GBT 30024《起重机 金属结构能力验证》（征求意见稿）

ICS53.020.20

J80

中华人民共和国国家标准

GB/T30024—XXXX/ISO20332:2016

代替GB/T30024-2013

起重机金属结构能力验证

Cranes-Proofofcompetenceofsteelstructures

（ISO20332：2016，IDT）

（征求意见稿）

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

GB/T30024—XXXX/ISO20332:2016

目  次

前言.................................................................................IV

1范围...............................................................................1

2规范性引用文件.....................................................................1

3术语、定义、符号和缩略语...........................................................2

4概述...............................................................................6

4.1一般原则.........................................................................6

4.2文件编制.........................................................................6

4.3可选方法.........................................................................7

4.4结构件的材料.....................................................................7

4.5螺栓连接.........................................................................8

4.5.1螺栓材料.......................................................................8

4.5.2概述...........................................................................8

4.5.3剪切和承压连接.................................................................9

4.5.4夹紧摩擦型（抗滑移）连接.......................................................9

4.5.5受拉连接.......................................................................9

4.6销轴连接.........................................................................9

4.7焊缝连接.........................................................................9

4.8结构件和连接的能力验证..........................................................10

5静力强度验证......................................................................10

5.1概述............................................................................10

5.2极限设计应力和力................................................................10

5.2.1概述..........................................................................10

5.2.2结构件中的极限设计应力........................................................10

5.2.3螺栓连接的极限设计力..........................................................11

5.2.4销轴连接的极限设计力..........................................................17

5.2.5焊缝连接的极限设计应力........................................................20

5.3验证的实施......................................................................21

5.3.1结构件的验证..................................................................21

5.3.2螺栓连接的验证................................................................21

5.3.3销轴连接的验证................................................................22

5.3.4焊缝连接的验证................................................................22

6疲劳强度验证......................................................................22

6.1概述............................................................................22

6.2极限设计应力....................................................................23

6.2.1特征疲劳强度..................................................................23

I

GB/T30024—XXXX/ISO20332:2016

6.2.2焊缝质量......................................................................24

6.2.3对疲劳试验的要求..............................................................25

6.3应力历程........................................................................25

6.3.1应力历程的确定................................................................25

6.3.2应力循环发生的频率............................................................25

6.3.3应力历程参数..................................................................26

6.3.4应力历程级别S的确定..........................................................28

6.4验证的实施......................................................................29

6.5极限设计应力范围的确定..........................................................29

6.5.1适用的方法....................................................................29

6.5.2应力历程参数的直接使用........................................................29

6.5.3S级别的使用...................................................................29

6.5.4正应力和/或剪应力联合作用.....................................................31

7弹性稳定性验证....................................................................31

7.1概述............................................................................31

7.2受压构件的侧向屈曲..............................................................31

7.2.1临界屈曲载荷..................................................................31

7.2.2极限压缩设计力................................................................32

7.3压应力和剪切应力作用下的的薄板屈曲..............................................33

7.3.1概述..........................................................................33

7.3.2纵向压应力的极限设计应力...................................................34

x

7.3.3横向应力的极限设计应力.....................................................36

y

7.3.4剪应力的极限设计应力..........................................................37

7.4验证的实施......................................................................38

7.4.1受压构件......................................................................38

7.4.2薄板..........................................................................38

附录A（资料性附录）多个剪切面连接中每个螺栓和每个剪切面的极限设计剪力...........40

Fv,Rd

附录B（资料性附录）预紧螺栓..........................................................41

附录C（规范性附录）设计焊缝应力和........................................43

w,Sdw,Sd

附录D（规范性附录）斜率常数m值和特征疲劳强度、.............................47

cc

附录E（规范性附录）极限设计应力范围的计算值Rd....................................64

附录F（资料性附录）应力循环的估算——示例..........................................66

附录G（资料性附录）拉伸载荷作用下连接刚度计算......................................68

参考文献.............................................................................71

II

GB/T30024—XXXX/ISO20332:2016

起重机金属结构能力验证

1范围

本标准基于极限状态法规定了对起重机金属结构进行能力验证所确定的一般条件、要求、方法和参数

值，以与ISO8686中载荷与载荷组合的适用部分协同使用。

本标准具有通用性，适用于所有类型的起重机。对于专用特殊的起重机，可由其他标准规定其能力验

证的特定要求。

通过理论验证计算和/或测试进行能力验证，旨在以所建立的强度极限（如屈服极限、疲劳、脆性断

裂）来避免与结构性能相关的危险。

根据ISO8686-1，能力验证计算可以采用两种方法：分项安全系数的极限状态法、整体安全系数的许

用应力法。而ISO20332仅涉及极限状态法。

本标准不包括附属部件（如栏杆、楼梯、走道、司机室）的能力验证计算。但需考虑这些附属部件对

主要结构产生的影响。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T3098.17-2000紧固件机械性能检查氢脆用预载荷试验平行支承面法（ISO15330:1999，IDT）

GB/T5267.1-2002紧固件电镀层（ISO4042:1999，IDT）

GB/T6974.1-2008起重机术语第1部分：通用术语（ISO4306-1：2007，IDT）

GB/T17505-1998钢及钢产品交货一般技术要求(ISO404:1992,IDT)

GB/T19349-2012金属和其它无机覆盖层为减少氢脆危险的钢铁预处理（ISO9587:2007，IDT）

ISO148-1:2009金属材料夏比摆锤冲击试验第1部分：试验方法（Metallicmaterials—Charpy

pendulumimpacttest—Part1:Testmethod）

ISO273:1979紧固件螺栓和螺钉用通孔（Fasteners—Clearanceholesforboltsandscrews）

ISO286-2:2010产品几何技术规范（GPS）ISO线性尺寸公差代码第2部分：标准公差等级和孔、轴

的极限偏差表，及修改件I(2013)（Geometricalproductspecifications(GPS)—ISOcodesystemfortolerances

onlinearsizes—Part2:Tablesofstandardtoleranceclassesandlimitdeviationsforholesandshafts,

correctedbyISO286-2:2010/Cor1:2013

ISO898-1:2013碳钢和合金钢制紧固件机械性能第1部分：具有规定性能等级的螺栓、螺钉和螺柱粗哑

螺纹和细齿节螺纹（Mechanicalpropertiesoffastenersmadeofcarbonsteelandalloysteel—Part1:

Bolts,screwsandstudswithspecifiedpropertyclasses—Coarsethreadandfinepitchthread）

ISO4301-1:2016起重机分级第1部分：总则（Cranesandliftingappliances—Classification—Part1:

General）

ISO5817-2014焊接钢、镍、钛及其合金的熔化焊接头(束焊除外)缺陷质量等级（Welding—

Fusion-weldedjointsinsteel,nickel,titaniumandtheiralloys(beamweldingexcluded)—Qualitylevelsfor

imperfections）

ISO7452:2013热轧结构钢板尺寸和形状公差（Hot-rolledstructuralsteelplates—Toleranceson

dimensionsandshape）

1

GB/T30024—XXXX/ISO20332:2016

ISO7788:1985钢热轧钢板和宽扁钢板的表面光洁度交货要求（Steel—Surfacefinishofhot-rolled

platesandwideflats—Deliveryrequirements）

ISO8686.1-2012起重机载荷与载荷组合的设计原则第1部分：总则（Cranes—Designprinciplesfor

loadsandloadcombinations—Part1:General）

ISO8686-2起重机载荷与载荷组合的设计原则第2部分：流动式起重机（Cranes—Designprinciplesfor

loadsandloadcombinations—Part2:Mobliecranes）

ISO8686-3起重机载荷与载荷组合的设计原则第3部分：塔式起重机（Cranes—Designprinciplesfor

loadsandloadcombinations—Part2:Mobliecranes）

ISO8686-4起重机载荷与载荷组合的设计原则第4部分：臂架起重机（Cranes—Designprinciplesfor

loadsandloadcombinations—Part4:Jibcranes）

ISO8686-5起重机载荷与载荷组合的设计原则第5部分：桥式和门式起重机（Cranes—Design

principlesforloadsandloadcombinations—Part5:Overheadtravellingandportalbridgecranes）

ISO9013：2002热切割热切割分类产品几何量技术规范和质量公差（Thermalcutting--Classificationof

thermalcuts—Geometricalproductspecificationandqualitytolerances）

ISO12100机械安全设计通则风险评估与风险减小（Safetyofmachinery—Basicconcepts,general

principlesfordesign—Riskassessmentandriskreduction）

ISO17659：2002焊接图示焊接接头的多语种术语（Welding—Multilingualtermsforweldedjointswith

illustrations）

3术语、定义、符号和缩略语

GB/T6974.1-2008中第8章、ISO12100和ISO17659中界定的以及下列术语、定义、符号和缩略语（见

表1）适用于本文件。

3.1

钢材等级gradeofsteel

通过钢材强度（通常用屈服应力，有时也用极限强度）评价。

fyfu

3.2

钢材质量qualityofsteel

通过钢材相应试验温度下的冲击韧性评价。

表1本标准所用的主要符号和缩略语

符号含义

A横截面面积

Aeq计算的等效面积

螺栓或销轴孔处的净截面面积

An

螺栓根部面积

Ar

螺纹公称应力截面积

As

a几何尺寸

焊缝熔融的几何尺寸

ahi

有效焊缝厚度

ar

2

GB/T30024—XXXX/ISO20332:2016

b几何尺寸

c几何尺寸

DA圆柱体有效承载直径

销轴内径

Di

销轴外径

Do

d（螺栓/销轴）直径

孔的直径

dh

dw螺栓头部接触区的直径

do孔的直径

E弹性模量

，边界距离

e1e2

F力

Fb螺栓上的拉力

Fb,Rd极限设计承压力

，

Fb,SdFbi,Sd设计承压力

附加力

∆Fb

由于外部拉力引起连接中压力的减少量

Fcr

极限设计拉力

Fcs，Rd

极限力

Fd

（螺栓连接上的）外力

Fe，t

特征值（力）

Fk

螺栓预紧力

Fp

设计预紧力

Fp，d

极限设计力

FRd

构件的设计力

FSd

每个螺栓和每个摩擦面的极限设计滑移力

Fs，Rd

，每个螺栓的极限设计拉力

Ft1，RdFt2，Rd

每个螺栓的外部拉力

Ft，Sd

每个螺栓销轴和每个剪切面的极限设计剪力

Fv，Rd/

每个螺栓销轴和每个剪切面的设计剪力

Fv，Sd/

法向力剪力

Fσ，τ/

f板的面外缺陷

Fb,Rd,x极限设计压缩纵向应力

Fb,Rd,y极限设计压缩横向应力

Fb,Rd,极限设计屈曲剪应力

极限应力

fd

特征值（应力）

fk

极限设计应力

fRd

被连接件的极限强度

fu

螺栓的极限强度

fub

焊缝的极限强度

fuw

fw,Rd极限设计焊缝应力

fy被连接件的屈服应力或0.2%残余变形的屈服强度

3

GB/T30024—XXXX/ISO20332:2016

表1（续）

符号含义

fyb螺栓的屈服应力

fyk结构件的屈服应力（最小值）

fyp销轴的屈服应力

h工件的厚度

焊缝与载荷作用接触区域之间的距离

hd

I惯性矩

螺栓的刚度（斜率）

Kb

被连接件的刚度（斜率）

Kc

基于所考虑结构细部的的应力谱系数

kmm

k*具体的应力谱比例系数

Kx,K板的屈曲系数

L压缩构件的长度

有效夹紧长度

lk

板缺陷的测量长度

lm

lr有效焊缝长度

lw焊缝长度

l1无螺纹处的有效长度

l2有螺纹处的有效长度

极限设计弯矩

MRd

设计弯矩

MSd

mlogσ/logN曲线的斜率常数

由和表示应力循环时，因疲劳导致失效时的应力循环数

Na,im,j

压缩力

Nc

压缩构件的临界屈曲载荷

Nk

极限设计压缩力

NRd

设计压缩力

NSd

参考点的循环次数

Nref

Nt事件的总次数

NC缺口效应级别

NDT无损检测

ni在应力范围i内的应力循环次数

n承受相同载荷的螺栓数量

Ps可靠性概率

p1，p2螺栓中心距

Q剪力

冲击韧性参数

qi

设计抗力

Rd

r车轮半径

S应力历程参数级别，s

设计应力或力

Sd

4

GB/T30024—XXXX/ISO20332:2016

表1（续）

符号含义

应力历程参数

sm

T温度

TIG钨极惰性气体保护焊

t厚度

U工作循环等级

u形状系数

v直径比

弹性截面模量

Wel

承压连接特征系数

极限焊缝应力系数

w

疲劳强度具体抗力系数

mf

一般抗力系数

m

p分项安全系数

总的抗力系数

R

螺栓的总抗力系数

Rb

受拉状态下有孔截面处的总抗力系数

Rc

结构件的总抗力系数

Rm

Rp销轴的总抗力系数

防滑连接的总抗力系数

Rs

具体抗力系数

s

螺栓连接的具体抗力系数

sb

结构件的具体抗力系数

sm

sp销轴连接的具体抗力系数

夹紧摩擦型连接的具体抗力系数

ss

受拉状态下有孔截面处的具体抗力系数

st

附加伸长

t

p预紧伸长

斜拉构件的倾斜

i

离散角

焊缝方向接触区的宽度

滑动摩擦系数

应力范围发生的相对总次数

直径比

D

各应力的表达

应力范围

应力范围i

i

ˆ最大应力范围

应力范围的下极限值

b

5

GB/T30024—XXXX/ISO20332:2016

表1（续）

符号含义

特征疲劳强度（正应力）

c

e板屈曲的参考应力

为单一参数应力循环分级而选择的恒定平均应力

m

极限设计应力范围（正应力）

Rd

*

Rd,1对于k=1的极限设计应力范围

设计应力（正应力）

Sd

设计应力范围（正应力）

Sd

Sd,x设计压缩纵向应力

Sd,y设计压缩横向应力

应力范围的上极限值

u

w,Sd设计焊缝应力（正应力）

x,y正应力在x，y方向的分量

最大应力幅度

ˆa

min,max应力极限值

剪应力

特征疲劳强度（剪应力）

c

设计应力（剪应力）

Sd

设计应力范围（剪应力）

Sd

极限设计应力范围（剪应力）

Rd

w,Sd设计焊缝应力（剪应力）

动载系数

i

板的应力比

4概述

4.1一般原则

应对在载荷或重复载荷循环作用下可能失效、断裂或变形而影响起重机功能的构件、杆件以及细部进

行能力验证计算。

注：为获取适用于各种类型起重机验证计算的更多信息，请参考ISO8686。并非所有的计算都适用于每类起重机。

4.2文件编制

能力验证文件应包括：

——设计假定，包括计算模型；

——适用的载荷与载荷组合；

——材料性能；

——根据ISO5817确定焊缝质量等级；

——连接件的性能；

——相关极限状态；

——能力验证计算结果及适用性测试。

6

GB/T30024—XXXX/ISO20332:2016

4.3可选方法

除采用计算的方法进行能力验证外，也可通过试验的方法进行验证，或由二者协同验证。试验过程中

的载荷大小和分布应符合相关极限状态下的设计载荷与载荷组合。

此外，对于先进的和公认的理论或试验方法，只要符合本标准的原则，通常可以使用。

4.4结构件的材料

推荐采用符合如下国际标准的钢材：

——ISO630[1]；

——ISO6930-1[6]；

——ISO4950[2]；

——ISO4951-1，ISO4951-2和ISO4951-3，[3],[4],[5]。

在使用其他钢材的场合，应已知其极限强度和屈服应力的具体值。而钢材的力学性能和化学成

fufy

分应根据GB/T17505确定。此外应满足下列条件：

——当fu/fy1.05时，设计值fyfu/1.05；

——断面面积A7%的伸长量的计算长度L05.65S0（S0为初始截面面积）

——应详细给出材料的焊接性或非焊接性，并且，对于焊接材料，需进行焊接性证明。

——用于冷成型的材料，应给出相关参数。

板厚的负公差等于或大于ISO7452:2013级别A的规定值时，能力验证采用板厚的标准值。否则应采用

板厚的实际最小值。

当验证用于受拉构件的钢材质量和等级（参考相关标准）时，应考虑冲击韧性参数的综合影响。表

qi

给出不同影响因素下的值。表给出了依据∑确定的所需冲击能量和试验温度，而这些应当由钢材制

2qi3qi

造商根据ISO148-1确定。

表2冲击韧性参数

qi

序号影响因素

qi

0≤T0

-10≤T＜01

-20≤T＜-102

1工作环境温度T（°C）

-30≤T＜-203

-40≤T＜-304

-50≤T＜−406

≤300

fy0

300＜≤460

fy1

屈服应力（2）460＜≤700

2fyN/mmfy2

700＜≤1000

fy3

1000＜≤1300

fy4

t≤100

材料厚度t（mm）

310＜t≤20