起重机械金属结构

1、起重机械金属结构教材：起重机械金属结构，陈玮璋主编，人民交通出版社，1995主要参考书：1.起重机设计规范，GB 3811-83，中国标准出版社，19842.，徐克晋主编，机械工业出版社，19933.钢结构设计规范，GBJ 17-88，中国计划出版社，1989 4.Edwin H.Gaylord 5.Chailes G.Salmen,John E.Johnson 1绪论结构 能够承受载荷的构件。 由以上定义可知，结构件一定是几何不变系统。注意几何不变系统和几何可变系统，与静定系统和超静定系统之间的区别。 根据组成结构的材料不同，可以分为土木结构、石材结构、钢筋混凝土结构和金属结构（绝大多数意指

2、钢结构）。 20.1金属结构概述金属结构的一般定义 金属结构是由型材、板材、铸件和锻件等金属制件，通过一定的连接手段所制成的并满足一定使用要求工程结构。 型材包括：角钢、槽钢、工字钢、圆管等。 连接手段有：铆接、焊接、螺栓连接（普通螺栓和高强度螺栓）和铰轴连接等。 30.1金属结构概述二、金属结构 的特点自重轻；工业化程度高；维护使用费用高。三、金属结构的应用范围土建中-钢筋混凝土化工-容器水电闸门、铁塔海洋工程钻井平台国防-导弹发射架40.2在起重机械中的应用一、例子桥式起重机50.2在起重机械中的应用2龙门起重机60.2在起重机械中的应用3.装卸桥70.2在起重机械中的应用4.门座式起重机

3、80.2在起重机械中的应用5.塔式起重机90.2在起重机械中的应用二、金属结构构件的分类根据基本元件的特点分为：杆系结构和板式结构，或者称之为格构式结构和实腹式结构。根据基本元件之间的连接特点分为：铰接、刚接和混合连接。根据外力与结构的几何位置关系：平面结构和空间结构。根据结构件的功能分：门架、转台、底架（盘）、臂架、象鼻梁等。100.2在起重机械中的应用二、金属结构构件的分类根据结构件的受力性质分： 轴心受力构件力作用线通过机构截面的几何中心线。只受轴向载荷。又可细分为轴心受拉和轴心受压。 受弯构件承受横向载荷的作用。承受弯矩。 偏心受力构件力作用线不通过截面的几何中心，有一定的偏心。既受轴

4、向载荷又受弯矩载荷。110.2在起重机械中的应用三，金属结构的设计内容总体设计（确定几何尺寸、结构形式）确定计算力学模型载荷计算和载荷组合内力分析（结构力学和有限元)验算（强度、刚度、稳定性）构造设计（细部设计）连接计算120.3起重机金属结构的基本要求和发展方向一，起重机工作特点 载荷的特点冲击、动态、变化、周期和间歇载荷二，基本要求 使用上安全、可靠、耐用和便于维护保养。 经济上重量轻、造价低、便于制造、安装 高级要求外形美观协调。130.3起重机金属结构的基本要求和发展方向三，发展方向1. 新的设计理论和计算设计方法。 传统的方法许用应力法 现代设计方法极限状态法、优化法、可靠性设计法、

5、损伤容限法等。2. 改造和创造新的结构型式3. 改进制造工艺4. 合理应用新的优质新型材料5. 标准化系列化6. 大型化14第一章 金属结构材料了解组成结构的材料特性要求。学习掌握的重点常用结构钢的性能指标表示方法结构材料的选取原则151.1金属结构对材料的要求和常用材料一，应满足的性能指标1，力学性能 较高的屈服极限或抗拉强度极限 较高的伸长率（塑性） 保证一定的冲击韧性2，加工性能 优良的焊接性能 冷作加工性能161.1金属结构对材料的要求和常用材料二，常用的结构材料 碳素结构钢、普通的低合金钢 钢材与铝材的主要区别 两者强度接近，但铝材重量轻，弹性模量低，热膨胀系数大，可焊性差，价格贵1

6、71.2钢材的性能及影响因素一，钢材的力学性能1，单向拉伸条件下的性能 a，强度特性 弹性极限e 屈服极限s 强度极限b 比例极限p181.2钢材的性能及影响因素材料进入屈服限时，材料的本构关系已经不稳定了。所以起重机设计规范规定，以材料的屈服限作为结构强度的控制应力强度抗力指标。对于没有明显屈服限的钢材，以名义屈服限0.2考虑（即卸载后残余应变0.2%时的应力）。 屈强比（s/b）表征材料局部抵抗超载能力的指标。其数值越大，抵抗超载的能力越小。191.2钢材的性能及影响因素结构的基本许用应力拉伸、压缩和弯曲的许用应力当 时，当 时，其中：n与载荷组合有关的强度安全系数。B类载荷组合时为1.3

7、4.剪切许用应力挤压许用应力201.2钢材的性能及影响因素b，塑性特性伸长率：(l1-l0)/l0 x 100%l/ l0 x 100%断面收缩率：(A0-A1)/A0 x 100%A/A x 100% 回弹性和韧性：吸收弹性机械能和机械能的能力。材料的剪切应力-应变曲线类似于拉伸应力曲线，不同为直线段的斜率为G剪切弹性模量。其与弹性模量、泊松比之间的关系：G=E/（2（1+）211.2钢材的性能及影响因素2，复杂应力状态下的性能对于理想弹性体，von-miss强度理论221.2钢材的性能及影响因素讨论 由折算应力计算公式可以看出，多向应力状态，材料强度发生变化。同时实际情况还表明，塑性和韧性

8、也会发生变化。特别是在三向拉应力状态下，材料的塑性几乎为零。所以应尽量避免出现三向拉应力状态的出现。231.2钢材的性能及影响因素3，疲劳性能在交变应力作用下，经过多次循环，在低于强度极限或屈服极限的载荷作用下，发生的突然破坏。疲劳破坏的特征：（1）交变载荷作用。（2）多次应力循环 （3）低于材料强度极限或屈服极限（b或0.3Nm/mm2。251.2钢材的性能及影响因素新规范规定为使所选构件材料具有足够的抗脆性破坏的安全性，应根据影响材料脆性破坏的条件来选择钢材的质量组别，影响因素有：纵向残余拉伸应力与自重载荷引起的纵向拉伸应力联合作用。构件构件材料的厚度工作环境的温度评价的计算方法（见规范P

9、181P182）261.2钢材的性能及影响因素二，钢材的加工性能 包括切割、切削和弯折和焊接。与结构设计有关的：1，冷弯性能表征钢材在常温下承受弯曲的能力。 衡量的指标：弯曲角度和弯曲半径与钢材厚度的比值。 在材料出现裂纹前，弯曲角度大，比值小，冷弯的性能能就好。 通过冷弯试验不仅可以检验冷弯成型的能力，还可以观察材料的塑性好坏及钢材的部分微观组织（颗粒度的大小、非金属杂质情况等）271.2钢材的性能及影响因素2，焊接性能在一定焊接工艺下，焊缝及其相邻的基本金属的抗裂性能和焊后性能（强度、塑性、硬度、冲击韧性和冷弯性能等）的好坏。衡量指标：碳当量。经验值：Ceq0.45%时，焊接性能好。281

10、.2钢材的性能及影响因素三，性能的影响因素1，化学成分C增加，b、s增加，HB增加，、k下降，冷弯性能、焊接性能下降。Mn增加， b、s增加， HB增加， 、k持平，过多焊接性能下降。S增加，材料变脆k下降。P增加，冷脆增加所以材料中P、S的成分越少越好。291.2钢材的性能及影响因素2，冷加工的影响应变硬化冷拉、校直、弯曲机械剪切等，都会产生塑性变形。从而使材料的s增加，HB增加，、k下降。应变时效经过应变硬化的钢材，在常温下放置一段时间后，钢材的s进一步增加，HB增加，、k下降的现象。牢记：承受动载荷和低温下的结构严禁冷作加工。3，温度的影响材料在低温下变脆的现象冷脆。301.3钢材的分类

11、和标示代号一，结构钢分类二，国产结构钢的代号1，碳素结构钢（GB/T700-88） 屈服 屈服数值 质量等级 脱氧方法 Q 195,215,235,255, 275 A,B,C,D F,b,Z,TZ例：Q195，Q235-AF，Q235-B等ABCD 含S、P 高低311.3钢材的分类和标示代号2，优质碳素结构钢（GB/T699-1999） 含碳量（万分之） 脱氧方法或微量元素 20 A（优质） 45 40 Mn3，普通低合金钢（GB/T1591-1994） 标示方法同（GB/T700） Q345-A4，铸钢（GB11352-1989) ZG200-300 屈服限 强度限321.4钢材的选择和

12、规格一，选择的原则 总则：结构的工作特点 实际的工作经验 钢材的实际生产情况 目标：安全、可靠、经济合理。 具体方法： 1）结构的连接方法和方式； 2）载荷的特点； 3）工作温度； 4）结构的重要程度； 5）受力的性质起重机中推荐的选材： Q235、Q345、20钢等。331.4钢材的选择和规格二，规格 板材GB/T709-88 -100025008 等边角钢(GB/T9887-1988) L1201206-1200 不等边角钢(GB/T9788-1988) L180807.5-1550 槽钢（GB/T707-1988) 320788-2300 工字钢(GB/T706-1988) I2001007.0-5000 扁钢(GB/T704-1988) -1006-15500 无缝钢管(G