第一章概论2013年

金属结构主讲人：龚艳玲机电工程学院联系电话一章概论

主要内容：金属结构力学模型的建立、载荷计算和载荷组合。结构设计的基本准则及金属结构的连接方法及其计算。金属结构的基本构件----柱、梁的设计计算方法。

龙门起重机、轮式起重机、液压挖掘机的主要金属结构的构造和设计计算方法。学习要求：上课认真、课后复习、按时完成作业王金诺等.起重运输机金属结构.中国铁道出版社2001高秀云等.金属结构.化学工业出版社2006徐克晋.

金属结构.机械工业出版社1993郑惠强.金属结构.

同济大学出版社1996刘鸿文.

高等材料力学.

高等教育出版社1985参考教材：课程涉及的知识：经典力学：材料力学、结构力学、弹性力学材料学：机械学：结构设计、制造及施工本课程任务学会设计工程机械金属结构结构形式的设计结构计算（强度、刚度、稳定性）例2：设计23t履带式液压挖掘机的工作装置，参数要求：1、最大挖掘高度9635mm2、最大卸载高度6790mm3、最大挖掘深度6730mm4、最大垂直挖掘深度5935mm

5、最大挖掘半径10050mm6、停机面最大挖掘半径9885mm

7、铲斗最大挖掘力135kN8、斗杆最大挖掘力100kN

例1：设计一台起重量Q=40t，跨度L=30m，有效悬臂长的龙门起重机。

金属结构：由金属材料轧制成的型钢及钢板作为基本元件，彼此按一定的规律用焊接的方法连接起来，制成基本构件后，再用焊接或栓接将基本构件连成能够承受外加载荷的结构件称金属结构。金属结构的定义、作用和发展过程第一节单梁C形龙门起重机主梁支腿下横梁金属结构的作用：作为机械的骨架，承受和传递机械所负担的载重及其自身的重量。1—行走小车2—主梁3—支腿工作装置回转平台底盘铲斗动臂斗杆回转平台底架结构与机构的区别：结构：结构是用来承载的，它必须有牢固的维持本身原有几何形状和位置不变的能力；主要采用焊接或螺栓连接。机构：机构必须能够完成某种规律的运动或独特的作用，机构之间往往通过销轴连接，保证构件间的相对运动。十九世纪五十年代前为铸铁结构，这是钢结构的前身结构。1851年英国伦敦第一届世博会的水晶宫是铸铁结构的典型建筑(9万平米,6个月,用4500吨铸铁、10吨玻璃建成,1936年火毁)。金属结构的发展过程：一个很大的有很多阳台的三层建筑，由透花的铁架和玻璃建成。总长564米，宽125米，房顶面积为10万平方米

1870年生产型钢，标志着人类社会开始由铸铁结构转为钢结构。

1889年法国巴黎世博会建成高达320米的艾菲尔铁塔，以艾菲尔铁塔为标志，钢结构应用有120多年的历史。1880年德国制成了世界上第一台电力拖动的钢制桥式起重机（金属结构占70%的重量）

19世纪后期，钢铁工业飞速发展和机械制造业的进步完善金属结构的迅速发展1933年德国设计了第一台斗轮挖掘机1869年美国制成第一台蒸气轨道式起重机1914年俄国建造了起重量为75t和100t的龙门起重机桁架臂半拖挂式汽车起重机的最大起重量已达到1000t

主臂架长121m~轮胎起重机的最大起重量达500t造船龙门起重机起重量达1600t，跨度达174m，起升高度105m

金属结构的应用范围工程机械（起重机、挖掘机、装载机……）钻桅的几种截面形式港口门座式起重机双梁龙门起重机建筑塔式起重机

利勃海尔轮式起重机起重量1200t，主臂全伸长度100米双梁桥式起重机单梁桥式起重机央视新台址总建筑面积55万平方米,230m高。央视新台址建设工程总投资约50亿元人民币，2003年10月开工建设，2008年正式运行。中高层建筑物（宾馆、办公楼、住宅、电视塔等）上海环球金融中心

由日本森大厦株式会社的全额子公司森海外株式会社及日本具有代表性的银行、保险公司、商社等36家企业，偕同政府系统机构日本海外经济协力基金(OECF)联合投资的上海环球金融中心，总投资逾750亿日元。位于陆家嘴金融贸易区，建筑总面积335,420平方米，地下3层，地上101层。建成后的高度达492米。总用钢量26000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱，2008年8月28日正式启用。西安变压器厂（400t吊车）国家体育场建筑体形上像鸟巢。可容纳8万人。平面为椭圆形,长轴340m短轴292m。屋盖中间有一个146m×76m的开口，这部分将设计成开合屋盖。采用加肋薄壁箱形截面，总用钢量达16万t。体育场(北京鸟巢)鸟巢工程主体钢结构天津奥林匹克体育场俯瞰效果图

房屋建筑中的冷弯型钢截面形式大跨度桥梁（公路桥、铁路桥）美国金门大桥（主跨1280m）陕西铜川天然气公司1000立方米天然气球罐大连西太平洋石化有限公司1500立方米CF-62钢球罐优点：质量稳定强度高重量轻制造工业化程度高安全可靠缺点：稳定性问题突出钢材在潮湿、腐蚀性环境中容易锈蚀第二节金属结构的分类分类目的：找共同特点分类方法：1、按照组成金属结构基本元件的特点分：杆系结构：

板结构：2、按金属结构的外形分：

臂架结构门架结构转柱结构塔架结构车架结构人字架结构门座起重机1---门架2---转柱3---臂架1---臂架2---人字架4---车架轮胎式起重机3、根据金属结构的连接方式不同分铰接结构刚接结构混合结构4、根据外载荷与结构件在空间的相互位置不同分平面结构空间结构5、根据金属结构部件的受力特征可分为：梁压杆（柱）、拉杆偏心受压柱（杆）第三节金属结构的计算简图计算简图：用理想的力学模型来代替实际的结构物时，这个力学模型称为计算简图简化的要求：尽可能接近实际简化内容：结构本身支座作用载荷1、结构本身的简化：构件用其轴线代替变截面视为等截面节点简化为铰接点或刚接点

2、支座的简化：a、活动铰支座b、固定铰支座c、固定支座

集中载荷3、载荷的简化：固定载荷均布载荷节点载荷移动载荷集中载荷4、举例推土铲计算简图注：支座通常属空间结构，在不同平面内简化的情况不一样，在同一平面内，研究的对象不同或工矿不同时，简化的情况也不一样。桁架式吊臂结构简图吊臂变幅绳起升绳第四节起重运输机金属结构工作级别1、工作级别是表明金属结构工作繁忙程度的参数。根据应力状态和应力循环等级划分。2、循环次数：起升机构从吊重被起升时开始，到准备起升下一个吊重为止。3、应力循环等级：根据起重机结构在整个寿命期间总的应力循环次数N按使用情况分为10级。4、应力状态：表明结构中应力的变化程度5、应力谱：表示之间关系的图形

应力状态名义应力谱系数应力循环等级U0U1U2U3U4U5U6U7U8U9S1-小0.125A1A2A3A4A5A6A7A8S2-中0.25A1A2A3A4A5A6A7A8S3-大0.5A1A2A3A4A5A6A7A8S4-特大1.00A2A3A4A5A6A7A8表1-3起重机金属结构工作级别的划分第五节金属结构的设计发展方向一、设计要求：坚