按部分二m =0和二m = 0时a公式计算确定。皿320 235时 0V兀564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 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二（0.52）ho，且不大于2m。同时设置横向和纵向加劲肋时，a二O.5ho2h2，且不大于2m，需要加 横向短加劲肋a1时，aj _0.75入，h1和h2均为g = h2

14、=（丄丄）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米用钢板，纵向加劲肋米用扁钢，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。cz1p11)图 2-13横向加劲肋宽度b-齐40（工字形主梁）b -1.2（30 40）（箱形主梁）横向加劲肋厚度一 -15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Izi要求 Izi -3hh3I Z1横向加劲肋截面对腹板厚中心线的惯性矩。(1)a 0.85 时,ho2IZ2,3I Z2 1 .5ho ；h2.受压翼缘板局部稳定性计算图 2-15纵向加劲肋

15、惯性矩IZ2 当冷85时，F角钢截面积 x角钢垂直形心线至腹板中心线距离I-15 235 工字梁一一不加纵向加劲肋 § Ubo 400235箱形梁一一不加纵向加劲肋-s(3) 当-15 235和bo 40 235时，应加纵向加劲肋。纵向加劲肋应保证有一定的惯性矩要求。2(0.64 0.09) 3Ib! b!1 Z3 -mI Z3 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d翼缘板总宽a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

16、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Vmax ；二是承受桥架偏斜侧向载荷Ps。Vmax二丄Pg -(Pg小Pq)，此时为起重小车行至主梁2 2跨端，式中Pg为一根主梁自重，FG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。IIIIIIIIIIIPsITIII1B1cBorVmaxVmaxPs图 2-16图2-16中B为轮距（基距），Bo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I -

17、I , II - H ,皿-皿分别计算，1 - I截面为端梁最大弯矩截面，H -I为支承截面，皿-皿为薄弱截面。1. I - I截面弯曲应力与剪应力：M V - Vmax CM H 二 Ps C剪力 QV = V maxI - I截面应力匚二匹皿 L-，'UWx Wy剪应力一般不大，可忽略不计。2. I - I截面弯曲应力与剪应力：I - I截面水平弯矩和垂直弯矩近似为零。I - I截面仅计算剪应力。剪力 Qv =Vmax=QV So, 112Jx、；式中-Qv剪力So n -u截面的静矩Jx n - n截面的水平惯性矩n - n截面的腹板厚度皿-皿截面的水平弯矩和剪力均不大，可忽略不

18、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。0五、电动单梁起重机主梁强度计算1.2PqS式中：P = 2PqPq二卩6小 GPg小葫芦及小车自重，G 起重量iqS2M 垂二MP Mq2冷Sq惯SM 水-48WxWy-y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Ki和K2曲线，3点对应图2-19中的K3和K4曲线，54PrRd21xoto5 Lo式中：P轮压图 2-18图 2-19图2-18中，e=0.164R（普形工字钢,30特也为普形工字钢）,c ： 4mm,a（b-d ）2 ，图2-19中，.丿,查值即得到相应Ki-K5值。a1点的局部弯曲应力:la处翼缘平均厚度。2<T = K 1y 2 t2 t0y方向局部弯曲应力与整体弯曲应力同向,K1和K3为X