模块二 起重机金属结构-基本受力构件课件讲解

02Second模块二港口起重机金属结构单元一起重机金属结构概述单元二起重机金属结构的材料单元三起重机金属结构的连接单元四起重机金属结构的基本受力构件单元四起重机金属结构的

基本受力构件单元四起重机金属结构的基本受力构件实腹式受弯构件——梁梁的构造主要承受横向弯曲的实腹构件称为梁。梁作为骨架广泛应用于起重机的桥架等。梁可作为独立的构件，也可以是整体结构中的一个部分。根据制造条件，梁分为型钢梁和组合梁两种型式。型钢梁由单根轧制型钢——槽钢、普通工字钢、轻型工字钢和H钢（图2-13）等制成，构造简单，制造方便，成本低廉。但由于型钢受轧制条件的限制，其截面尺寸的大小和面积的分布均有一定的局限性，有时不能满足具体构件的强度和刚性要求。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-13型钢梁的截面形式图2-14常见组台梁的截面形式单元四起重机金属结构的基本受力构件在相同强度的条件下，型钢梁自重较大，刚性较差。当型钢梁不能满足强度、刚性要求时，可采用组合梁。当代组合梁多为焊接梁，由钢板、型钢用电焊连接而成。最常见的焊接组合梁是由一块或两块腹板和上、下翼板组成的工字形截面（图2-14（a），（b））和箱形截面（图2-14（c））梁。其中带加强翼板的非对称工字形截面梁（图2-14（b））是专为提高受压翼板的侧向刚性而设计的，适用于上翼板受侧向水平力作用的梁，对侧向刚性和扭转刚性要求较高的梁可采用箱形截面。各类起重机中，梁的使用要求和工作特点不尽相同，梁截面也经常有相应的改变，形成众多的梁截面形式（图2-15）。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-15组合梁的其他截面形式单元四起重机金属结构的基本受力构件梁的整体稳定性截面高而窄的大跨度开口截面梁，在大刚度平面内承受横向平面弯曲时，当外载荷达到一定值后，梁的平面弯曲平衡状态变为不稳定的，偶然的微小侧向干扰力或载荷偏移即可导致梁发生侧向弯扭屈曲（图2-16），并在干扰因素消除后，依然不能恢复原来的平衡状态，这种现象称为梁丧失整体稳定性。（图2-16）单元四起重机金属结构的基本受力构件梁由平面弯曲的稳定平衡转向平面弯曲的不稳定平衡的过渡状态称为临界状态。对应于临界状态，梁的外载荷称为临界载荷，梁的最大弯矩称为临界弯矩，梁最大弯矩截面内的最大压应力称为临界应力。由上可知，梁的整体稳定性与其侧向抗弯刚度和抗扭刚度有关。其次，由图2-16可以看出，载荷作用在上翼缘，当梁整体失稳时，由其所产生的附加偏心扭矩与截面扭转的方向是相同的，对梁的整体稳定性不利；反之，若载荷作用在下翼缘，对梁的整体稳定性有利。另外，如果在梁跨中布置一些侧向支承点，则梁的整体稳定性要好得多。单元四起重机金属结构的基本受力构件侧向支承点的间距越小，则梁愈不容易整体失稳。要提高梁的整体稳定性，主要有二个途径：一是增大梁的侧向抗弯刚性和抗扭刚性，二是通过增加侧向支承点来减小侧向支承点的间距。由于梁的侧向抗弯刚性和抗扭刚性在很大程度上决定于翼缘宽度，所以梁的整体稳定性主要与梁的翼缘宽度和侧向支承点的间距（即受压翼板的自由长度）有关。在金属结构设计中，常用受压翼板的自由长度与翼板宽度的比值来衡量梁的整体稳定性。单元四起重机金属结构的基本受力构件组合梁的局部稳定性在梁的截面积相同的情况下，从有利于提高梁的强度和刚性考虑，腹板应取得高一些，薄一些，从有利于提高梁的整体稳定性考虑，翼板应取得宽一些，薄一些，然而，当梁的翼板和腹扳的厚度过薄，外载荷达到一定值后，受有压应力、剪应力或局部压应力作用的腹板和翼板，就会丧失平面稳定平衡状态。偶然而微小的外界干扰因素，诸如基础振动，平面外的干扰力等，即可导致板发生波形屈曲（图2-17），并在干扰因素消失后，依然不能恢复到原来的平面平衡状态，这种现象，称为梁的局部失稳。图2-17组合梁的局部失稳单元四起重机金属结构的基本受力构件控制梁的局部失稳可采取以下一些措施：一是增加板厚，控制板的宽厚比，宽（或高）而薄的板比窄（或矮）而厚的板容易失稳。当板宽（或高）厚比小于一定值时，板就不存在局部失稳问题，但对梁的腹板来讲，过分提高板厚是不经济的，所以这项措施主要用于梁的翼板。二是采用加劲胁，增加板的抗屈曲能力。加劲肋有柔性和刚性之分，当加劲肋的抗刚性较小，板失稳时加劲肋随板一起屈曲，这样的加劲肋属于柔性肋。当加劲肋的抗弯刚性足够大，板局部失稳时，加劲肋仍能保持为直线，这样的加劲肋属于刚性肋。用刚性肋加强的板，只可能在其分隔区格内屈曲。目前刚性肋的设计用得较多。横向刚性肋主要用于防止梁腹板的剪切失稳和局部压缩失稳，纵向刚性肋用于防止梁腹扳的平面弯曲失稳。单元四起重机金属结构的基本受力构件组合梁的加劲肋的种类。组合梁内的加劲肋按其所起的作用可分为三类。1）间隔加劲肋。其作用是加强梁的翼板或腹板，提高梁的局部稳定性。间隔加劲肋有横向肋和纵向肋两种，后者又有柔性肋和刚性肋之分，横向加劲肋和纵向刚性肋都可看作板的支承。2）支承加劲肋。设置在梁的支座处和固定集中载荷作用处，用以传递支座反力和固定集中载荷，消除它们对梁的翼板、腹板和翼缘焊缝的局部加载影响。3）构造加劲肋。其作用是提高施工的工艺质量。例如：在腹板的受拉区设置工艺角钢，以控制薄板的工艺波浪度；在小截面箱形构件内设置横隔，以保证构件截面的正确形状等。单元四起重机金属结构的基本受力构件间隔加劲肋的设置。间隔加劲肋主要用于加强梁的腹板，在宽翼缘箱形梁中有时也用于加强翼板。间隔加劲一般都用扁钢或钢板制成，有时也采用角钢。根据理论分析，为了提高间隔加劲肋的抗屈曲效果，对成对配置的加劲肋，应提高其对被加强板中面轴线的回转半径，一侧配置时，应提高其对与被加强板相连的加劲肋边缘为轴线的回转半径。为此，对由扁钢和钢板制作的加劲肋，在保证自身平面稳定的前提下，应尽量采用大的宽厚比；对由角钢制作的加劲肋应采用不等肢角钢，并以长肢的肢尖与被加强板连接。单元四起重机金属结构的基本受力构件工字形截面梁的加劲肋宜在腹板两侧成对布置（图2-18（a））；箱形截面梁的加劲肋则一般布置在箱体的内侧，箱形梁横向加劲肋常制成隔板的形式（图2-18（b）），对两侧的腹板同时起加强作用，并可兼作施工定位板。对于大尺寸的隔板，为了减轻自重和便于箱体内施工，可以在中间挖孔（图2-18（c））。有时为了节约钢材，也可由扁钢或不等边角钢拼成的隔板（图2-18（d）、（e））。图2-18加劲肋的构造单元四起重机金属结构的基本受力构件（3）支承加劲肋的设置。设置于固定集中载荷处和梁的支座处的支承加劲肋，必须能有效地承受作用于该处的集中力，并把集中力有效地转化为梁腹板的剪力，实现力流的平顺过渡。为此，支承加劲肋的端部应切角铣平，铣平的端面在焊装时应紧密抵住受集中力作用的翼板（图2-19（a））和图（图2-19（c））。支承加劲肋与翼板和腹板的连接焊缝应采用连续焊缝，并需经过强度校核。支承加劲肋应具有足够的自身稳定性。其受力如同轴心受压柱，设计时应保证其在腹板平面外的整体稳定，即不会在压力下向腹板平面外弯曲失稳。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-19支承加劲肋

（a）

（b）

（c）单元四起重机金属结构的基本受力构件在梁支座处的支承加劲肋也可采用端面肋板的结构形式（图2-19（b）），可以减小梁支座反力对加劲肋连接焊缝的偏心，端面肋板的底表面也要铣平并与支座面板紧密贴合，其伸出长度应不超过其厚度的2倍。桥式起重机正轨箱形主梁的横隔板和承轨短隔板，兼有间隔加劲肋和支承加劲肋的作用（图2-21）。（4）构造加劲肋的设置。构造加劲肋一般来说没什么特殊设计要求，加劲肋的截面尺寸从构造或工艺角度予以确定，当用角钢做构造加劲肋时（俗称工艺角钢），可用角钢背与腹板相连。单元四起重机金属结构的基本受力构件（5）加劲肋的合理构造要求。各类加劲肋除了应分别满足上述设计要求外，构造上的合理处置也是至关重要的。加劲肋应力求构造简单、制造方便。对于承受动载荷的结构，应尽量减小应力集中和立体残余应力。加劲肋的合理构造要求归结起来有以下几个方面。1）除支承加劲肋外，其余加劲肋的连接焊缝均属于联系焊缝，为了减少焊接工作量，这些焊缝常设计成间断式的，焊高一般为6mm。但对于E4～E8级的梁，为了提高其疲劳强度，位于危险截面处的加劲肋宜采用应力集中较小的双面连续焊。2）为保证翼缘焊缝的连续性并避免焊缝的立体交叉，横向加劲肋在与翼板相接的地方，应制成斜角或圆弧切口，切口的尺寸要求如图2-20所示。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-20加劲肋的合理构造单元四起重机金属结构的基本受力构件3）工字梁的纵向加劲肋与横向加劲肋相交时，纵向加劲肋应断开，纵向加劲肋可以焊在横向加劲肋上，也可以相互间留一定的空隙；箱形梁中的纵向加劲肋可以在横隔板处断开，也可以在隔板上开缺口让纵向加劲肋连续通过（图2-18）。4）加劲肋的焊缝可以与腹板的拼接焊缝相交叉，但与相平行自的拼接焊缝应保持200mm以上的距离。5）除支座处的支承加劲肋外，横向加劲肋的下端不应直接用横向贴角焊缝焊在受拉翼板上，因为这种连接的应力集中情况等级颇高，抗疲劳能力较差。可采用大切口（图2-20（a））、留间隙（图2-20（b））、加密贴的垫板（图2-20（c））或侧板（图2-20（d））来减短和避免横向贴角焊缝。单元四起重机金属结构的基本受力构件垫板和侧板应通过纵向焊缝与受拉翼板连接。出于同样的理由，横向加劲肋与腹板相连的横向贴角焊缝，不应延伸到应力较大的腹板受拉区，其终端离腹板受拉边的距离应不小于50mm（图2-20）6）对于依靠横隔板和短隔板支承小车轨道的正轨箱形梁，隔板起着支承加劲肋的作用（图2-21）。因此，它们的上端面应铣平并顶紧受压翼板，轨道支承面下隔板与翼板的焊缝长度应不小于轨道支承宽度的1.4倍，且应双面施焊，短隔板沿全高用双面连续焊与腹板相连，横隔板的上部应有相应高度的双面连续焊，其余部分可采用双面交错焊或单面间断焊。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-21正轨箱形梁的横隔板和短隔板单元四起重机金属结构的基本受力构件变截面组合梁在自重载荷和移动载荷作用下，梁全长各截面内的最大弯矩是不同的。简支梁跨中弯矩最大，沿着梁向支承方向逐渐减小；悬臂梁支承处弯矩最人，沿悬臂向端部逐渐减小，按最大弯矩设计成等截面梁显然是不经济的。为了节省材料、减轻自重，可设计成截面随弯矩而变化的变截面梁，最理想的是将梁的腹板下部做成抛物线形状，但制造工艺复杂，成本较高，一般不采用，通常采用改变翼板的宽度（图2-22（a））或厚度（图2-22（b））或改变梁腹板高度（图2-22（c））的办法来实现梁的变截面，但其中改变翼板厚度的办法不宜用于上表铺设轨道的梁。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-22梁截面的改变单元四起重机金属结构的基本受力构件改变梁腹板高度是将梁做成中间为等截面的而向两端逐渐减小的折线形梁（图2-22（c）），梁端的高度根据支承处的连接决定。变高度梁的支承截面的高度在满足腹板剪切强度的条件下，通常取为跨中梁高的一半。实际工程中，对于变高度梁可偏于保守地按以下两式来计算移动载荷和最大起升载荷作用下的挠度值。对于跨度较小的梁，变截面的经济效果并不显著，相反会增加制造工作量，因此除非构造需要，一般不采用变截面梁。单元四起重机金属结构的基本受力构件梁的预拱虽然在梁的截面设计时，已经对梁的挠度作了控制，但梁在移动载荷和自重载荷的作用下还是要产生一定的弹性下挠。在桥架型起重机中，为了最大限度地减小由主梁下挠所造成的小车运行的坡度阻力，在制造主梁时，常预先将它做成向上拱的形状，叫做预制上拱，简称预拱。主梁的上拱度由三部分组成：第一部分用以补偿移动载荷引起的挠度；第二部分用以补偿自重载荷引起的挠度；第三部分用以补偿焊接变形所引起的挠度。工程实践中常用抛物线或正弦曲线作为梁的上拱曲线。同理，悬臂梁做成上翘度的。单元四起重机金属结构的基本受力构件梁的拼接大型梁结构的制造、运输和安装往往受到板材规格、装车界限和吊运能力等条件的限制，因此在设计大型梁结构时，应考虑板材的拼接、梁的分段和梁段的拼接等问题。由于板材规格（长度和宽度）不够所造成的在制造厂进行的拼接，称为工厂拼接或工艺拼接；由于运输、安装条件限制所造成的梁段的拼接需要在工地或安装现场进行，称为安装拼接或设计拼接。组合梁各组成部分的工厂拼接，可以根据板材合理拼裁的需要，在不同截面内进行，而安装拼接则要求在同一截面内进行（图2-23）。单元四起重机金属结构的基本受力构件

工厂拼接。焊接梁的工厂拼接应尽量采用无盖板的对接接头。对于受动载荷的梁，无盖板的对接接头能显著地提高接头的疲劳强度。由自动焊、半自动焊和B级、C级的手工焊焊成的对接直焊缝即使能达到与母体金属等强度，但仍应尽量避免将其布置在梁的危险截面内。达不到等强度要求的对接直焊缝，应布置在计算应力不超过焊缝许用应力的梁截面内。为了防止焊缝缺陷的集中危害，不管是等强度焊还是非等强度焊，翼板和腹板的拼接焊缝应相互错开200mm以上，腹板拼接焊缝与横向加劲肋的焊缝也应该错开200mm以上。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-23梁的拼接(a)工厂拼接；(b)安装拼接单元四起重机金属结构的基本受力构件安装拼接。安装拼接宜优先采用普通螺栓连接和高强度螺栓连接（图2-24），接头的加工在工厂内完成，有条件的还可以在工厂内进行预安装，使现场安装既方便又容易保证质量。螺栓连接的这些优点在高强度螺栓连接中体现得更突出，使得高强度螺栓连接在安装接头中有广阔的应用前景。剪力型螺栓连接的拼接接头应布置在内力较小的梁截面内，使受钉孔削弱的梁截面足以承受该截面内的内力。拼接板的截面积应保证不小于被拼接板的截面积。拼接接头内的螺栓应尽量按孔间距和孔边距的低限值进行排列，使接头紧凑。图2-24采用螺栓连接的安装拼接单元四起重机金属结构的基本受力构件安装拼接有时也采用焊接对接接头（图2-25），但需要一定的技术工艺措施来保证装配质量，落料和板边加工要精确，特别要注意施焊的顺序（图2-26内用数字标出了施焊顺序），避免仰焊。条件较差的中小工厂，可采用装配工艺要求较低的焊接搭接接头（图2-26），但由于接头的应力集中较大，不适宜于受动载荷的梁。图2-25翼板和腹板的拼接焊缝间距单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-26采用螺栓连接的安装拼接单元四起重机金属结构的基本受力构件梁与其它构件的连接1）梁与梁的连接。梁与梁的连接有叠接、平接和低接等构造形式（图2-27），在起重机结构中，主要采用平接的构造形式。图2-28列举了梁与梁平接连接的几种典型形式，其中图2-28（a），（b），（c），（d）所示为不等高梁的平接连接，图2-28（e）所示为等高梁的平接连接。在图2-28（a）所示的连接中，次梁仅用腹板与主梁的腹板相连，翼板与翼板不相连。为了便于装配，主梁腹板上焊有由钢板或角钢制作的安装底座，装配时可用点焊或安装螺栓先将次梁固定在底座上，然后再进行焊接。由于在这种连接中，次梁截面的主要承弯部分——翼板在连接处被切除且不与主梁连接，因此连接的刚性很差，通常被认为是只能传递剪力而不能传递弯矩的“铰接”连接。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-27梁与梁的连接形式（a）叠接（b）平接（C）低接单元四起重机金属结构的基本受力构件在图2-28（b）所示的连接中，次梁的上、下翼板分别通过搭接板和承托与主梁相连。这种连接具有很大的连接刚性，可以作为“刚性”连接来对待。在图2-28（c）所示的连接中，上翼板的连接采用对接的形式，加宽的连接板拼接在次梁和主梁的翼板之间。这种连接形式避免了应力集中较大的搭接接头，对提高动载荷作用下的疲劳强度是有利的。接头不仅在垂直方向有很大的连接刚性，在水平方向也有良好的连接刚性。此外，这种连接的上表面可以做到完全平整。为了使主梁翼板在连接处平缓地过渡，连接板应逐步加宽，其倾角应不大于30°。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-28梁与梁平接连接单元四起重机金属结构的基本受力构件在型钢梁的连接中，为了避免沿型钢腹板上缘切除翼缘的困难，可采用从两侧镶拼三角板的办法来代替加宽的连接板（图2-28（d））。图2-28（e）所示的等高梁连接中，次梁的上、下翼板通过搭接板与主梁的翼板相连。这种连接同样可视为“刚性”连接。为了提高连接的水平刚性，可采用加宽的搭接板（图2-29（g））。在等高梁连接中，翼板的连接也可采用对接的形式。型钢梁和焊接梁的这类连接形式，分别列举于图2-29和图2-30，其中图2-30（b）中的连接板采用圆弧过渡，图2-30（c）的连接板与主梁翼板采用斜焊缝对接，这些措施都是为了提高连接的疲劳强度。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-29型钢梁的平接连接图2-30等高焊接梁的对接连接单元四起重机金属结构的基本受力构件由于不用搭接板的连接对被连接件的装配精度要求较高，因此搭接板的连接形式在起重机结构中还有不少应用。图2-31所示为桥式起重机箱形主梁与箱形端梁的连接。为了装配方便，翼板采用搭接连接，腹板采用搭接板连接，通过搭接板的调节作用，可以适当弥补主梁长度的制造偏差。

图2-31桥式起重机主梁与端梁的连接单元四起重机金属结构的基本受力构件2）梁与柱的连接根据连接的刚性，梁与柱的连接也可分为“铰接”连接和“刚性”连接两种。图2-32给出了梁与柱连接的各种典型形式，其中图2-32（a）、（b）、（c）、（d）、（e）所示的梁仅用腹板与柱相连，可划归为“铰接”连接；图2-32（f）、（g）、（h）、（i）中的梁，翼板和腹板都与柱相连，可划归为“刚性”连接。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-32梁与柱的连接单元四起重机金属结构的基本受力构件轴向受力构件轴向受力构件——柱的构造轴向受力构件的应用载体——柱，分为轴心受力（拉或压）构件和偏心受力（拉或）构件。偏心压杆也是压弯构件。轴向（心）受力构件可以是整个结构中的一根杆件，也可以是独立的结构件，后者常称为拉杆或柱。柱通常由单根型钢或组合截面制成，两端与其它构件相连接，而柱则由柱头、柱身和柱脚三部分构成（图2-33a）。柱身是主要部分，载荷从柱头经柱身传到柱脚。单元四起重机金属结构的基本受力构件柱可分为实腹式结构和格构式结构（图2-33），实腹式柱有开口的和封闭的两种型式，其截面组成部分是连续的；格构式柱的截面组成部分是分离的，其分离的各部分叫肢杆，肢杆间由缀材连接，缀材可分为缀板和缀条。根据受力特点，柱沿全长可以做成等截面构件或变截面构件。柱多采用焊接结构，其两端可用焊接或栓接的方法与其它结构相连接。柱的截面形式很多，如图2-34所示。实腹式柱可以用单根角钢、工字钢、钢管制成，也可以用型钢或钢板制成组合截面。轴心受力构件最好采用对称的截面型式，偏心受力构件宜采用非对称截面。型钢作轴向受力构件最简单，且制造方便．应尽量选用。实腹式组合截面构件要保证钢板的局部稳定性。格构式柱常用槽钢、工字钢、角钢和钢管作柱肢，以缀条或缀板作连缀件构成矩形或三角形截面结构（图2-33和图2-34）。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-33柱的构成与结构型式（a）柱的构成；（b）开口实腹柱；（c）封闭实腹柱；（d）缀板格构柱；（e）缀条格构柱1-柱头2-柱身3-柱脚单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-34柱的截面形式单元四起重机金属结构的基本受力构件缀条多用单角钢或钢管制成，重型柱中也可以用槽钢，缀板常用钢板制作。连缀件是保证柱肢整体工作所必需的结构元件。不同的连缀件对柱的稳定性影响也不相同。我们把穿过肢杆腹板的截面主轴叫做实轴，穿过缀材的截面主轴叫做虚轴。

实腹式轴心受力构件。一般是由型钢制成，常用的截面形式有角钢、工字钢、丁字型钢、圆钢管、方形钢管等，见图2-35（a）。对于承受较大轴向载荷的大型构件，为了获得足够的截面尺寸，可用钢板焊接成工字型、圆管形、箱型等组合截面，见图2-35（b）。组合截面可根据设计要求更合理地分配材料，故构件自重较轻。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-35实腹式轴心受力构件的截面形式单元四起重机金属结构的基本受力构件设计实腹式轴心受力构件的截面时，应遵循以下一般原则：①在满足局部稳定性和工艺要求的前提下，应尽量采用壁薄、外形尺寸大的截面，以增加截面单位面积的惯性矩，提高抗弯刚度，降低自重；②应尽量使构件在两个主轴方向的长细比相等，对轴心压杆来讲也即是等稳定性，使构件各个方向的承载能力都能得到充分的利用；③尽量使构件本身和与其他构件的连接构造合理、制造工艺简单，以降低应力集中、延长使用寿命、提高生产率、降低成本。单元四起重机金属结构的基本受力构件

格构式轴心受力构件。按肢杆数目分，有双肢杆式、三肢杆式和四肢杆式三种；按缀材形式分，有缀条式和缀板式两种（见图2-36）。肢杆一般用角钢、槽钢、工字钢和钢管制作。缀条则采用角钢或钢管，重型构件也有采用槽钢的。缀条的布置形式有三角形，带横杆的三角形和十字交叉形等。缀板采用钢板，垂直于肢杆轴线布置。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-36型钢加垫板的格构式构件单元四起重机金属结构的基本受力构件双肢轴心受力构件多用作重型桁架的拉、压杆和受压柱。由两根槽钢组成的双肢构件，槽钢可以开口向内或开口向外放置。开口向内放置时外形比较整齐，并且在同样的外形尺寸下，截面材料分布更合理，回转半径更大。三肢轴心受力构件，自重比较轻，近几年来，在起重机臂架上常有应用。四肢轴心受力构件能更好地根据需要在两个主轴方向扩展外形尺寸，使构件在满足强度、刚性、稳定性的条件下，减轻自重。尤其适用于轴向载荷较小，构件长度较大的情况，例如轮胎起重机的臂架，常采用四肢式结构来减轻重量。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-36（a）是由双角钢加垫板构成的构件，多用作轻型桁架的拉、压杆。通过等肢角钢和不等肢角钢不同方式的配置图2-36（b），可以获得各种组合截面，以适应各杆件在两个主轴方向上计算长度的比值不同情况，达到两个方向等长细比的目标。当轴向拉力载荷较大时，可采用十字形配置的截面（图2-36（d）），还可采用双槽钢加垫板的构件(图2-36(c))。这类构件就其构成原理和工作特点来说与缀板式双肢构件没有差别，只是双肢间距很小，可以用垫板来代替缀板实现肢间的联系而已。因此这类构件从本质上讲属于缀板格构式构件。为了使缀板式格构构件的各肢能较好地整体工作，缀板或垫板的距离l1不得超过下列数值：受拉构件l1≤80r1。；受压构件l1≤40r1，其中r1是一个肢杆截面对自身轴的最小回转半径。在压杆中，在构件的计算长度lcy范围内至少要设置两块垫板。单元四起重机金属结构的基本受力构件轴向受压构件的整体稳定性轴心受压构件的可能破坏模式有：强度破坏、整体失稳破坏和局部失稳破坏等。整体失稳破坏是轴心受压构件的主要破坏模式。轴心受压构件的整体失稳破坏又可分为：弯曲失稳、弯扭失稳和扭转失稳三种模式，见图2-37。一般情况下，双轴对称截面(如工字型截面、H型截面)在失稳时只出现弯曲变形，称为弯曲失稳(图2-37（a）)。单轴对称截面(如不对称工字型截面、槽型截面、T型截面等)在绕非对称轴失稳时是弯曲失稳；而绕对称轴失稳时，不仅出现弯曲变形还有扭转变形，称为弯扭失稳(图2-37(b))。无对称轴的截面(如不等肢L形截面)在失稳时均为弯扭失稳。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-37轴心受压构件的整体失稳的三种模式（a）弯曲失稳；（b）弯扭失稳；（c）扭转失稳单元四起重机金属结构的基本受力构件对于十字形截面和Z字形截面，除了会出现弯曲失稳外，还可能出现只有扭转变形的扭转失稳(图2-37(c))。具体到某一构件最终以何种模式失稳破坏，与构件截面形式和尺寸、构件尺度及支承情况有密切关系。由于轴心受压构件的失稳模式主要是弯曲失稳，因而弯曲失稳是确定轴心受压构件稳定性的主要依据。单元四起重机金属结构的基本受力构件轴向受压构件的局部稳定性（1）实腹式组合截面轴心压杆局部稳定性。组合截面的实腹轴心受压构件是由腹板和翼板组成的，在轴心压力作用下，腹板和翼板承受均匀的压应力，它们和均匀受压的薄板一样，存在着屈曲失稳问题，称为轴心受压构件的局部稳定性问题。腹板或翼板发生屈曲后，由于其屈曲部分退出工作，使得受压构件整体的承载能力下降，这时，虽然载荷还没有到达受压构件整体失稳的临界值，构件仍可能因板的局部失稳而引起整体破坏。所以轴心受压构件的局部稳定性应不低于构件整体稳定性。单元四起重机金属结构的基本受力构件宽厚比和高厚比是决定翼板和腹板稳定性的关键量，与受压构件中的长细比相当。当宽厚比或高厚比满足要求时，轴心受压构件的局部稳定性是有保证的，如果不能满足，则应采取如下措施：1)增加板的厚度，以减小板的宽厚(高厚)比。但增加板的厚度会使结构自重增加，因此除工字形截面受压构件的翼板外，对于大型受压构件的腹板和箱形截面受压构件的翼板一般不采用这种方法。2)加设纵向加劲肋，以减少翼板(腹板)的计算宽度，使板的宽厚(高厚)比缩小。对于工字形截面受压构件的腹板和箱形截面受压构件的腹板和翼板均可采用这种方法。单元四起重机金属结构的基本受力构件工字形截面受压构件的纵向加劲肋应成对地均匀布置在腹板的两侧，箱形截面受压构件的加劲肋一般布置在翼板(腹板)的内侧。因为纵向加劲肋要起支承翼板(腹板)的作用，所以对其截面尺寸有一定的要求。为了保证纵向加劲肋自身稳定，受压构件每隔一定距离需布置横向加劲肋，以作为纵向加劲肋两端的支承，减小纵向加劲肋的计算长度。对于工字型截面受压构件，用钢板做横向加劲肋，并在腹板两侧对称布置；对箱形截面受压构件，采用与梁一样的横向隔板做横向加劲肋。对于大型实腹式受压构件，在有较大横向力作用的地方要设置支承加劲肋。此外，为加强构件的空间抗扭刚性，沿受压构件的长度方向，每隔4～6m应设置一横隔板，且每一运送单元不少于两个。纵向加劲肋、横向加劲肋的布置见图2-38。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-38组合截面实腹式轴心受压构件加劲肋的布置单元四起重机金属结构的基本受力构件桁架杆件的截面形式

桁架杆件截面的一般要求1)选取的截面形式应能使用钢量减少,优先采用肢宽而壁薄的型钢以增加截面的回转半径。角钢一般不宜小于L50×50×5，其他型钢的壁厚和组合截面的钢板厚度一般不小于5mm，钢管壁厚一般不小于4mm。2)同一桁架所选用的型钢种类不要超过5种，以便备料和制造。3)由两个型钢(角钢或槽钢)组成的杆件，为保证两型钢共同工作，需在杆长范围内用垫板将两型钢连缀起来。垫板宽度一般由构造要求决定，60～100mm不等。垫板的高度，对T形截面应伸出角钢肢背和肢尖各10～15mm；对十字形截面应从截面两侧各缩进10～15mm，以便进行焊接。单元四起重机金属结构的基本受力构件十字形截面杆件的垫板应一竖一横交替设置。垫板的距离l1不得超过下列数值：受拉构件l1≤80r1。；受压构件l1≤40r1，其中r1是一个肢杆截面对自身轴的最小回转半径。对单独运输的杆件，其杆长范围内至少要设置两块垫板。4)为了制造方便，轻型桁架的弦杆一般均制成等截面连续杆。重型桁架弦杆各节间内力差较大，采用分节间变截面的弦杆可取得较明显的经济效益，但当弦杆受有较大移动集中轮压作用时，考虑到各节间局部弯矩基本相等(边跨弯矩相对还要大些)，则为了制造和铺设轨道的方便，也可采用等截面弦杆。5）应便于和节点板及侧向支承系统连接，用于形成桁架外框的杆件应具有较大的侧向刚性以防在运输中发生侧向弯曲，所有的杆件都应满足一定的刚性要求。单元四起重机金属结构的基本受力构件（2）受压弦杆。对于压杆应使两主轴方向的稳定性相等。对于载荷仅作用在节点上的桁架，受压弦杆为轴心压杆，采用两个不等肢角钢以短肢相连组成T形截面。在起重机中，受压弦杆经常还直接作用有移动集中轮压，这时弦杆为压弯杆，经常采用比受拉弦杆刚度大得多的截面。为保证平面内的抗弯刚度，常采用两不等肢角钢以长肢相连组成T形截面或用钢板组成工字形截面(图2-41(a))。当局部弯矩很大时，还可以采用刚度更大的工字形截面。对于重型桁架，弦杆内力很大，单腹式截面往往不足以承载，故经常采用双腹式п形截面(图2-41(b))。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-41受压弦杆的截面形式单元四起重机金属结构的基本受力构件（3）受拉弦杆。拉杆没有稳定性要求，在截面形式(图2-42)的选择上比较自由。受拉弦杆的截面形式经常随受压弦杆的截面形式而定，以便与腹杆实行统一的连接。在一般桁架中多采用由双角钢组成的或由钢板焊成的T形截面。管形截面用于轴向受力构件最合适，而且风阻力小，但不宜用于受弯构件。如果杆件受力小，也可采用单角钢做受拉弦杆，单角钢与节点板的连接为偏心连接。当受拉弦杆上直接作用有移动载荷时，如塔式起重机吊臂的受拉弦杆，常采用工字形截面。重型桁架的拉力弦杆，一般采用双腹式倒п形截面，双腹式截面做下弦杆时应在水平板上开排水孔。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-42受拉弦杆的截面形式图2-43腹杆的截面形式单元四起重机金属结构的基本受力构件（4）腹杆。腹杆都为轴心受力杆，对受拉腹杆只要满足强度和刚性要求，图2-43内的截面都可采用。受压腹杆应根据等稳度条件选截面。在单系腹杆中，受压腹杆两个方向的计算长度不等，当采用等肢双角钢组成的T形式截面时，由于截面的回转半径亦不等，可使两个方向的长细比大致相等。这种截面形式连接方便，刚性又好，被普遍采用。由等肢双角钢组成的十字形截面腹杆，两个主轴方向(在斜平面内)的回转半径相等，计算长度也相等，故满足等稳度要求，并且十字形截面便于实现两个方向的连接。管形截面对任意方向的惯性矩均相等，风阻小，抗腐条件好，省材料。所以应用也很普遍。为了便于与弦杆连接，重型桁架的腹杆也做成双腹式截面。单元四起重机金属结构的基本受力构件桁架节点的构造要求桁架受载后，各杆件的内力集中作用在节点上，在节点处形成一个复杂的应力场，易产生较大的应力集中，因此，节点的构造应能减小应力集中、降低次应力。一般情况下，节点板的尺寸越小，嵌固次应力也越小；节点板的过渡越是平缓，应力集中越小。因此，节点设置应尽可能紧凑、形状简单、过渡平滑、连接牢固可靠、杆件内力在节点中的传递途径应尽量短而平顺。单元四起重机金属结构的基本受力构件

节点设置的构造要求1)汇交原则。各杆件截面的形心线应与设计简图的理论轴线相重合(有移动集中轮压作用的弦杆除外)，杆件连接的形心线(如焊缝计算截面的形心线)应和杆件截面的形心线相重合，理论轴线应交汇于节点中心。为了制造方便，允许对桁架杆件的形心线位置作微略调整。当杆件分节间变截面时(重型桁架的弦杆经常如此)，变截面处应设在节点上，为了构造方便，一般取肢背表面平齐。单元四起重机金属结构的基本受力构件2)应使杆件内力平顺地传递给节点板。一般说来，焊接桁架腹杆的内力是通过两侧焊缝以每侧约20°～30°的扩散角向节点板扩散传递的。因此，为了使节点板传力平顺均匀，节点板边缘与杆件两侧边的夹角θ应取在20°～45°范围内(见图2-44)，当夹角θ小于20°时应适当加厚节点板。在螺栓连接的节点内，腹杆的内力是通过螺栓连接以每边约30°的扩散角向节点板扩散传递的。因此，节点板边缘与杆件两侧边的夹角θ也应不小于30°(见图2-45)。对于仅有一根腹杆与弦杆汇交的节点，应尽量使节点板的截面形心轴与杆件的截面形心轴相重合，以避免传力途径中的偏心弯矩(见图2-46)。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-44焊接桁架节点板的边缘角图2-45栓接桁架节点板的边缘角单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-46节点板截面形心轴与杆件截面形心轴的关系单元四起重机金属结构的基本受力构件3）节点板外形与厚度。为了节约钢材和便于下料，节点板的外形应尽量简单和规则。为了防止过于严重的应力集中，节点板不允许有凹角；节点板的尖角不应暴露在杆件的外侧，以免破坏桁架的外形和划伤人。节点板是传力零件，应具有足够的强度和刚性。因此，除了上面提到的传力要求外，节点板的厚度也应满足一定要求，整个桁架的节点板应采用相同的厚度。4)间隙。腹杆与弦杆，腹杆与腹杆之间应留一定的间隙，以简化拼装和施焊工艺，避免焊缝过分密集，防止钢材变脆。一般桁架应留15～20mm的间隙，直接承受动载荷的桁架应留30～40mm的间隙(图2-47)。节点板的边缘应伸出弦杆角钢肢背10～15mm，以便进行焊接(图2-47(a))。如果弦杆表面要铺设轨道，则节点板的边缘应缩进角钢肢背5～10mm，并用槽焊进行连接(图2-47(b))。单元四起重机金属结构的基本受力构件图2-47杆件之间的间隙尺寸单元四起重机金属结构的基本受力构件5）其他工艺要求。杆件端部的切割面一般应与杆轴线垂直(图2-48(a))，也可切去一部分(图2-48(b)、(c))，但应避免图2-48(d))的切法。杆件的布置应尽量避免产生容易积灰的死角和凹槽，腹杆角钢一般应背面向上布置。节点连接可以采用焊接或高强度螺栓连接，但不允许将不同的连接方式混合使用。图2-48角钢端部的切法单元四起重机金属结构的基本受力构件弦杆的拼接桁架弦杆的拼接接头主要有三类：①工艺接头：用于桁架跨度较大，型钢材料不够长时，这种接头一般在车间工