第三章 起重运输机金属结构设计计算基础

第三章起重运输机金属结构设计计算基础第一节起重运输机金属结构计算载荷的分类运输机金属结构上的载荷，根据载荷的不同特点，载荷出现的频繁程度分为基本载荷、附加载荷及特殊载荷三类。终和经常作用在起重机结构上的载荷，即起重机正常工作时必然出现的载荷，包括：1.自重载荷PG：指起重机的结构、机械设备及电气设备等的重力(亦称固定载荷)。度小于50米时，起升载荷可不计起升钢丝绳的重力。3.水平惯性载荷PH：指运行、回转或变幅机构起(制)动时引起的水平惯性载荷。常工作状态下结构所承受的非经常性作用的载荷(在起重机正常工作时并非必然出现而是可能出现的载荷)，包括：3.根据实际情况决定需加以考虑的温度载荷、冰雪载荷及某些工艺性载荷。重机在非工作状态或试验状态时结构可能承受的最大载荷，或在工作状态下结构偶然承受的不利载荷，包括：2.试验载荷；3.根据实际情况决定需加以考虑的安装载荷、地震载荷及某些工艺性载荷；第二节机构不稳定运动时的冲击动力载荷然离地起升或下降制动时，自重载荷将产生沿其加速度相反方向然离地起升或下降制动时，对承载结构和传动机构将产生附加的Q2的理论推导。起升机构工作时，由地面起吊货物的过程，可以分为三个阶段：开动起升机构，卷筒卷绕松弛的起升绳，直到起重绳被拉直但仍不受力。此时，起升机构可认为已处于稳定运动状态。起升机构继续运动，起升绳开始受力且发生了弹性伸长，金属结y。第三阶段，货物离开地面，结构处于振动状态。我们主要研究起升机构工作的第二、第三阶段对起重机金属结构的动力响应。构体系实际上是多自由度系统，我们把它简化成单质点等效系统。力学模型整个系统的动力学模型如bc的单自由度系统。这一系统的等效刚度Ceq为：Ceq=(3-1)QeqC2=入0和吊重以同样的速度V0上升，Qeqmeq的等效质量，于是可写出系统的运动方程式：meq+Ceq(y+6o)=Qeq (3-2)即ooCooCmeq+Ceqy+Qeq=Qeqmeq+Ceqy=0 (3-3)令得v──起升速度(m/s)令得v──起升速度(m/s) Cmk=eq代入式(3-3Cm+k2y=0式(3-4)的通解为：y=Acoskt+Bsinkt将初始条件t=0,=vo,y=0代入式(3-5)得A=得A=0ymaxymax==v0Ceq (3-4) (3-5) (3-6) (3-7)作的第三阶段，由于振动引起的动力效应，可用下式表示6=60+ymax(3-8)将(3-7)代入式(3-8)得：6=60+v0mCeq (3-9) (3-10) (3-10)将60=y1+入0代入(3-10)，且令v0=bv得 g──重力加速度(m/s2)ym；设计初，对桥式类型起重机，小车在跨中时可取y1=(1/700~1/800)L，小车在悬臂端时可取y1=幅度；算例计算通用双梁龙门起重机起升机构工作时的动力系数。已知：起重解求跨中的静挠度y1(取静定计算简图) QL35105(16.5103)3EIEI变位 iAE gsgs (3-12)式中i──钢丝绳的分支数；Ags──每根钢丝绳的截面积(mm2)；用钢丝绳截面应力gs(通常取平均应力gs=240MPa)代入式(3-12)，得：gsE入0=H(3-gsEgs将已知量代入式(3-13)b应该指出，公式(3-11)，既考虑了金属结构的弹性，又考虑了起升滑轮组的弹性，比较符合实际情况。公式(3-11)中，忽略了金属结构和吊重的质量，对中小跨度起重机影响不大，但对大跨度起重机，计算结果可能偏小。全面考虑金属结构质量和小车质量(包括吊重)的影响，推荐用下列公式计算动力系数： (3-14) (3-15)这里m1──金属结构的换算质量(kg)，各种龙门起重机金属结构的换算质m2──吊重的质量(kg)；其余符号意义同式(3-11)。式(3-14)中的b表明金属结构和吊重的质量对动力系数的影响，由式(3-15)可知，当m1)0时，即不考虑金属结构质量时，式(3-14)与式(3-11)完全相同；式(3-15)还表明，当起重机跨度增大，m1和y0将随之增大，即增大，导致02的计算值增大。为便于比较，我们用式(3-14)计算本节前述的算例，并假定金属结构质量为：则量型式及简图m计算式α=0.41~0.54qlGxcα=0.25~0.33于跨中α=0.41~0.54于悬臂端α=0.25~0.33臂起重机m臂质量的1/3注：Gxc──起重小车的重量(N)；Gj──桥架结构的重量(N)；g──重力加速度，g=9.81m/s2。代入式(3-14)显然，考虑了金属结构(包括小车)的质量影响，动力系数将会提高，且跨升的动力影响要小，所以本节没有讨论这种情况。起升机构动力学问题，是以简支梁力学模型为研究对象的，这对Qv(3-16)式中a0──与起升高度有关的系数，a0=0.35~0.50；──与臂架形式有关的系数，对常见的汽车起重机、塔式起重机动臂v──吊重的起升速度(m/s)动臂起重机，a0/可足够精确地取0.35。动态减载作用。考虑这种mm (3-17)式中m──起升质量中突然卸去的那部分质量(kg);m──起升质量(kg);当起重机或其一部分装置(小车)沿道路运行时，由于道路或轨道不平(有接缝)而使运动的质量产生铅垂方向的冲击作用。计算时应将自重载荷和起升载Q4也可根据运行速度由表3-2直接查取。对装有弹簧支承装置的起重机，<1.01.0~1.5>1.5~3机运行速度(km/h)路面20~5020~50路第三节起重运输机金属结构各种载荷的计算算在金属结构设计之前，自重尚未知道，必须预先给出。由于结构和机、电设载荷，例如通用龙门起重机的自重通常是起升载荷的2~7倍，门座起重机的自重约为起升载荷的8~25倍，对巨型装卸桥，金属结构自分重要。参照现有类似结构来确定自重载荷，是一种常用的可靠方法。阅类似结构的自重表。图3-3是单载荷可参考图3-4的重量曲线(图中Gz是指一根主梁的重量)；在计算资料很少时，可利用一些经验公式初步确定金属结构的自重。这些公价值。QkN龙门起重机，上部主梁和支腿的总重，可用下列近似公式计算： (3-19) (3-20)式中Q──起重量(kN)：H0──吊钩最大起升高度(m)；L0──上部主梁总长度(m)。对桁架式龙门起重机，跨内部分的主桁架自重推荐用下面的经验公式确定：Gzh=0.01Q(L5)+7(kN)(3-21)起重量Q=400kN~750kN时Gzh=0.01Q(L5)(kN)(3-22)式中Gzh──跨内主桁架的自重(kN)；Q──起重量(kN)用下面的近似公式计算其自重： (3-23)图3-3单梁龙门起重机重量曲线图3-4双梁龙门起重机重量曲线式中Q──起重量(N)：Y──材料的容重(N/mm3)；L──动臂长度(mm);臂取大值。计算金属结构时，桁架结构的自重视为节点载荷，作用于桁架的节点上(图推荐值Pjd=(kN或N) (3-24)计算金属结构时，实体结构(如箱形梁和刚架等)的自重视为均布载荷，用q(kN/m或N/m)表示。桥式类型的起重机(桥式起重机、龙门起重机和装卸桥等)的起升载荷常以小车轮压(kN或N)的形式作用于主梁或主桁架上。进行轮压计算时，小车视为刚性支架。小车轮压的计算表达式为：XCQGP=P+XCQG考虑动力载荷的作用，计算轮压为：Pj=QiPXC+QPQG (3-25) (3-26)式中PXC──由于小车自重引起的轮压；PQG──由于吊重Q和吊具G0的重量引起的轮压；式(3-25)用于静刚度和疲劳计算，式(3—26)用于强度计算和结构稳定性计算。完全对称，所以表中由起重量引起的同一侧主梁(或主桁架)的小车轮压PQ和P值可能不相等。起重量(kN)别PQG(N)PQG(N)A5~A6A7~A8A5~A600A7~A8A5~A6A7~A850A5~A6000A7~A80A5~A60A7~A80A5~A6A7~A8的起重机而言，起升载荷的位置随小车的位置而变化，故亦称移动载荷。计算金属结构时，应在小车位于使结构产生最大应力(变位)处进行计悬臂极限位置。幅的塔式起重机，起升载荷的计算同桥式类型轮式和塔式起重机，起升载荷的计算表达式为：P=Q+G0(kN或N)Pj=(Q+G0)(kN或N) (3-27) (3-28)式中G0──吊具的重力(kN或N)。其余符号意义同前。式(3-27)用于计算静刚度和疲劳强度，式(3-28)用于强度和结构的稳定性计算。P和Pj视为集中载荷，作用于动臂端部。的计算或小车运行机构起动或制动时，起重机或小车的自身质量以及起升质量产生的水平惯性力PH为：m──运行部分的质量(kg); (3-29)a──起动(制动)加速度(m/s2)，参考值见表3-5；Q5──系数，考虑起重机机构驱动力(制动力)突加及突变时结构的动惯性力不能超过主动车轮与轨道之间的粘着力，即Pz──起重机主动车轮静轮压之和(N)。起重机的起重小车运行制动时引起的水平惯性载荷，沿小车轨道纵轴方向，作用于轨顶。桥架类起重机大车起、制动时引起的水平惯性载荷，沿大车轨道纵轴方向，与相应的垂直载荷正交。臂架式起重机回转和变幅时，起升质量和起重机运动部分的自身质量产生水PHQ幅和回转起、制动时的惯性力、回转运动时的离心力)，按吊重钢丝绳偏离铅垂线的偏摆角所引起的水平分力计算：──吊重钢丝绳相对铅垂线的偏摆角。 (3-31)表3-5运行机构加(减)速度a及加(减)速时间t的中、低速起重机大的高速起重机)速)速ms2))速)速ms2))速)速度(m/s2)0080201在不同类别的计算中，选用不同的α值。计算电动机功率和机构零件的疲劳aI=(0.25~0.3)aIIaI=(0.3~0.4)aII表3-6aII的推荐值类型起重机门座起重机轮机nn>0.33min1n<0.33min1臂架平面内臂架的平面内臂架式起重机回转和变幅机构起动或制动时，起重机运动部分的自身质量产量的离心力通常忽略不计。运行过程中，由于轨道铺设误差、车轮安装误差、车轮PS=P(3-32)式中P──起重机产生侧向力一侧与有效轴距有关的相应车轮静轮压之和 (与小车位置有关，见图3-6)。查得。起重小车偏斜运行时的水平侧向力通常不予计算。斜运行侧向力作用位置起重机金属结构应考虑风载荷的作用。视风载荷是可能作用于任考虑风压的动力效应。在一定风力下能否正常工作，把作用于起重机金属结构的风载荷金属结构在正常工作情况下所能承受的最大计算风压(N/m2)；非工作状态的风载荷则是起重机金属结构不工作时所能承受的最大计算风压。和非工作状态的风载荷按下式计算PW=CKhqA(3-33)式中C──风力系数；Kh──风压高度变化系数；──风振系数(对常用起重机=1.0)；A──结构或物品垂直于风向的迎风面积(m2)q──计算风压(N/m2)。 (一)计算风压q化为压力能的结果。风压与空气密度和风速有关。按照规定，计算风压按空旷地区离地10m高处的风速计算。起重机工作状态的计算风速按阵风风速(即瞬时风速)考虑，非工作状态的计算风速为2min时距的平均风速。风压计算式为：q=0.613v2(3-34)式中q──计算风压(N/m2);v──计算风速(m/s).q情况取值：机构零部件的疲劳和发热计算。性。设计计算。，根据我国的地理情况，为简化计算将计算风的计算风压。这里所说的沿海地区是指大陆离海岸线100公里以内的地区。计算风压的取值随不同类型的起重机而异。对有轨运行起重机(如桥式起重机、龙门起重机、装卸桥、门座起重机及塔式起重机)的工作状态和非工作状态计算风压取值列于表3-7。；西北、西南和东北地区宜取大值。沿海以长江口为界，长江口以北宜取小值(如上海可取800N/m2)；长江口以南应取较大值。表3-7有轨运行起重机的计算风压(N/m2)态计算风压计算风压qIqIIIqI=0.6qII500~600600~1000对于无轨运行起重机(如轮式起重机、履带起重机等)，当起重机的臂长小于50m时，取工作状态计算风压qII=125N/m2；当臂长等于或大于50m时，工作状态计算风压按使用要求决定。当起重机需要在大风下继续工作时，计算风压可取qII=450~500N/m2。由于山顶的风压比地面风压大，故对在海拔50~100m高度处工作的起重机，非工作状态计算风压应再增大0.5~1倍。 (二)风压高度变化系数Kh。起重机金属结构离地面越高，风速越大，根据式(3-34)，风压也会相应增大，这是客观规律。但是考虑到一般常用起重机的工作状态计算风压(表3-7)取250N/m2已经偏大(这样的风压相当于50m高度7级风，相应风速15.5m/s)和偏于安全。为简化计算，大多数国家对起重机的工作状态计算风压取为定值，不考虑高度变化系数。所有起重机非工作状态计算风压，因其数值较大，均应考虑高度变化系数。Kh按下式计算；Kh=a(3-35)变化系数Kh列于表3-8中。风压高度变化系数Kh陆上重机任意高度的非工作状态计算风压时，可沿高度划分m区段，以各段中点高度的系数Kh乘以表3-7中的计算风压即得。 (三)风力系数C系数按表3-9查取。表中L为结构或构件的长度(m)，h为构件迎风面的高度，q为计算风压，d为管子外径(m)。 (四)迎风面积A的计算起重机金属结构和吊重的迎风面积取决于金属结构的类型和几何轮廓尺寸。这里所说的迎风面积是指结构垂直于风向的投影面积。：A=QAl(3-36)式中Al──金属结构或吊重的轮廓面积(m2)2.两片并列等高、形式相同的金属结构，考虑前排挡风的影响，后排的迎风面积应该折减。总的迎风面积为：A=A1+nA2(3-37)A2=Q2Al2──后排结构的迎风面积；及两排结构的间隔比(图3-8)有关，桁架式金属结构的挡风折减系数从表件的风力系数CC型钢制成的桁架(充实率Q=0.3~0.6)钢板、型钢梁、钢板梁和面构件L/h57Q括吊重)机构0.8~1.0成的桁架0.3~0.6桁架0.2~0.4、机器室、平衡重、钢丝绳及吊重3.并列箱形结构(包括梯形截面箱形梁，图3-9)的挡风折减系数，按表3-12取值。虑多片结构的重叠挡风折减作用，则总的迎风面积为：Q1──第一片(前片)结构的充实率； (3-38)Al1──第一片(前片)结构的外形轮廓面积(m2)。ah123456只需乘以单片结构的风力系数。如果后面结构的轮廓面积大于ah56η0品。表3-13吊重迎风面积估计值(m2)Q(kN)0A1235678结构的风载荷，可取该空间桁架垂直于风向的投影面积所受风力的1.25倍。作用于缓冲器上的最大碰撞载荷，按照缓冲器的碰撞速度所吸收的能量计算。e大车和小车，按减速后的实际碰撞速度计算，但不小于额定运行速度的50%。 (一)冰雪载荷根据我国地理条件决定其大小。在寒冷地区通常取雪压为500~1000N/m2进地区的雪压取200N/m2左右。当起重机金属结构高于20m时，冰层较厚，此时如用户无特殊要求，结构设计时一般不考虑冰雪载荷。 (二)温度载荷在露天或高温(低温)环境工作的起重机超静定结构，设计时应考虑温度影式起重机结构和跨度小于35m的超静定结构，由于温度影响较小，通常不计温度载荷。 (三)地震载荷次大地震后，起重机金属结构均未遭到破坏的实际情况，在起重机金属结构设计中不必考虑地震力对结构的影响。 (四)试验载荷使用前，必须进行超载动态试验及超载静态试验。试验场地应坚于起重机最不利位置，且应考虑试验时起重机需完成要Pdt=1.1Q6PQ(3-39)户与制造厂签订合同予以规定。工艺载荷和安装载荷也是特殊载荷，在结构设计中一般不予计算。第四节起重运输机金属结构的载荷组合及许用应力种载荷，不可能同时作用于金属结构，应按照各种载荷出现的频组合。按许用应力法计算起重机金属结构时，采用以下三种载荷组合形式。I组合规定起重机最多有两个机构同时处于不稳定运动状态，该组合用于对结构进行疲劳强度计算。载荷组合II──考虑基本载荷和附加载荷同时作用的情况。附加载荷主要是载荷；计算水平刚度时只考虑水平载荷。III，或基本载荷、附加载荷抗倾覆稳定性。许用应力规定值，而疲劳强度只按载荷组合I进行计算。出了龙门起重机金属结构载荷组合推荐表，供设计时参考。 (一)结构件材料的许用应力对结构件材料的拉伸、压缩和弯曲许用应力，按不同的载荷组合(组合I、 (3-40) (3-40)载荷载荷组合IaIbIcIdIIaIIbIIcIIIaIIIbIIIcIIId基本PGPGPGPGPG起升冲击系数Q1—————起升载荷PQPQP——PQPPQP——起升载荷动载系数Q2———————水平惯性载荷PHPH1PH1PH2PH1PH2PH2PH2PH1附加——————偏斜运行侧向力PS—PS————PS非工作状态风载荷PW,o—P,WoP,—————碰撞载荷PC—PC—带刚性导架小车的倾翻水平力PSL——PSL———ststPH2PH。PH2IIIf工况，Q4须按实际情况取值。工况主梁支腿算强度计算腿平面大车不动、离地向大车轨道动大车运行制动，小车满载位于跨内不动满载运行至跨中或悬臂端制小车位于跨中风向平行于大位于跨中或悬臂端，顺大车轨道方向PGQ4PxcQ4PxcQ4PxcPxcQPQPPHPPHPPHPPHxPPHxPPHxPPW,iPW,iPW,iPW,iPW,i行侧向力PSPSPSP,WoP,载荷PCPC※Q02.大车不动时，龙门架平面应按一次超静定计算；C0.5s+0.35bn (3-41)IIIII准拉力试验残余应变达0.2%时的试验应力)(N/mm2)；b──钢材的抗拉强度(N/mm2)。许用应力和端面承压许用应力剪切许用应力和端面承压许用应力用基本许用应力按下面的公式分别确定： (3-42) (3-43)式中[T]──剪切许用应力，相应于载荷组合I、组合II、组合III分别为[T]I、[T]II、[T]III(N/mm2)；[cd]──端面承压许用应力。相应于载荷组合I、组合II、组合III分别为别数压缩、弯曲许力压许用应力nI=1.5IInII=1.33II=sIIIII=sIIIQmmmm许用应力应乘以0.95予以降低。 (二)连接材料的许用应力1.焊缝许用应力按规定要求采用焊条、焊丝、焊剂施焊时，焊缝的许用应力见第四章。、螺栓和销轴连接的许用应力钢号号 (I类孔)－－－－承压－－－－－－接(I类孔)－－－－－－－－承压－－－－－－－－－承压－－－－－－－－－承压－钉孔质量属于下列情况者为I类孔： (1)在装配好的结构件上按设计孔径钻成的孔。 (2)在单个零件和结构件上按设计孔径分别用钻模钻成的孔。 (3)在单个零件上先钻成或冲成较小的孔径，然后在装配好的结构件上再扩钻至设计孔径的孔。 (4)当为埋头或半埋头铆钉时，表中的数值乘以0.8予以降低。 (5)工地安装的连接铆钉，其许用应力降低10%。 (6)当销轴在工作中可能产生微动时，其承压许用应力降低50%。第五节设计计算方法简介是采用电子计算机这一先进手段，而计算手段的现代化又促进了设计计算理论的重大发展。起重运输机械金属结构的设计计算不可避免地要涉及空间结构的超静定问题，彰。结构分析最具普遍意义的方法是有限元法。有限元法是以达到所要求的精度。由于单元数量较多，必然要解数量很多的线性联立方程，这就非用电子计算机不可。在现代设计理论和方法中，优化设计无疑占有重要地位。在结构设计的传统修改或对为数不多的方案进行比较，同样是校核性的。由于计算工作量的庞大，为主动地从各种可能的设计方案中寻求尽可能完善或是适宜的方案就是结构优出来，把主要精力转到优化方案的选择上去，也非依靠电子计算机不可。结构优化设计的理论和方法，基本上可以归结为两大类：第一类是准则方法，能量准则等)，而后根据这些准则寻求结构的最优解(即满应力设计、满应变能划和优选法等各种方法，求得一系列设计参数的最优解(例如最轻设计)。，应该把材料的用量、制造工艺和使用维修等各种因素综合起来考虑。尽管材料的用量最少(结构最轻)并不就等于最经济或方法逐次逼近满应力(比例满应力法)。它是先选定一个初始方案(各杆件的初始截面)，计算在各种载荷组合下各杆件的最大内力和相应的最大应力，然后将迭代直到ki1即得到满应力设计方案。有时满应力设计会收敛到非最优点(超静定结构退化为静定结构)。为避免这种情况，通常采用齿行法。所谓齿行法是计点，沿此连线方向回到约束曲线(根据约束条件确定的可行域与不可行域的分界线)。在每一步比例满应力设计之后，加一步回到约束曲线的射线步，两种步重量大于上次的重量时，就取上次的设计点为最优点。第二类的优化设计方法中的数学规划，就是在用等式或不等式表示的限制 (约束)条件下求多变量函数(目标函数)的极值问题。如果目标函数和约束方化问题。除此之外，还有非常适宜于处理桁架、塔梁、梁和连续梁的动态规划，以及几何规划、整数规划等。在结构优化设计中利用电子计算机有很多可供选择的方法，分属于两条不同用人的直觉，以人机对话的方式指导计算机进行计算，即CAD(计算机辅助设计)。的重要内涵，即设计原理的革新。由电子计算机的应用引起的有限元法及优化设计等还只是手段和方法上的革新。归根到底，结构及其构件的安全可靠(有足够的强度和稳定性)、满足使用要求(静刚度和动刚度)的判断依据更具有基础性的意义，这是设计原理所要解决的而不是用手段和方法可以代替的问题。因此只有应用国际上结构设计最先进的方法。我国GBJ17-88《钢结构设计规范》在静力强度金属结构设计的方向。在结构疲劳计算中，根据断裂力学的观点，允许出现一定程度的裂纹，并保械金属结构设计方面还只处于初期的研究阶段。值得注意的是各种现代设计方法的交叉渗透所开辟的广阔天地中还有大量的工作有待探索研究。结构计算在实践中采用两种方法：极限状态计算法和许用应力计算法。极限状态计算法的基础是：在起重机使用条件下对金属结构的受载情况进行金属结构也采用极限状态法计算。使用经验确定的强度安全系数是许用应力计算法的基础。许用应力法目前仍然是起重机金属结构计算中应用最广泛的方法。和应用统计的可靠性计算法，能够评估起重机金属结构的使用寿命和可靠度，目前在国内外尚处于理论研究阶段。II类和第III动，影响起重机的作业和工作人员的安全，导致起重机不能正常使用。M=Mini (3-44) (3-45)式中ai──Poi=1时构件中的轴向力；Mi──额定载荷Poi作用下产生的弯矩；ni──与Poi相对应的超载系数。下，超载系数n>1。但是当实际载荷的减小比实际载荷增大更为危险时(例如，作用在门架悬臂端的载荷对跨间计算断面起载荷减小的作用)，对于这种载荷的超载系数n=<1。量大小(小起重量为大值，大起重量为小值)、工作级别(工作级别低取小值，工作级别高取大值)等因素有关，其值的变化范围为1.1~1.5(见表3-19和表3-20)。在特殊情况下(例如使用电磁铁从实体金属基底上起吊轧制钢材)n4可QQQ；水平惯性载荷超件确定。Pe=Qe.P0(3-46)式中P0──额定载荷；Qe──等效载荷系数，其值为：Qe=m(3-47)其中──第i个外载荷Pi与额定载荷P0的比值；──起重机使用寿命期间Pi的作用次数与所有载荷作用总数的比值；装卸用吊钩门座起重机(工作级别A6，A7)，等效载荷系数Qe可取为0.85，装卸用抓斗门座起重机(工作级别A8)，Qe=1.0。Pei产生的应力，，则极限条件表达式为Ge共mtR(3-48)式中mt──作业条件系数；mt=m1m2m3在此，m1=1~0.75，在特殊条件下(脆性断裂)，m1=0.6，系数m1用以考虑被计算构件的重要性(构件破坏可能引起的后果)；m2=1.0~0.8，系数m2用以数，视起重机类型及具体情况而定。 (3-49)式中k0=0.9──构件材料在疲劳试验中显示的不均匀性系数；计算结构构件中的轴力和弯矩(式3-44和式3-45)。极限条件表达式为R M (3-50)式中Rs为材料的屈服极限；mt和kM与式(3-48)和式(3-49)相同。IIIb金属结构重量(考虑冲击系数Q1和Q4)置于金属结构上的机电设备重量(考虑在金属结构上移动的机电设备重量(小货物重量(包括吊具，考虑动力系数Q2－起重机质量的水平惯性力Fg(一个机构起动或制动)－Fg－5－绳偏斜角※－aⅠ－6－－－ab (2)表中所列系经常作用的载荷，构成载荷的基本组合，在更为复杂的组合情况下，要引入组合系数nc,nc1。所有载荷的超载系数(经常作用的载荷除外)都乘以组合系数。基本载荷和不规则出现的附加载荷(为工艺载荷、运输载荷、安装载荷、温度载荷)的组合系数取为0.9；基本载荷、附加载荷和特殊载荷(为地震载荷、缓冲器碰撞载荷)的组合系数取为0.8。 (3)对于金属结构的某些构件应该考虑载荷组合Ia(连同载荷循环数)和载荷组合Ib (连同载荷循环数)的综合作用。 (4)水平惯性力Fg=ma，在此a为平均加(减)速度，a=；对于起重机Fgmax=2Fg (但不小于mamax)，对于小车Fgmax=mamax(但不大于uPz)。 (5)货物起重钢丝绳偏斜角a可以看成是在载荷组合Ia和IIa作用下货物斜向起升。 (6)对于载荷组合Ia和Ib，只对高大起重机考虑风载荷作用。 (7)工艺载荷可以归属于第II类或第III类载荷组合。工作级别A1~A2A3~A4A6~A820<Q※50铁起重机货物重量超载系数取物装件工作级别A3~A5A6~A8抓斗碎石、煤炭、砂、钢他无粘性物料湿粘土以及其他粘性中取料从洞穴中或从充满水的容器中取料属基底上取料基底上取料属基底上取料金属基底上取料金属基底上取料度限计算强度R(MPa)s(MPa)压缩和弯曲挤压部低合金钢对于第二种极限状态和第II类载荷组合按变形过大或振动进行计算时，超载系数取为1(货物重量取与额定起重量相等)。校核条件如下：f/L[f/L]或ts[ts](3-51)式中f/L和[f/L]──分别为相对挠度的计算值和允许值；ts和[ts]──分别为结构振动衰减时间的计算值和允许值。算结构的强度简单方便，是目前起重机金属结构仍然采用的计算方法，但其安全系数取为定值是其不足之处。许用应力法计算强度的表达式为：max[]iTmax[T]i(3-52)maxTmaxIIIII作用下，结构中产生的最大应力； (3-53)ni──安全系数。它决定于材质的均匀性、结构的重要性以及不同的载荷金属结构承受着动载荷，杆件或构件的内力，随起升载荷的大小的变形和局部收缩，因而这种破坏更为危险。都表明，引起疲劳破坏的原因，与杆件应力大小、应力种类、应力循环特性、应力循环次数、应力集中的程度等因素有关。材，当应力循环特性r不同时，疲劳曲线也不同，但循环基数N0大致相同，N0=2106左右(图3-12)。根据各国起重机金属结构设计规范规定，当起重机金属结构的工作级别为A6、A7、A8时，必须对结构(或连接)进行疲劳强度计算。 (一)应力循环特性r的计算r小应力按绝对值确定，代入时应含各自的正负号。 minmaxr minmaxr=T minTmaxr=T构件(或连接)只承受剪应力时构件(或连接)同时承受正应力和剪应力时rx=| y (3-54) (3-55) (3-56)当某一方向应力较小时，可按单向应力考虑，如取Gy=0。 (二)疲劳许用应力计算G其它应力循环特性的疲劳强度则依此进行换算。G数后得到G Gn (3-57)G列于表3-22。常用材料Q235和16Mn钢考虑应力集中的疲劳许用应力基本值Gr]以[G1]为基准，按下列公式换算。r0r0Grt=1(1)rGrt=1(1)rGrc=1(1)r (3-58) (3-59) (3-60) (3-61)式中Gb──结构件或连接材料的抗拉强度，对Q235，Gb=380N/mm2；对16Mn,Gb=500N/mm2。为 (3-62)焊接件22 (3-63)rtKK应力。情况等级法的说明况等级件。没有接头，表面匀质无应力集中部位带孔构件。钻有高强度螺栓孔；钻有螺栓(剪切螺栓)和铆钉孔，螺栓和铆钉承受的应力在许用值以下法的说明况等级带有螺钉和铆钉孔的构件。其螺钉和铆钉承受单面、多面剪切载荷缝方向垂直方向平行K2K1缝焊缝受纵向剪切K0焊缝，外力垂直于焊缝K缝焊缝K3K4受弯曲和剪切作用K缝焊缝K3K4架各节点的贴角焊缝连接桁架各节点贴角焊缝连接K4K4缝K3用双面贴角连续焊缝与翼缘和腹板连接连接K3K4K4腹板间焊缝K缝角焊缝K3K4受集中载荷的翼板和腹板间的焊缝K缝角焊缝K3K4接焊缝。力的方向垂直于焊缝1/4~1/51/3度1/3度1/2斜度K1K2K1K2K4法的说明况等级缝方向平行K1K或贴角焊缝对接焊缝K1K1K要受力构件上毂焊在主要受力构件上K1K2A1A2A3A4A5A6A7A8K0K1K2K3K4 (三)结构疲劳强度计算计算疲劳强度时，所选截面应该是应力循环中产生最大正应力或最大剪应力， (最大正应力区)，或端部截面(最大剪应力区)，或1/4跨度截面(正应力和剪应力都比较大)；对门式起重机则应选取跨中、支腿内外侧截面。按许用应力法计算金属结构(或连接)疲劳强度的表达式为：构件(或连接)只承受正应力作用时，构件(或连接)只承受剪应力作用时， (3-64) (3-65)构件(或连接)同时承受正应力和剪应力作用时，式中Gmax、Tmax──按第一类载荷计算点的最大正应力和最大剪应力(MPa)；y平面上最大剪应力；[Gr]──拉伸(或压缩)疲劳许用正应力；Tr]──疲劳许用剪应力；[Trxy]──与Txymax相应的疲劳许用剪应力。由式(3-64)和(3-65)可知，疲劳计算点上的最大应力不是采用等效载荷计算的，而是按作用于起重机金属结构上的基本载荷(载荷组合I)计算的，这对实际设计工作却很方便。刚度要求是为了保证起重机的正常使用。刚度计算一般分静态和动态两个方面。 (一)静态刚度的载荷作用于指定位置时，结构在某一位置处的静态弹性变形值来表征，静态刚度应满足下述要求：YL[YL](3-67)YL见表3-24。YL──额定载荷(对桥式类型起重机包括小车自重)位于规定位置时结构用结构的静位移计算见表3-25。计算静位移时不考虑冲击系数和动力系数。 (二)动态刚度动态刚度，当用户或设计本身对此有要求时才校核动态刚度。动态刚度以满载情况下，钢丝绳绕组的下放悬吊长度相当于额定起升高度时，系统在垂直方向的最低阶固有频率(简称满载自振频率)来表示。动态刚度应满足下述要求：f>[f] (3-68)[f]──满载自振频率许用值