疲劳计算与吊车梁设计（精品学习教案

1、会计学1疲劳疲劳(plo)计算与吊车梁设计（精品计算与吊车梁设计（精品第一页，共50页。 构件和连接中应力集中(jzhng)大小和残余应力对钢结构的疲劳强度影响显著 第1页/共50页第二页，共50页。 1）应力比 min/max 连续重复荷载之下应力从最大到最小重复一周叫做一个循环(xnhun)。应力循环(xnhun)特征常用应力比来表示，拉应力取正值，压应力取负值。 =1时，称为完全对称循环(xnhun)； =0时，称为脉冲循环(xnhun)；=1时，为静荷载；01时，为同号应力循环(xnhun)；10时，为异号应力循环(xnhun)。静力荷载 脉冲(michng)循环第2页/共50页第三页

2、，共50页。 2）应力(yngl)幅 在循环荷载作用下，应力(yngl)从最大max 到最小min重复一次为一次循环，最大应力(yngl)与最小应力(yngl)之差为应力(yngl)幅。即 =maxmin 上图中b到e图为等幅循环完全(wnqun)对称循环 变幅循环第3页/共50页第四页，共50页。 纵坐标为疲劳(plo)强度，横坐标为致损循环次数或疲劳(plo)寿命应力循环次数: 指在连续重复荷载作用下应力由最大到最小的循环次数。 在不同应力幅作用下，各类构件和连接产生疲劳(plo)破坏的应力循环次数不同，应力幅愈大，循环次数愈少。当应力幅小于一定数值时，即使应力无限次循环，也不会产生疲劳(

3、plo)破坏。 应力比变化时，疲劳(plo)强度的极限就不同第4页/共50页第五页，共50页。fyfyfyfyfyfy残余应力的分布第5页/共50页第六页，共50页。第6页/共50页第七页，共50页。第7页/共50页第八页，共50页。容许应力幅是根据大量实验资料经统计分析提出。图中各黑点是对某一构件或连接所得的试验点，表示应力幅和致损循环次数(csh)的关系，实线为统计平均值直线，所得容许应力幅的保证率为50%;虚线为从统计平均值直线减去2倍的标准差得到，所得容许应力幅的保证率为97.7%第8页/共50页第九页，共50页。（3）变幅疲劳(plo)计算e(10.4) e等效常幅疲劳(plo)应力

4、幅。 常幅疲劳(plo)的容许应力幅。 计算e 根据累积损伤原理可将变幅疲劳折合为等效常幅疲劳， 将随机变化的应力幅折算为等效应力幅e按下式进行疲劳计算：1iiienn(10.5)公式10.5是根据总的损伤按线性叠加计算第9页/共50页第十页，共50页。（4）吊车梁疲劳(plo)计算6102nf（10.6）f 欠载效应的等效系数ef6102n循环次数为n=2106次的容许应力幅,按50年考虑。第10页/共50页第十一页，共50页。第11页/共50页第十二页，共50页。【例题10.1】某由双角钢组成的轴心受拉构件，钢材为Q235-B，截面为275 x8，截面积A=2x11.50=23.Ocm2。

5、节点板厚12mm，与角钢用四条侧面角焊缝相连如图10.5所示。拉杆承受等幅循环荷载，预期应力循环次数(csh)n =1.5E6次，最大荷载标准值Nkmax= 370kN，最小荷载标准值Nkmin=220kN，最大荷载设计值Nmax= 490kN。焊缝尺寸如图示。试验算此轴心拉杆和连接的静力强度与疲劳强度第12页/共50页第十三页，共50页。(1)荷载设计值作用下的静力强度(qingd)验算（2）疲劳(plo)计算1) 构件的抗拉强度2）角钢背角焊缝(hn fn)的强度3）角钢趾尖角焊缝(hn fn)的强度1）侧面角焊缝端部主体金属（角钢）的疲劳2）角钢背角焊缝的疲劳3）角钢趾尖角焊缝的疲劳本题

6、的构件和连接，其静力强度和疲劳强度都满足要求。第13页/共50页第十四页，共50页。10.5吊车(dioch)梁的设计要点一、吊车梁的荷载二、吊车梁截面的组成(z chn)及验算第14页/共50页第十五页，共50页。一、吊车(dioch)梁的荷载第15页/共50页第十六页，共50页。（1）吊车梁的竖向荷载 吊车梁的竖向荷载标准值应采用吊车最大轮压或最小轮压。吊车沿轨道运行、起吊、卸载以及工件翻转时将引起吊车梁振动，特别是当吊车越过轨道接头处的空隙时还将发生撞击，因此在计算吊车梁及其连接强度时吊车竖向荷载应乘以动力(dngl)系数。作用在吊车梁上的最大轮压设计值:建筑(jinzh)结构荷载规范的

7、规定的吊车工作级别与钢结构设计规范规定的工作制等级的对应关系：A1-3级，相当于轻级工作制，A4-5为中级工作制，A6-7为重级工作制， A8为超重级工作制吊车第16页/共50页第十七页，共50页。2.吊车的横向水平(shupng)荷载依建筑结构荷载(hzi)规范(GB 50009)的规定， 作用于每个吊车横向水平荷载(hzi)的设计值：n -桥式吊车的总轮数g 重力加速度Q 吊车额定起重量Q1-小车重量第17页/共50页第十八页，共50页。吊车工作级别为A6 A8（重级工作制吊车梁）时，吊车运行时摆动(bidng) 引起的水平力比刹车更为不利,钢结构设计规范(GB50017)规定：吊车横向水

8、平力标准值： 0.1 软钩吊车 1= 0.15 抓斗或磁盘吊车 0.2 硬钩吊车规范(gufn)规定，在计算重级工作制吊车梁时，吊车的横向水平荷载设计值应取式（10.8）和式（10.9）中的较大者第18页/共50页第十九页，共50页。3.吊车(dioch)梁的永久荷载第19页/共50页第二十页，共50页。二、吊车梁截面的组成(z chn)及验算（1）.单轴对称工字形截面(jimin) 适用于Q 30t，L 6m此时竖向轮压产生的弯矩设计值Mx由整个梁截面承受横向(hn xin)水平力T产生的弯矩设计值My则假定单由上翼缘承受，因而不用考虑T引起的扭转影响。第20页/共50页第二十一页，共50页

9、。强度和稳定的验算公式(gngsh)分别为吊车梁直接承受动力荷载，故计算时不考虑塑性变形在截面(jimin)上的发展抗弯刚度上翼缘下翼缘整体(zhngt)稳定（上翼缘）W1nx、W2nx和W1x分别为整个梁截面的净截面和毛截面对x轴的弹性截面模量，1和2分别指对上翼缘和下翼缘。W1ny和W1y分别为上翼缘板的净截面和毛截面对y轴的弹性截面模量b为单向弯曲时梁的整体稳定系数第21页/共50页第二十二页，共50页。（2）.带制动(zh dn)梁的吊车梁适用(shyng)于Q50t、l=6m竖向荷载(hzi) 吊车梁 Mx横向水平荷载T 制动桁架 My与支柱的相对位置由吊车梁上的上翼缘板、水平腹板和

10、专设槽钢组成第22页/共50页第二十三页，共50页。由于制动梁作为(zuwi)吊车梁的侧向支承，因而对这种形式的吊车梁不用验算整体稳定，只需验算强度 当为实腹制动梁时，吊车梁上翼缘强度按下式验算Wnx为吊车粱的净截面(jimin)对x轴的弹性截面(jimin)模量Wny为制动梁截面(jimin)在吊车梁上翼缘 外侧对y轴的净截面(jimin)弹性截面(jimin)模量第23页/共50页第二十四页，共50页。(3)带制动桁架(hngji)的吊车梁 竖向荷载(hzi) 吊车梁横向水平荷载 制动桁架适用于吊车梁跨度(kud)L12m(A6A8)L18m(A1A5) 为增加吊车梁和制动梁的整体刚度，在

11、制动梁的另一侧需设置于吊车梁同样高度的辅助桁架。 在吊车梁的下翼缘和辅助桁架的下弦平面内设置水平支撑，使吊车梁和制动梁系构成一箱型截面。 为增加截面刚度，在吊车梁的跨度(kud)的L/3-L/4处还需设置垂直交叉支撑。第24页/共50页第二十五页，共50页。当制动梁宽度B1.2m时，为节约钢材，常把制动梁改成(i chn)制动桁架，见图10.8第25页/共50页第二十六页，共50页。当为制动梁时，吊车梁的抗弯刚度可按前述的（10.13）式计算当为制动桁架(hngji)时，吊车梁上翼缘板的强度按下式验算：参阅图10.8，吊车(dioch)梁上翼缘同时又是制动桁架的弦杆，在横向水平集中荷载T的作用

12、下，吊车(dioch)梁上翼缘板承受有最大水平弯矩设计值My产生的轴向压力N1和节间局部弯矩My。局部弯矩My常按下式近似算出第26页/共50页第二十七页，共50页。 吊车梁下翼缘板因只受Mx产生的纤维拉应力，在双轴对称工字形截面(jimin)中其应力小于上翼缘板的，因而不需再验算下翼缘板的强度。 图10.7(b)至图10.7( d)所示均为边列柱时的吊车粱组成。当为中列柱时，因柱两侧跨间均有吊车梁，此时只需将两侧的吊车粱上翼缘板间连以制动粱或制动桁架即可，如图10.9所示。吊车梁的计算与前面所述相同。第27页/共50页第二十八页，共50页。 上面(1)-(3)是介绍吊车(dioch)梁的常用

13、组成形式，并说明了吊车(dioch)梁截而本身的强度和稳定计算公式。在吊车(dioch)梁的计算方面还应包括下列各点： 1)刚度验算 吊车(dioch)粱的竖向挠度应满足下式要求： Mxk为由自重和不考虑动力(dngl)系的一台最大起重量的吊车竖向荷载标准值所产生的最大弯矩 容许挠度VT可按本书附表1.7项次1查得 此外，冶金工厂或类似车间中设有工作级别为A7、A8级吊车的车间，其跨间每侧吊车粱或吊车桁架的制动结构，由一台最大起重量的吊车横向水平荷载标准值（按荷载规范取值）所产生的水平挠度不宜超过制动结构跨度的1/2200。第28页/共50页第二十九页，共50页。 2)疲劳验算 对重级工作制时

14、的吊车粱和重级、中级工作制时的吊车桁架，还需疲劳计算。对焊接吊车粱的疲劳计算，主要包括下列内容： 受拉翼缘连接(linji)焊缝附近的主体金属； 受拉翼缘板上螺栓孔附近的主体金属； 横向加劲肋端部的主体金属； 受拉翼缘与腹板的连接(linji)角焊缝； 梁端突缘支承加劲肋与腹板的连接(linji)角焊缝第29页/共50页第三十页，共50页。 所有计算都按跨间起重量最大的一台吊车荷载标准值确定其内力，并不考虑动力系数，上述计算内容中，第项如满足要求，则因第项的容许应力幅常大于第项而可以不计算第项。 此外，在设计吊车梁时，除进行周密的计算外，还需注意设计规范(gufn)GB50017中的各项构造受

15、求，可参阅该规范(gufn)第8.5节，此处不多说明第30页/共50页第三十一页，共50页。例题(lt) 例题10.2试设计一焊接工字形截面简支吊车粱，跨度l=12m。承受2台75/20t软钩桥式吊车，重级工作制，车间跨度L=30m，吊车跨度Lk=28.5m。辅助桁架与吊车梁轴线间距离为1250mm。制动结构采用制动梁。钢材为Q345钢。吊车粱上翼缘板与腹板连接采用焊透的T形接头对接与角接组合焊缝，下翼缘为双面角焊缝自动焊。自动焊采用H08焊丝配以高锰型焊剂，焊缝质量均小低于二级焊缝标准。其余手工焊采用E50型焊条。制功梁与吊车粱上翼缘板用高强度螺栓摩擦型连接，螺栓性能等级为10.9级，螺栓直

16、径M22，螺栓孔径do=24mm。吊车梁下翼缘板与辅助桁架下弦杆间的水平支撑桁架用C级普通(ptng)螺栓相连，d=22mm，do=23.5mm。第31页/共50页第三十二页，共50页。解： （1）吊车荷载的计算 1）吊车竖向轮压 2）横向水平荷载（每一吊车轮处的集中力） a.由吊车的小车的运行机构在启动或者制动时引起(ynq)的惯性力T b.由吊车摆动引起(ynq)的横向水平力H 本题HT，除计算吊车制动梁结构的水平挠度时，横向水平荷载标准值应取Tk， 在验算强度、稳定性时应取H 按大连起重机器厂1984年产品(chnpn)样本，查得上述桥式吊车的最大轮压标准值Pk=30.7t，横行小车重量

17、Q1=26.4t吊车的轮距如图10.10所示。钢轨型号为QUlOO，轨高150mm.第32页/共50页第三十三页，共50页。（2）吊车梁的内力(nil)计算利用(lyng)材料力学和结构力学（影响线）知识找弯矩最大处 1)两台吊车竖向轮压设计(shj)值作用下的梁内绝对最大弯矩Mx，（用于计算吊车梁的抗弯强度和腹板的加劲肋间距)。第33页/共50页第三十四页，共50页。2)两台吊车(dioch)竖向轮压设计值作用下梁端的最大剪力（用于计算粱的抗剪强度、腹板的加劲肋间距及支承加劲肋） 轮压位置如图1011(6)所示：两台(lin ti)吊车作用下产生粱端最大剪力的轮压位置3)两台吊车横向水平荷载

18、作用下制动动粱截面中的绝对最大弯矩My（验算吊车梁受压翼缘板和制动粱的抗弯强度时用） 轮压位置见图10.11(a)所示，绝对最大弯矩发生在轮压作用处，可由未考虑(kol)梁自重影响的Mx设计值按横向水平荷载设计值H=42.17kN和竖向轮压设计值P=463.8kN的比求得：第34页/共50页第三十五页，共50页。4) 一台吊车荷载标准值作用下的绝对最大弯矩（用以计算吊车粱的疲劳、竖向挠度和制动粱的水平挠度） 轮压位置(wi zhi)见圈1O.11 (c)所示，最大弯矩发生在轮压所在截面。粱上轮压合力作用点显然位于四个轮压的中点。一台吊车作用下产生绝对(judu)最大弯矩的轮压位置第35页/共5

19、0页第三十六页，共50页。一台吊车作用(zuyng)下产生梁端最大剪力的轮压位置：5) 一台吊车竖向轮压标准值作用下的粱端最大剪力（用于疲劳(plo)计算）轮压位置见图10.11（d）。第36页/共50页第三十七页，共50页。 为了便于在以后计算时选用，把上述计算所得(su d)的内力汇总于表10.5。 吊车梁内力汇总表 第37页/共50页第三十八页，共50页。（3）吊车(dioch)梁截面的选用1)腹板高度 兼顾经济高度和最小高度2)腹板厚度3）翼缘板截面4）初选吊车梁、制动梁和辅助桁架(hngji)的上下弦杆如图10.12所示第38页/共50页第三十九页，共50页。（4）吊车(dioch)

20、梁截面的验算1）截面的几何特性 吊车梁毛截面惯性矩2)吊车粱截面的强度验算（参阅第7章有关内容） 抗弯强度 上翼缘 下冀缘 整体稳定 因设有制动梁，不需验算整体稳定。 抗剪强度 腹板计算高度上边缘(binyun)的局部承压强度 绝对最大弯矩所在梁截面腹板计算高度上边缘(binyun)的折算应力第39页/共50页第四十页，共50页。3)挠度验算 竖向挠度（按一台吊车竖向轮压标准值计算(j sun)） 制动结构的水平挠度（按一台吊车标准值计算(j sun)）第40页/共50页第四十一页，共50页。（5）疲劳(plo)计算1)受拉翼缘板上螺栓孔附近的主体金属2)下翼缘连接(linji)焊缝附近的主体金属3)横向加劲肋端部附近的主体金属第41页/共50页第四十二页，共50页。（6）翼缘板和腹板的焊缝(hn fn)计算 1)上翼缘与腹板的连接焊缝采用焊透的T形接头对接与角接 组合焊缝，焊缝质量不低于二级标准，其强度不必计算。 2)下翼缘板和腹板用双面角焊缝的自动焊连接 按静力强度计算下翼缘的角焊缝尺寸(ch cun) 疲劳计算第42页/共50页第四十三页，共50页。（7）腹板加劲(ji jn)肋设计1)确定加劲肋的配置方式 需同时配置横向加劲肋和纵向(zn xin)加劲肋。2)选用加劲肋的距离 图10.13加劲(ji jn)肋布置示意图第43页/共50页第四十四页，共50页