起重机械金属结构.ppt

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 GB3811 83 中国标准出版社 19842 金属结构 徐克晋主编 机械工业出版社 19933 钢结构设计规范 GBJ17 88 中国计划出版社 19894 EdwinH Gaylord5 ChailesG Salmen JohnE Johnson 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 绝大多数意指钢结构 0 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 0 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 0 2在起重机械中的应用 一 例子桥式起重机 0 2在起重机械中的应用 2龙门起重机 0 2在起重机械中的应用 3 装卸桥 0 2在起重机械中的应用 4 门座式起重机 0 2在起重机械中的应用 5 塔式起重机 0 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 0 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 既受轴向载荷又受弯矩载荷 0 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 0 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 0 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 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 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 1 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 1 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 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 p 1 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 1 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 34 剪切许用应力挤压许用应力 1 2钢材的性能及影响因素 b 塑性特性伸长率 l1 l0 l0 x100 l l0 x100 断面收缩率 A0 A1 A0 x100 A Ax100 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 1 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 1 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 1 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 s 4 破坏前通常无明显塑性变形 突然脆断 影响结构钢材疲劳强度的主要因素 材料 应力比 工艺因素和载荷顺序和载荷的变化频率 1 2钢材的性能及影响因素 4 脆性特性脆性断裂 破坏前没有塑性变形的断裂 塑性断裂 破坏前有明显塑性变形的断裂 衡量材料抵抗脆性断裂的能力指标 冲击韧性 K 影响因素 化学成分 应力集中 应力状态 加工硬化 焊接 低温环境 老规范规定 在 20 以下地区工作的起重机主要承力构件 必须使用镇静钢且在相应温度下的冲击韧性 k 0 3Nm mm2 1 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P181 P182 1 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 1 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 Ceq 0 45 时 焊接性能好 1 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 1 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 1 3钢材的分类和标示代号 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Q195 215 235 255 275A B C DF b Z TZ例 Q195 Q235 A F Q235 B等ABCD含S P 高低 1 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20A 优质 4540Mn3 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 1 4钢材的选择和规格 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 1 4钢材的选择和规格 二 规格板材GB T709 88 1000 2500 8等边角钢 GB T9887 1988 L120 120 6 1200不等边角钢 GB T9788 1988 L180 80 7 5 1550槽钢 GB T707 1988 320 78 8 2300工字钢 GB T706 1988 I200 100 7 0 5000扁钢 GB T704 1988 100 6