桥式起重机主梁设计

1、第一章 桥式起重机一般介绍§ 1-1 起重机及其分类起重机械是用来进行起吊、 空中搬运的一种设备， 在社会生产及人们生活中 具有重要作用， 应用极为广泛。 据不完全统计， 我国起重机械已发展到近千个品 种和三、四千种规格。根据我国现行的标准，起重机械大致可分为三大类。一、轻小型起重设备这种设备一般只有升降机构而无运行机构， 属于这类设备的有： 千斤顶、 手 动葫芦和电动葫芦（常配有运行机构）等。二、升降机 只有升降机构而无运行机构，但有完善的安全装置，如电梯、升船机、物料 升降机即属于此类。三、起重机起重机一般是指除了有起升机构外还有水平运行机构的起重设备。 起重机根 据水平运行的形

2、式不同， 又分为臂架式 （旋转式）起重机和桥式起重机两种类型。臂架式起重机除有起升机构外， 通常还有旋转机构和变幅机构， 可以在圆形 场地及其上空作业。 这类起重机还可装设在运输工具上构成运行臂架起重机， 如 门座、塔式、汽车、铁路起重机等，特别适用于露头装卸及安装工作。桥式起重机除有起升机构外， 配有小车、 大车两个运行机构， 可在长方形场 地及其上空作业。这类起重机适用于车间、仓库及露天货场等处工作。桥式起重机又有通用桥式起重机、冶金（专用）桥式起重机、龙门起重机等 多种类型。 桥式起重机横架在固定跨间上空用来吊运各种物料及设备， 又称“天 车”或“行车”。根据起吊装置不同，通用桥式起重机

3、又分为吊钩（桥式）起重 机、电磁盘（桥式）起重机和抓斗（桥式）起重机等三种，在实际生产中吊钩桥 式起重机应用最多。 上述三种通用桥式起重机除抓取装置不同外， 其结构基本相 同。§ 1-2 通用桥式起重机的机构 通用桥式起重机主要由桥架（大车架）、大车运行机构、操纵室、装有升降 机构和运行机构的小车以及电气设备等组成。桥架是起重机的基本构件。 双梁桥架由两根主梁和两根端梁组成。 端梁中间 一般带有接头，主梁有箱形、桁架等形式。在主梁上方铺有钢轨，供小车运行。 在两主梁的外侧装有走台，设有安全栏杆。在装有操纵室（驾驶室）一侧的走台 上装有大车运行机构。在另一侧走台上装有小车上所有电气设备

4、的宫供电装置， 如有滑触线、集电器和电缆线等。大车运行机构由电动机、制动器、变速器、传动轴、联轴节、车轮等组成。 大车运行机构的驱动方式可分为集中驱动与分别驱动两种。 集中驱动时， 只有一 套驱动装置装于走台中部， 驱动装置通过传动轴同时带动两个主动轮。 分别驱动 时，在走台两端各有一套驱动装置分别带动两个主动轮， 中间没有较长的传动轴。 分别驱动的优点是，由于省去传动轴，桥架自重较轻，安装和维修较方便，所以 大部分起重机采用这种驱动方式。操纵室又称驾驶室， 是装于传动走台侧主梁下方一端的一个吊舱。 在操纵室 内，装有大、小车运行机构、升降机构的操纵系统和有关装置。操纵室上方有通 向走台的舱口

5、。小车又称台车， 主要包括小车架、 小车运行机构和起升机构。 小车运行机构 用以驱动小车沿主梁上的轨道运行。起升机构用以吊起和放下物料。§ 1-3 通用桥式起重机的主要技术参数一、起重量（ Q）起重量是指起重机允许吊起的最大重量， 又称额定起重量， 通常以吨作单位。 各种起重机的最大起重量，须符合国家标准规定（ GB783-87）。二、跨度（ L）桥架两端车轮垂直中心线间的距离， 即大车轨道中心线间的距离称为起重机 的跨度， 以米做单位。 起重机的跨度是根据厂房的跨度确定的， 跨度值应符合国 家标准规定（ 790-65 ）。三、工作速度工作速度包括起升速度、 小车运行速度和大车运行速

6、度 （起重机运行速度） 。 中、小起重量的起重机，起升速度一般在 820米/分之间，A1A5工作级别的 取较低值，A6A8工作级别的取较高值。安装用起重机的起升速度一般在14米/分之间。小车运行速度一般在 3050米/分，跨度大的取较高值，否则取较 低值。起重机运行速度一般在 80120 米/ 分，过慢会降低生产效率，快则启动 和制动时的振动冲击大。四、工作级别根据国标规定（GB3811-83，起重机的工作级别，按照其利用等级和载荷 状态不同，分为A1A8八级。起重机的利用等级表示起重机被使用的频繁程度， 起重机的利用等级按其在 设计寿命期内总的工作循环次数（起吊的次数）分为十级（U0 U9）

7、。起重机的载荷状态表示起重机受载的轻重程度， 它决定于每次起吊的实际重 量及起吊各种重量的次数。起重机的载荷状态分为四级： Q1-轻级，表示很少起 升额定载荷；Q2-中级，表示有时起升额定载荷，一般起升中等载荷； Q3-重级， 表示经常起升额定载荷；Q4-特重级，表示频繁起升额定载荷。设计起重机时， 根据载荷状态和利用等级， 即可从国标中查知起重机的工作 级别。工作级别不同，对设计计算的要求不同。第二章 设计原则及基本资料§ 2-1 主梁的设计计算原则根据起重机设计规范（GB3811-83规定，主梁采用许用应力法计算。必须 进行强度、稳定性和刚性计算，并满足规定要求，计算时一般不考虑

8、材料塑性的 影响。对工作级别为A6、A7、A8级的主梁。应进行疲劳强度计算，并满足规定 的要求。许用应力法，即在强度计算中以材料的屈服限，在稳定性计算中以稳定临界 应力，在疲劳强度计算中以疲劳强度限除以一定的安全系数，分别得到强度、稳定性和疲劳强度的许用应力，构件的计算应力不得超过其相应的许用值。刚性要求是指结构在载荷作用下产生的变形量，不超过许用的变形值。 许用应力有载荷组合的类别及材料决定。§ 2-1 设计主梁的基本材料一、计算载荷设计中直接使用的载荷，称为计算载荷。由于起重机主梁受的外载荷很多， 在进行设计计算时无法完全考虑，也没有必要完全考虑，因此只选择与其破坏形 式有关的、

9、具有典型性的载荷作为设计依据，这种载荷通常称为计算载荷。作用 在主梁上的载荷有：固定载荷、活动载荷、水平惯性载荷等。（一）固定载荷。此类载荷按分布特点可分为两种。1、固定均布载荷。属于这类载荷的有：1）主梁自重（q'）（包括主梁、轨道、走台、栏杆等）。设计前参考同类产 品初步估计或由有关图表查出。2）集中驱动时，桥架运行机构产生的均布载荷（q'）可从有关图表查出。2、固定集中载荷。属于这类载荷的有：1） 操纵室重量（G）。通常GC'=1.3吨，作用点距梁一端距离为：Lc=2.8m。2）驱动部件重量（G',根据起重量查有关图表。注意集中驱动与分别驱 动的差别。集中

10、驱动时，G '作用于跨中，分别驱动时作用于主梁两端。大车运 行机构重量（集中驱动）见表 2-1所示。表2-1大车运行机构重量（集中驱动）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起重机运行时，由于轨道接头或不平，会使主梁受到冲击作用，相当于主梁在垂直方向增加了一个附加载荷。 在设计计算时须考虑该附加载荷的作用， 将

11、上 述各固定载荷均乘以大于1的系数，该系数称为运行冲击系数，用 K表示。K的 大小与运行速度有关，可由公式算出，或由表 2-2查出。表2-2冲击系数K运行速度（m/s）V 1.01.0 1.51.6 3.0> 3.0K1.01.11.21.3因此，计算固定载荷分别为：q=kq”，G=kG式中：q”= q'+ q'yG' = Gc'+ Gq'q'-主梁自重固定均布载荷；q'-桥架运行机构产生的均布载荷。Gc-操纵室重量引起的固定集中载荷；Gq'-驱动部件引起的固定 集中载荷（二）活动载荷活动载荷就是小车车轮作用在主梁钢轨上的轮

12、压。活动载荷包括小车自重和起重量两者作用的总和。另外，起重机的起升机构在启动和制动时，重物对主梁会产生一个垂直惯性 力的作用，在设计计算时，考虑重物惯性力的作用，将起重量乘以大于1的系数， 该系数称为动力系数，用 表示。的大小与工作级别有关，可由表 2-3查出。表2-3动力系数值工作级别A4 （轻级）A5仲级）A6 （重级）1.11.21.3因此，计算活动载荷，即小车车轮的计算压力为:R=PX+ Po=G/2+ Q/2Px小车自重引起的车轮压力。Po起重量引起的车轮压力。（三）水平惯性载荷桥架运行时的起动和制动，将使主梁受水平惯性力的作用。水平惯性力由两 部分组成，如图2-1所示。其一是带载小

13、车引起的，小车上挠性悬挂着的起升质 量按与起重机刚性连接对待，它以集中力的方式作用在跨度中间， 通过小车轮与 轨道侧向接触传给主梁。其二是桥架质量（主梁自重）引起的，以均布载荷的方图2-1水平惯性力示意图惯性力的大小，按质量与运行加速度乘积的1.5倍计算，“ 1.5 ”倍是考虑驱动力突变产生的动力效应。加速度可由桥架运行速度及加（减）速时间算得， 加（减）速时间如表2-4所示。表2-4桥架运行速度及相应的加（减）速时间运行速度（米/秒）2.521.610.63力卩（减）速时间（秒）6.35.6543.2水平惯性力的最大值不应大于主动车轮与钢轨间的摩擦力。该摩擦力为：F=卩P驱式中：卩一一车轮与

14、钢轨间的滑动摩擦系数。P 驱一一作用于驱动车轮上的总压力。通常取卩=0.14 - 1/7 ,因此作用在两根主梁上的最大水平惯性力为 P'惯=1/7P 驱。作用在一根主梁上的水平惯性力为：P'惯=F/2=1/14P驱在实际计算中，取P'=1/10P驱。（四）扭转载荷当确定扭转力矩时，须要考虑扭转载荷。扭转载荷包括以下几部分。1、悬臂作用的垂直载荷，如平台自重、桥架运行机构、滑线自重等。2、水平惯性载荷。3、钢轨与主梁轴线有偏差时产生的偏心作用的垂直载荷。二、载荷组合不同载荷同时对主梁起作用时，称不同载荷的载荷组合。作用在起重机主梁 上的各种载荷，并不是同时出现的，在设计时

15、考虑各种载荷出现的机率， 按最不 利的情况，将载荷进行组合，进行计算，按许用应力法进行设计计算时，载荷组 合有两种，如表2-5所示。表2-5桥式起重机主梁的载荷组合'-组合类型 载何种类-In垂直载荷桥架自重G+qK(G+q)小车自重PxPx起升载荷'Pq等Pq水平载何小车起、制动的惯 性载荷=( +1) /2FQ等=0等/2=等/2=Q额Q第I类载荷组合是用于进行疲劳强度计算的， 该类组合为大车不动，小车位 于所规定的位置起升或下降重量。第U类载荷组合是用于进行静强度计算的， 即 进行强度和稳定计算的，该类组合为小车位于跨度中部满载下降制动， 同时大车 平稳制动。刚度计算时，

16、不考虑水平惯性载荷。三、主梁材料及许用值主梁一般采用普通碳素结构钢 A3、C3或普通低合金结构钢16Mn 15MnTi 等材料。A3钢的（T s为24公斤/毫米2,16Mn的c s为35公斤/毫米2。许用应力由材料和计算载荷组合决定，对U类载荷组合可由表2-6计算。表2-6安全系数和许用应力安全系数拉、压、弯许用应力剪切许用应力挤压许用应力n n=1.5C n=c s/1.5T n = C n/ 错误！ 未找到引用源。C c n =1 .5 C n疲劳许用应力按下式计算：rv 0时，c=1.67 (T-i"(1-0.67r);r >0 时，c r=1.67 c -i/1-1-(

17、c -J/0.45 c brr为应力循环特性，决定于验算部位在第I类载荷组合作用下产生的最大应 力及最小应力。c-1为疲劳许用应力的基本值，即r=-1时的疲劳许用应力值。 c-1可由表2-7查出。表2-7疲劳许用应力基本值c -1 (N/mrn)接头形式材料工作级别A4A5A6对接焊缝，力的方向与焊A3158.3126100缝垂直16Mn158.3126100筋板用双面角焊缝与腹A31139071.4板连接16Mn1139071.4桁架节点各杆件用角焊A367.95442.8缝连接16Mn67.95442.8c为材料的抗拉强度，对 A3钢取 c=380N/mm2,对16Mn取c=500N/mm

18、2。起重机的刚性要求一般分为静态和动态两方面。对一般的起重机不校核动态 刚性。静态刚性，指当满载小车位于跨中时，主梁(主桁架)由于额定起升载荷 的小车自重在跨中引起的垂直静挠度 (不考虑动力系数及主梁自重)。工作级别 为A5及A5以下的起重机，许用挠度f=L/700 ;工作级别为A6的起重机， f=L/800 ;工作级别为A7、A8的起重机，f=L/1000 。构件的许用长细比入如表2-8所示。表2-8构件的许用长细比入构件名称许用长细比入受压杆受拉杆主桁架弦杆120150主桁架其余杆件150200所有其它杆件250350焊缝的许用应力亦可从表2-9中查出表2-9焊缝的许用应力焊缝种类压力种类

19、符号自动焊或严检手工焊对接拉、压c bc 对接及角焊缝剪切T bc /2c 为构件材料的基本许用应力第三章主梁的内力计算§ 3-1 求支座反力一、固定载荷引起的支座反力主梁载荷计算图如图3-1所示图3-1主梁载荷计算图 固定载荷(q、G、G)引起的支座反力为：Qe=QI/2+ Gq/2+ Gc( L-Lc) /L二、活动载(R)引起的支座反力为：RB=R(L-t i-x)/LR小车轮压的合力11合力距左轮压距离三、总支座反力R= Rab+ RAF=qL/2+Gq/2+ Gc (L-Lc) /L+ R(L-t i-x)/L§ 3-2 求剪力一、固定载荷产生的剪力固定载荷在X截

20、面上产生的剪力包括三个部分。1、由 q 产生的剪力：Qq=RAq-qx=qL/2-qx (Ovxv L)2、由Gq产生的剪力Ov Xv L/2 时QGq= RAGq=-Gq/2L/2 v Xv L 时QGq=- RBGq=-Gq/23、由Gc产生的剪力0vXv Lc 时Qc= Rac=Gc ( L-L c) /LLxvXv L 时Qc=-Rb=- Gc Lc/L二、活动载荷产生的剪力Q= RAR=R(L-t1-x)/L三、总剪力Q = Qq+Qq+Q+Q计算总剪力时，应考虑不同X分段上各剪力的计算公式不同，并注意各部分 剪力的正负号可能不同。5Lctt2Gqq/,1 .,I dlK亠 L/2L

21、'2AF IF<1pRb各剪力分布如图3-2所示。Raql2ql：G<2GJQ：G-LL图3-2 主梁内力图§ 3-3 求弯矩一、固定载荷在 X 截面产生的弯矩 它也包括三个部分。1、由 q 载荷产生的弯矩22Mq=RAqX-qx2/2=qLx/2-qx2/2 令 dM q/dx=QL/2-qx=0 得 s=L/2 代入 Mq 式，则 M qmax=ql2/82、由 Gq 载荷产生的弯矩0< x L/2 时，M Gq=RAGqX=GqX/2L/2 V X WL寸，MGq=RBGq ( L-X ) =Gq ( L-X ) /2当 x=L/2 时，Mq最大，MG

22、qma=GL/43、由 Gc 载荷产生的弯矩0W X Lc 时，Mc=RacX=Gc ( L-Lc) x/LLcVxWL 时，Mc=Rbc (L-X) =GcLc ( L-X) /L当 X=Lc 时，Me最大，McmaX=GcLc ( L-Lc) /L二、活动载荷在 X 截面产生的弯矩MR=RARX=R(L-t1-X)X/L;令 dMR/dX=RL-Rt1-2RX/L=0得 X=( L-t1)/2即活动载荷引起的最大变矩产生在此截面上。 在进行强度计算时， 可近似认为它 作用在跨度中部Po将x= ( L-t1 ) /2代入Mr式，贝U M RmaX= R(L-t1)2/4三、X截面上的总弯矩M

23、= M q+MGq+Mc+M R计算总弯矩时，须考虑不同X分段上各弯矩的计算公式不同，并注意个弯矩 的正负号。主梁各弯矩分布如图 3-2 所示。§ 3-4 求最不利载荷位置及绝对最大内力 由剪力公式及剪力图看出，当 X=0 时，即小车的 P1 车轮处于左支座上时， 主梁截面上的剪力最大，产生剪力的载荷最不利位置X0=0，绝对最大剪力为QmaX=ql/2+Gq/2+Gc (L-Lc)/L+R(L-t1)/L产生弯矩的载荷不利位置Xm可用以下方法求出：求dM/dx,令dM/dx=0，即可求出Xm。将Xm代入求M公式，即可得到绝对值最大弯矩 MU。§ 3-5 求水平惯性载荷所引起

24、的水平弯矩 计算水平方向的弯矩时， 可以认为桥架是一个超静定钢架结构， 从而推出水 平弯矩计算式。作为简化计算，水平弯矩按下式求出：M s=0.1MM 为由固定载荷与活动载荷产生的总弯矩第四章主梁截面设计及强度、刚度验算§ 4-1、截面尺寸的基本比例箱形梁的截面设计5B'42B6图4-1箱形截面梁基本尺寸主梁的典型结构如图4-1所示。主梁截面的主要参数须通过设计计算确定。 设计时先计算梁的高度，然后确定其它尺寸，计算截面几何特性，进行验算。这 样，经过多次适当的调整，直至最后验算合格，确定全部尺寸。设计过程中，为 使所确定的截面能基本满足各项要求，减少设计的多次反复修改，确定

25、截面各参数时，尽量使其符合以下关系。1、高度h/L=1/4 1/8小跨度时取较大值，大跨度时取较小值。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减高距离 Lo=（1/51/10）L,通常23cm。3、腹板间距B0/L=1/50 1/604、翼板宽度手工焊时，B=Bo+2(1O+ f)自动焊时，B=Bo+2(2O+ f)5、翼板厚度，腹板厚度A3 钢时，/Bi> 1/6016Mn 钢时，fg/Bi> 1/50翼板最小厚度为6mm腹板厚度为：当Q< 50t时，f=68mm当 Q=75100t 时，f=810mm6、加筋距离端部入=1

26、 1.2) hf中部入=1.21.5) hf通常入w 3m二、主梁高度的确定1、按刚度条件计算梁的高度图4-2 主梁载荷图主梁受力情况如图4-2所示。在载荷作用下，梁跨中的最大挠度可按材料力 学中的公式计算。Gc产生的挠度fc=Gc ( L-Lc) L2-(L-Lc)23/2/9错误！未找到引用源。EJxL其它载荷产生的挠度：f 它=(R+Gq) L3/48EJx+5qL4/384EJx=L2(4Mp+5Mq)/48EJx 式中 Mp= (R+Gq) L/42Mq= qL /8根据刚度条件：f=fc+f它W f初步计算可忽略fc,则f= f它W f将Jx=Mmaxh' /2代入刚度条件

27、式，即可得到：h' =(T &24EM max f (5Mq+4Mp)2、按强度条件计算梁的高度h，=， Mmax错误！未找到引用源。Vfl从上式可知，为了求出梁的高度，必须先选出f。因为f对各种梁来说变动 范围较小，所以不难确定。计算后如果h'Sh',取h'作为梁的高度，既能保证强度要求又能保证刚度 要求。如果h'Nh',且相差不大，取h'作为梁的高度，但如果相差太大，须要根据刚度的最经济条件再算一个高度3、计算按刚度条件的最经济高度2h' =0.01 3 (5Mq 4Mp)L错误！未找到引用源 X48® f如

28、果算得的h'在'h'与h'中间，就采用h'作为梁的高度。这时从强度观点 来看，不是最经济的。三、确定梁截面的其它尺寸1、计算梁的截面惯性矩2Jx=M maxL /48Ef （ 5Mq+4Mp）2 、计算腹板的惯性矩Jxf=hf乍f/12（ f已知,hf 取为 0.970.98h）Ff=2 f X hf3 、计算翼板惯性矩及尺寸Jxg= Jx-Jxf2Fg=4Jxg/h2Jxg=Fgh /42=B fh /4F g1=F g/2由参数关系可选得B。、B、f1，从而得hf。一般24mm。四、确定梁跨端的截面尺寸按所推荐的主梁主要参数关系确定。五、计算梁截面的

29、几何性质根据材料力学方法，精度计算所设计主梁截面的惯性矩及截面抗弯模量。§ 4-2 主梁的强度验算由于确定梁的截面时，有许多的近似计算，因此进行强度、刚度验算是绝对 必要的。验算全部合格后，再进行下一步的设计工作。一、验算最不利载荷位置截面的最大正应力c = max/Wx+M smax/Wy W cWx、Wy分别为截面对X轴和丫轴的抗弯模数二、验算支座处截面上的最大剪应力主梁截面上的最大剪应力在腹板中P，按下式验算。T =GfexSxD/JxD2 fW cSxD端部截面对X轴的静矩SxD=2hfD f/2 hfD/4+B f （hf°/2+ f/2）JxD端部截面对对X轴的

30、惯性矩支座处的剪应力也可按平均剪应力验算T=Qmax/2hfD ff V t三、验算变截面处的复合应力如果是变截面梁，尚须进行变截面处腹板端部的复合应力验算。c F=错误！未找到引用源。W 1.1 c 式中，C=M xbmax/Wxb+ M ybmax/WybT=QbmaxS/J<b 2 fMmax为变截面处的最大垂直总弯矩，等于各固定载荷及活动载荷在该截面产 生的最大弯矩的总和。M bmax=M bq+ M bGq+ M bc+ M bRmaxM yb为变截面处的最大水平惯性弯矩M sbmax= 0.1M bmaxWxb、Wyb分别变截面处的截面抗弯模数。Qbmax为变截面处截面上的最

31、大剪力，等于各固定载荷及活动载荷在该截面产生的最大剪力之和。(Qma>=Qq + QGq+Qc+QRmaxS为腹板端部一侧截面对截面中性轴的静矩S=b阳(hbf+心)/2考虑到折合应力仅作用于梁的局部，对梁的危险性较小，故将其许用值加以提高§ 4-3 主梁的疲劳强度计算按设计规范规定，只对A6、A7、A8级的结构件进行疲劳强度计算。计算时 按第I类载荷组合进行。进行计算的部位，由实际情况确定。通常将下述两个部 位作为疲劳计算点进行计算。(1) 横向筋板焊缝端部腹板处(2) 下盖板对焊缝对接缝和附近金属疲劳强度计算按下式进行：对(1)，c主=c /2+错误！未找到引用源。 (T

32、pc主主拉应力；c p为疲劳强度许用应力c、T为第I类载荷组合下，该处的应力。对(2)，c maxC c PC max为验算疲劳强度的计算应力，即该验算部位在第I类载荷组合下产生的 最高应力。c max可按以下顺序进行计算。确定载荷：Rx小车重产生的轮压 P10额定起重量产生的轮压q'梁身自重计算轮压：Rl =Px+ © ' Pl0d第I类载荷组合，用等效起重量计算，Pio为等效起重量 Q等效产生的轮压。Q= © dQPl0d= © dPi式中© d见表4-1所示。表4-1 © d数值表中级重级特重级焊接板结构0.750.850

33、.9焊接桁架结构0.70.80.85式中 ©'系数© ' =1+ ( © -1 ) /2( ©为动力系数)同理 P 2I =P?+ © ' P20d内力计算：活动载荷引起的弯矩； 最大弯矩(Pl > P2)M max= B P21 L式中：B =1/4 1-b/L 1/(1+Pii/P21) 2 (I+P11 /P21)最大弯矩截面位置(距支座 A距离):Z=Pii +F2i (1-b/L) L/2(P 11+P21)梁自重引起的弯矩M=qL2/8应力计算：(T ma= 艺 M/W4 ( ML+M) /WX许用应力

34、可按以下顺序进行计算。T p= T 0p/(1-kv)r=T min/ T max验算部位应力比值t min当空载小车位于L/4时，验算处应力.计算时先求出RA,算出M,即可算得CT min 0t 0p r=0 时的许用应力T 0p和系数K可查表4-2得至叽表4-2 t 0p和K值表验算部位接头特性A316MnT 0Pkt 0pk等厚板横向 对接焊缝及 附近金属焊缝不加工11000.6012500.65经机加工15000.5518000.60腹板横向加 筋板端部处 的附近金属(验算王拉 应力)手工焊11000.6012500.65§ 4-4主梁的刚度验算验算主梁在满载小车轮压作用下，

35、跨中产生的最大垂直挠度。可按下式计算： fmax=R' L-b2(3L-b)/2/48EJx< f其中b为小车轮距也可用下式进行近似计算： fmax=R'L/48EJxW ff根据工作级别确定。§ 4-5 钢轨选择及上翼板应力验算一、钢轨选择及局部弯曲应力计算1、钢轨选择起重机小车常用铁路钢轨，大型起重机除采用铁路钢轨外，还采用QU型起重机专用钢轨。选择钢轨时，先算出小车轮的最大计算轮压(考虑动力因数及小车自重)，见图4-3所示。由最大计算轮压即可从下表中查得小车轮直径及钢轨型号，由钢轨型号即可从手册中查得截面尺寸及截面几何性质，见表4-3所示。图4-3轮压计算

36、表4-3小车轮的最大许用轮压(吨)车轮直径轨道型号工作级别P 计 max车轮材料轻3.3D250轻11中2.67ZG55重2.38轻4.18轻18中3.49ZG55重2.99轻14.1D350轻24中11.8ZG55重10.1轻16D400重38中13.4ZG55重11.4轻19.8D500重43中16.5ZG55重14.15轻24.6D400重43中22.665Mn重19.42、钢轨正应力验算c轨=-N）入o/5W 轨w c轨P2式中,c轨为钢轨的许用应力。对轻轨：c轨=2300公斤/厘米对重轨：c轨=2800公斤/厘米N为由钢轨传到翼板上的部分计算轮压当BiW入0时，N=P/(1+96K

37、' J 轨 B2/ 入 03 S gi3)当Bi 入0时，N=P/(1+96K ' J 轨/ 入 03S gi3)B为两腹板垂直中心线间的距离。J轨为钢轨的惯性矩，可根据钢轨型号从表 中查出。K'为系数，可从表4-4中查出。表4-4系数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钢轨应力验算，也可按下式进行c轨=P入o/6W轨w c轨 二、上翼板局部弯曲应力计算 主梁上翼板在计算轮压的作用下，将沿梁的纵向和横

38、向产生局部弯曲正应 力。纵向应力：c 2=k2N/ S gi2 横向应力：c x=k3N/ S gi 上翼板中除局部弯曲正应力外，还有梁整体弯曲正应力，上翼板应按折算 应力验算。c上=错误！未找到引用源。w c 式中。 c 为整体垂直弯曲正应力。k2, k3为系数，可由设计手册中查出。由本节内容可知，短筋板间距入。应根据钢轨应力和上翼板计算应力两个条 件来确定。ATr-rr第五章加筋设计及稳定性计算§ 5-i 关于加筋设计的有关规定 在钢结构设计规范中，对梁上的加筋设置有以下规定：1、 当hf/ S fw 80错误！未找到引用源。时，无局部压应力的梁不设置加筋 即可保证腹板的局部稳定

39、性，有局部压应力时须布置横向加筋。2、 当80错误！未找到引用源。V hf/ S f w 170错误！未找到引用源。时, 则应设置横向加筋，并计算其腹板的局部稳定性。3、当hf/ S f > 170错误！未找到引用源。时，除须设置横向加筋外，并在受 压区设置纵向加强筋，同时须计算腹板的局部稳定性。此外，规范还给出了计算腹板局部稳定性的简化算法。§ 5-2 加筋的设计计算一、加筋位置的确定（一）当梁只须设置横向加筋时，横向加筋间距的确定。横向加筋的间距由下式确定：最大剪力处：错误！未找到引用源。最大弯矩处：错误！未找到引用源。式中：ki，k2，k3，k4为系数，可由表查得。箱形梁

40、设计中，可取 ki=712， k2=700, k3=21, k4=2362。t为梁内最大剪力处的平均剪应力，t =max/hf 6（7为梁内最大弯矩处腹板边缘弯曲压应力（7 =Mbax/Jx上两式应同时满足。当按上述计算所得值大于 2hf或为负值时，取入w 2hf。 一般入 > 0.5hf，入 w 3m。对变截面梁，端部变截面区段内的入按上述剪力计算，hf取为该区段腹板的 平均高度。不变截面区段，按上两式计算，t取两区段交界处腹板平均剪应力。（二）当梁的腹板须同时用横向加筋和纵向加筋加强时，加筋位置的确定。1、纵向加筋至腹板受压边缘的距离hi= 1120 f错误！未找到引用源。W +叭式

41、中应力单位用MPahi值应取为hf/4hf/5。当算得hi小于hf/5时，必须在腹板受压区设置短加 筋。2、横向加筋间距的确定设置纵向加筋后，横向加筋间距依据纵向加筋至腹板受拉边缘之间腹板不失 效来设计。入=错误！未找到引用源。若算得入> 2h2或入为负值时，取入w 2h2。加筋也可以按照经验公式确定：跨中：0.5hfW /w 2hf 或 心（1.21.5） hf 跨端：启（11.2） hf（三）短加筋间距的确定当梁是有集中载荷时，须设置短横向加筋。短横向加筋的间距 入0,由钢轨 及翼板的局部弯曲应力条件确定，一般 入0W（4050） 6 J （即入0可由上述应力 条件确定）。二、加筋尺

42、寸的确定横向大加筋高度应满足bj>错误！未找到引用源。一般规定筋板宽度b=B。横向加筋厚度应满足6 j> bj/15，同时应满足上端部所受的挤压应力条件（即 6 j可直接由上式选出，然后验算其上部挤压应力，也可从挤压应力条件求出）。短筋板高度，由短筋板局部弯曲应力条件决定，可由该条件求出，或按经验 选出进行验算。一般在须要设置纵向加筋的梁上，短筋板咼度为hi ,h1（ 1/41/5） hf。在不须设置纵向筋板的梁上，短筋板的高度取 0.3hf，厚度与S j同。一般规 定 S j=510mm。加筋断面之挤压应力应满足以下条件。挤唱错误！未找到引用源错误！未找到引用源。"式中

43、，l=b轨+2S gi, b轨为钢轨底部宽度，可由手册查出 短筋的高度应满足其承受的弯曲应力要求。cj=M/WJW （T 式中，M为短加筋所承受的弯矩。M=RBo/6。W为短加筋计算截面的截面模 数，其计算截面为T字形，如图5-1所示。图5-1短加筋的计算截面纵向加筋多采用角钢、槽钢等，其截面对腹板垂直轴的惯性矩应满足：Jyi> （2.5-0.45错误！未找到引用源。）（错误！未找到引用源。）务S f3 （错 误！未找到引用源。）Jyi> 1.5hf S f3 （错误！未找到引用源。）y' -y '轴的位置，如图5-2所示。图5-2纵向加筋横截面§ 5-3

44、主梁稳定性验算一、整体稳定性验算根据钢结构设计规范规定，对筋形简支梁，符合下列条件时，不计算梁的整 体稳定性。厂(A3)95h/boW 10 且 L/bo> 斗65（16 Mn）一般桥式起重机主梁均能满足以上要求，如不能满足，须按下式进行验算：（7 =错误！未找到引用源。< c 式中© W为整体稳定性系数，可由设计规范中查出。二、腹板局部稳定性验算安置加筋后，对被横向加筋隔开的，上盖板或纵向加筋以下的腹板区间， 应 进行局部稳定性验算。通常应选支座处（腹板受剪应力最大，弯曲正应力趋于零）， 跨中处（腹板受正应力最大，剪应力趋于零）及距支座 1/4跨度处（腹板受弯曲 正应力

45、和剪应力作用）三个部位进行验算。当几种应力同时作用时，腹板局部稳定的工作条件可用下式表示。r：20 ° 1o式中7、7 c、T分别表示作用的弯曲正应力，横向压应力和剪应力， 分别表示7、7 c、T单独作用时的临界应力弯曲正应力单独作用时，7 cr=715 （错误！未找到引用源。）2o当 时，腹板不会局部失稳，因为梁在工作时各部分的应力都小于剪应力单独作用时，T cr=123+错误！未找到引用源。（错误！未找到引用 源。）：当T cr > T s时，腹板不会局部失稳。如 入V hf，式中入、hf位置互换 横向压应力单独作用时，7 cr.c=C （错误！未找到引用源5-1查出。当7

46、 cr.c > 7 s时，腹板不会局部失效。总F或7 cr.c > Cc，其中F = P1,为系数，可取1.35 o°fZ'+二）+ （） <1GcCT c、CT cr、CT cr、 T cr。当 7 cr驴7 sCT soX crCT cr.co）2,系数可由表Z=hf/2。此时强度I不满足要求，但刚度满足要求，主梁跨中不失稳。表5-1系数G值入/hf0.50.60.81.01.21.41.61.82.0C792640461354274229199180166受压翼板的局部稳定性验算对箱形截面主梁，当腹板中心距 B与受压翼板厚度之比满足下式要求时, 可不考

47、虑受压翼板的局部稳定性。否则须在受压翼板上设置纵向加筋。对 A3, B/ S g1< 60对 16Mn B1/ S g1< 50第六章 焊缝及焊接接头的设计与计算§ 6-1 焊缝的设计计算一、翼板焊缝翼板与腹板链接的焊缝在翼板焊缝中，存在着正应力C和剪应力T o C是焊缝随母材变形而产生的， 顺着焊缝方向，因此它属于结合应力，在计算 Q产生的，对构件骑着破坏作用， 因此它属于工作应力，计算时要特别注意。在受固定集中载荷或受移动集中载荷作用的梁中， 翼缘焊缝中除存在上述两 种应力之外，还存在局部剪应力。局部剪应力是由作用在翼缘焊缝上的局部压力 在着力点处产生的，对构件起着破

48、坏作用，因此它属于工作应力。为了保证主梁的安全工作，翼缘焊缝应设计成连续的角焊缝。间断焊缝虽然 残余变形可能稍小， 但由于不能使用自动焊， 且有较为严重的应力集中， 所以不 宜采用。翼缘焊缝通常采用不开坡口的单面焊， 为了提高焊缝的质量和生产效率 常采用埋弧自动焊和气体保护焊。翼缘焊缝承受由翼板传至腹板的剪力。 对不开坡口的翼缘焊缝的强度，按下 式计算：t c=Q S/J x 2Ko式中Q 所计算截面上的剪力。S 翼板截面对整个截面中性轴的静矩。J x整个截面对其中性轴的惯性矩。K o角焊缝计算高度（厚度），可取为0.7K （焊脚尺寸）。翼缘焊缝内的剪应力，在大多数情况下比许用应力小得多。亦可

49、按平均应力 初步验算。对受移动集中载荷的箱形梁， 如轨道不直接压在腹板上， 而是通过筋板传递 压力时，可不考虑局部剪应力。翼缘焊缝通常取为K= （0.61） S f，不大于S f，但S f v 4mm寸，K不得小 于 4mm。二、筋板焊缝一一筋板与腹板、翼板的焊缝 在一般情况下，筋板焊缝受力不大，不必进行强度计算。虽然受力不大，但 通常都设计成连续焊缝， 这样可提高腹板的稳定性。 为了避免在受拉翼板上引起 应力集中，危害结构强度，筋板和下翼板可不用焊缝焊接。筋板焊缝的焊脚常取翼缘焊缝的一半，即 K= （0.40.5 ） S f > 4mm§ 6-2 主梁的对接接头设计一、焊接板

50、梁对接接头的种类 在焊接梁中，梁的对接接头可分为三种。1、工艺接头由于原材料长度不够而用于接常的对接接头。2、构造接头用于沿梁长度上改变梁的横截面的对接接头。3、安装接头一一为了便于安装和运输，在工地上进行连接的接头二、焊接板梁对接接头的计算方法 设计时可按下列两种方法之一进行计算1 、 根据已知的弯矩大小，进行强度计算。（T =MY/J< （T '2、根据等强度要求，进行强度计算。M=c W按第二种方法设计时，焊缝所能承担的弯矩 M与母材料能承担的弯矩相等， 所以接头的位置可以布置在梁的任何截面中，设计时不必顾及接头的位置。三、接头设计对工艺接头，为了充分利用材料，在设计时无法

51、预先确定其固定位置， 因此 采用第二种计算方法，即等强度计算方法比较方便。构造对接接头和安装对接接 头，在设计时是可以严格规定的，所以用第一种方法和第二种方法均可。 如果接 头是在最大弯矩区域内，这两种方法便无区别了。安装对接接头，通常安排在受力较小的位置处，并且设计成通用接头，即梁 的全部构件都在同一横截面上进行对接，如图 6-1所示。这种接头的接口平齐， 便于运输。安装对接接头是在工地焊接的，质量难以保证，往往须要加强措施。图6-1通用式对接接头图6-2 阶梯式对接接头工艺对接接头，设计成通用式的较少，在大多数情况下，把焊缝相互错开， 设计成阶梯式对接接头，如图6-2所示，这样可以减小应力

52、集中。如对接处(T < (T 则工艺接头应当采用直线焊缝，如果c> ct'则可设计成45°的斜焊缝，以求达到等强度。一般说采用斜焊缝是对受拉翼板说的，受拉翼板和腹板是不必要 的。直线焊缝的对接接头是最合适的， 但焊接质量必须得到保证，须采用自动焊 或优质焊条手工焊。斜焊缝，非必要时最好不用。设计构造对接接头时，要特别注意避免应力集中。将筋板焊在对接接头上是 错误的，它不仅使焊缝集中，而且无法进行焊缝的检验。对接接头的形式与尺寸可查GB98 80及其它资料。第七章起重机主桁架的计算§ 7-1起重机主桁架的一般比例如图桁架的一般比例7-1所示。图7-1 主桁架的一般比例（1）为了计算和校核方便，桁架的上弦杆，下弦杆，斜杆和竖杆均分别给 予不同的符号。（2）为了减少上弦杆的局部弯曲力矩，一般下弦杆的节距为上弦杆节距的 两倍。（3）上弦杆的节距都是偶数，一般在 1016之间，入=H,上弦杆的节距都相等，只是在最末的两个端点，为了满足厂房跨度的要求，才经常使入（4） H=（1/161/