桥式起重机设计计算讲义

起重机设计计算培训讲义 1 一 通用桥式起重机箱形主梁强度计算 双梁小车型 1 受力分析 作为室内用通用桥式起重机钢结构将承受常规载荷 和三种 G P Q P H P 基本载荷和偶然载荷 因此为载荷组合 S P 其主梁上将作用有 载荷 G P Q P H P 主梁跨中截面承受弯曲应力最大 为受弯危险截面 主梁跨端承受剪 力最大 为剪切危险截面 当主梁为偏轨箱形梁时 主梁跨中截面除了要计算整体垂直与水平弯 曲强度计算 局部弯曲强度计算外 还要计算扭转剪切强度 弯曲强度与 剪切强度需进行折算 2 主梁断面几何特性计算 上下翼缘板不等厚 采用平行轴原理计算组合截面的几何特性 起重机设计计算培训讲义 2 图 2 4 注 此箱形截面垂直形心轴为 y y 形心线 为对称形心线 因上下翼 缘板厚不等 应以 x x 为参考形心线 利用平行轴原理求水平形心线 x x 位置 c y 断面形状如图 2 4 所示 尺寸如图所示的 H B b 等 1 h 2 h 0 b 321 2FFFF 11 BhF 02 bhF 23 BhF Frq mkg 321 2 3202 1 1 2 2 2 1 2 2 FFF h FhhF h HF F yF y ii c cm 2 23 3 2 2 32 3 21 2 11 3 1 12 2 12 2 12 yF Bh yF hhHb yF Bh Jx 4 cm 20 2 0 32 2 3 1 22 2 12 2 1212 bb F hbBhBh Jy 4 cm 和 cXX yJW cX yHJ 3 cm 2 B J W y y 3 cm 3 许用应力为和 载荷组合 类别 安全系 数 拉伸 压缩 弯曲许用应力 剪切 许用应力 端面挤压 许用应力 组合 类载荷 48 1 I n 48 1 I s 3 I I I 5 1 cd 组合 类载荷 34 1 II n 34 1 II s 3 II II II 5 1 cd 起重机设计计算培训讲义 3 组合 类载荷 16 1 III n 16 1 III s 3 III III III 5 1 cd 4 受力简图 q 2 S q 8 2 S b 2 S b BRAR BA 21PP 2 5 与为起重小车作用在一根主梁上的两个车轮轮压 由和小车自 1 P 2 P Q P 重分配到各车轮的作用力为轮压 如时 可认为 等于和小车PPP 21 P Q P 自重之和的四分之一 5 主梁跨中集中载荷 轮压和 产生最大垂直弯矩 Mp 1 P 2 P N m 时简算 4 212 SPP Mp 1 P 2 P N m 时 2 2 bS PMp PPP 21 N m 时 可近似取 2 2 bS PMp 1 P 2 P 2 21 PP P 注 建议当 时 采用计算为佳 1 P 2 P 2 21 PP P 6 跨中均布载荷 自重 产生最大垂直弯矩 Mq G P 起重机设计计算培训讲义 4 N m 88 2 11 qSSP Mq G 7 主梁跨中垂直最大弯矩垂M MqMpM 垂 8 主梁跨中水平惯性载荷产生弯矩 水 M q S 2 S P P 2 6 N m 2 3 24 2 1 4 2 r S Sq r S SP M 惯惯 水 式中 y y J J B lc Sr 2 1 2 33 2 8 主梁端截面的 y J1 4 cmJy 端梁截面的 y J2 4 cmJy Z Z PP 1 5 1 惯 2 1 Q PP 小车自重 起重机大车驱动轮数 1 Z 总轮数Z 起重机设计计算培训讲义 5 Z Z qq 1 5 1 惯 9 主梁跨中截面弯曲强度计算 34 1 4 s II YX W M W M 水垂 10 主梁跨端剪切强度计算 S b 2P1P q 2 7 跨端最大剪力 max Q 2 1 21max qS S b PPQ 跨端最大剪应力 3 2 1 0maxII II x J SQ 主梁跨端截面的静面矩 中性轴以上面积对中性轴的静面 0 S 矩 各面积乘以形心至中性轴距离 3 cm 腹板厚 cm 截面的水平惯性矩 x J1 4 cm 起重机设计计算培训讲义 6 二 通用桥式起重机箱形主梁刚度计算 1 垂直静刚度 垂 f 简算 48 3 21 f EJ SPP f x 垂 精算 12 75 0 22 21 f EJ lSlPP f x 垂 为小车轮压至主梁支承处距离 见下图所示 l b 12 2 8 当时PPP 21 6 75 0 P 22 f EJ lSl f x 垂 注 不乘以系数 1 P 2 P 均布载荷 自重 产生的垂直静刚度不予以计算 因无法 G P 检测 2 水平静刚度 水 f 参看图 2 6 2000 4 5 384 3 1 48 43 S f r S EJ Sq r S EJ SP f yy 水 惯惯 水 起重机设计计算培训讲义 7 不检测 只作为设计计算用 水 f 三 通用桥式起重机箱形主梁稳定性计算 整体稳定性一般不作计算 因为是简支梁 不可能发生失稳造成前倾 与侧翻 通常情况下只要计算出主梁水平刚度时即可免算 2000 S ff 水水 以箱形受弯构件局部稳定性为例 作为简支梁箱形截面主梁 弯曲时 只有腹板受压区和受压翼缘板处才有局部失稳的可能 保证不失稳的办法 是设置加劲肋 1 腹板的局部稳定性计算 分两种情况处理 一种是正轨 包括半偏轨 箱形梁 局部压应力 0 m 另一种是偏轨箱形梁 局部压应力 轮压作用在腹板上 0 m 1 横向加劲肋间距 a 的确定 当时 腹板高 腹板厚 材料屈 sh h 235 80 0 0 h h s 起重机设计计算培训讲义 8 服极限 时 可不设置加劲肋 0 m 时 按结构适当增设加劲肋 0 m 当时 应设置横向加劲肋 此时取 shs h 235 100 235 80 0 ha5 2 当时 应设置横向加劲肋 shs h 235 170 235 100 0 当时 0 m a 当时 取1200 0 h h 0 2ha b 当时 取15001200 0 h h 1000 500 0 0 h h h a c 当时 取1500 0 h h 500 1000 0 0 h h h a 上式中 可查下表 2 4 表 2 4 2 0 1 100 h h 0100140180200220240 1 001 011 021 031 041 051 06 2 0 1 100 h h 260280300320340360380 1 071 091 101 121 141 161 18 2 0 1 100 h h 400420440460480500520 1 211 241 271 311 351 401 46 起重机设计计算培训讲义 9 2 0 1 100 h h 540560580600620640 1 531 611 711 842 012 24 表 2 4 中为腹板与受压翼缘板接触处的弯曲应力如图 2 10 所示 1 2 10 上式中 最大剪力 对简支梁 为支反力 00 max h Q max Q A RQ 2 1 max A R 当时 0 m 41 0 03 K h hK a h 注 和查表 2 5 3 K 4 K 表 2 5 1 m 3 K 4 K 1 m 3 K 4 K 0 052123620 804021096 0 104222920 854171044 0 156422190 904291001 0 2010720760 95441965 0 2515219331 00450931 0 3018918081 10450900 起重机设计计算培训讲义 10 0 3521917101 20450870 0 4024816131 30450840 0 4526715401 40450810 0 5028914671 50450780 0 5531013941 60450750 0 6033113241 70450720 0 6535212541 80450690 0 7037111991 90450660 0 7538711472 00450630 上表中 局部压应力 m c P m 轮压P 翼缘板厚 y hac2 mma50 为轨道高度 y h 当时 shs h 235 240 235 170 0 此时除应设置横向加劲肋 同时应增设一条纵向加劲肋 当时 0 m 01 4 1 5 1 hh 102 hhh 当时 100 2 h h 2 5 2 ha 起重机设计计算培训讲义 11 2 11 当时 1200 2 h h 2 2ha 时 15001200 2 h h 1000 500 2 2 h h h a 时 1500 2 h h 500 1000 2 2 h h h a 当时 0 m 01 4 1 5 1 hh 2 2 21 K h hK a h 上述当计算出的 值大于 或出现负值时取即可 上式中的ah2 2 2ha 和如表 2 6 所示 1 K 2 K 表 2 6 m1 K 2 K m1 K 2 K 0 27127001 9569520 0 37096972 0560511 0 47066912 2541493 0 57006852 4529475 0 66946762 6517457 0 76856662 8505439 起重机设计计算培训讲义 12 0 86766543 0494426 0 96676423 2487414 1 06586303 4480402 1 16496183 6471390 1 26406063 8462378 1 36305934 0453368 1 46185804 2444359 1 56065664 4435350 1 65965544 6426341 1 75875424 8417332 1 85785305 0408323 当时 此时应加横向加劲肋 同时增设二道 shs h 235 320 235 240 0 纵向加劲肋 2 12 01 2 0 15 0 hh 02 2 0 175 0 hh 按 部分和时 公式计算确定 a0 m 0 m a 时 sh h 235 320 0 应加横向加劲肋和同时增设多道纵向加劲肋 这种情况为高腹板 大 起重量 超大跨起重机时才这样处理 详细计算请见起重机设计手册 564 起重机设计计算培训讲义 13 页相应部分 一般不会出现这种情况 腹板加劲肋的结构要求和截面设计 a 加劲肋间距的构造要求 只有横向加劲肋时 且不大于 2m 0 2 5 0 ha 同时设置横向和纵向加劲肋时 且不大于 2m 需要 20 2 5 0hha 加横向短加劲肋时 和均为 一般情况 1 a 11 75 0 ha 1 h 2 h 021 4 1 5 1 hhh 是加一个横向加劲肋再加一个短横向加劲肋 b 加劲肋的截面形式 横向加劲肋采用钢板 纵向加劲肋采用扁钢 角钢等 c 加劲肋截面尺寸与惯性矩 仅设横向加劲肋时 如图 2 13 所示 2 13 横向加劲肋宽度 工字形主梁 40 30 0 h b 箱形主梁 40 30 2 1 0 h b 横向加劲肋厚度 15 b 同时设有横向 纵向加劲肋时 横向加劲肋除应满足间距 要求时 还应满足应具有一定惯性矩 a 1Z I 要求 3 01 3 hZ hI 起重机设计计算培训讲义 14 横向加劲肋截面对腹板厚中心线的惯性矩 1Z I 纵向加劲肋惯性矩 2Z I 当时 85 0 0 h a 3 02 5 1 hZ hI 时 85 0 0 h a 3 2 0 2 0 2 45 0 5 2 hZ h a h a I 2 2 xFIZ 角钢截面积F 角钢垂直形心线至腹板中心线距离x 2 受压翼缘板局部稳定性计算 1 2 15 工字梁 不加纵向加劲肋 s b 235 15 2 箱形梁 不加纵向加劲肋 s b 235 40 0 起重机设计计算培训讲义 15 3 当和时 应加纵向加劲肋 s b 235 15 s b 235 40 0 纵向加劲肋应保证有一定的惯性矩要求 m b a b a IZ 3 1 2 1 3 09 064 0 纵向加劲肋惯性矩 为纵向加劲肋面积乘以水平形心线至翼缘 3Z I 板水平中心线距离的平方 纵向加劲肋个数m 翼缘板总宽 1 b 横向加劲肋间距a 翼缘板厚度 4 纵向加劲肋材料 多采用扁钢 角钢和 T 字钢等 四 通用桥式起重机端梁的设计计算 通用桥式起重机端梁都是采用钢板组焊成箱形端梁 并在水平面内与 主梁刚性连接 端梁承受有二种主要载荷 一是承受主梁的最大支承压力 二是 max V 承受桥架偏斜侧向载荷 此时为起重小车行至 s P 2 1 2 1 maxQGG PPPV 小 主梁跨端 式中为一根主梁自重 为起重小车自重 为起重量 G P 小G P Q P 上述载荷将使端梁产生垂直弯矩和剪力 并认为两主梁的压力相同 小车 水平制动载荷和端梁的自重影响很小 可忽略不计 端梁的受力图如图 2 16 所示 起重机设计计算培训讲义 16 III III III III Ps I II I II c Vmax B0 B Vmax Ps 2 16 图 2 16 中为轮距 基距 为两主梁中心距 为车轮中心至主B 0 BC 梁中心的距离 端梁计算将按图 2 16 中的危险截面 分别计算 截面为端梁最大弯矩截面 为支承截面 为薄弱截面 1 截面弯曲应力与剪应力 CVMV max CPM sH 剪力 max VQV 截面应力 y H x V W M W M 剪应力一般不大 可忽略不计 2 截面弯曲应力与剪应力 截面水平弯矩和垂直弯矩近似为零 截面仅计算剪应力 剪力 max VQV 起重机设计计算培训讲义 17 x V J SQ 2 0 式中 剪力 V Q 截面的静矩 0 S 截面的水平惯性矩 x J 截面的腹板厚度 截面的水平弯矩和剪力均不大 可忽略不计算 主要验算连接 螺栓的强度 详见 起重机设计手册 612 页 三 接头计算 起重机设计计算培训讲义 18 五 电动单梁起重机主梁强度计算 1 主梁跨中整体强度计算 172 图 4 2 SP M Q P 式中 Q PP 2 GPP GQ 小 葫芦及小车自重 起重量 小G PG 8 2 1qS M q qP MMM 垂 84 2 SqSP M 惯惯 水 yx y W M W M 水垂 4 整体弯曲应力 其参数同双梁起重机 y 2 工字钢下翼缘局部弯曲应力计算 如图 2 18 中的工字钢下翼缘局部弯曲危险点为 1 3 和 5 点中一点 1 点对应图 2 19 中和曲线 3 点对应图 2 19 中的和曲线 1 K 2 K 3 K 4 K 起重机设计计算培训讲义 19 5 点对应图 2 19 中的曲线 方向 为 方向 5 KxxKK 为和 312 K 4 K 5 Ky 图 2 18 图 2 19 图 2 18 中 普形工字钢 特也为普形工字钢 Re164 0 30 mmc4 dba 2 1 ecai 图 2 19 中 查 值即得到相应值 a i 51 KK 1 点的局部弯曲应力 2 0 11 t P K x 式中 轮压P 处翼缘平均厚度 0 ta 2 1 2