桥式起重机主梁设计

1、第一章桥式起重机一般介绍§1-1起重机及其分类起重机械是用来进行起吊、空中搬运的一种设备，在社会生产及人们生活中具有重要作用，应用极为广泛。据不完全统计，我国起重机械已发展到近千个品种和三、四千种规格。根据我国现行的标准，起重机械大致可分为三大类。一、轻小型起重设备这种设备一般只有升降机构而无运行机构，属于这类设备的有：千斤顶、手动葫芦和电动葫芦（常配有运行机构）等。二、升降机只有升降机构而无运行机构，但有完善的安全装置，如电梯、升船机、物料升降机即属于此类。三、起重机起重机一般是指除了有起升机构外还有水平运行机构的起重设备。起重机根据水平运行的形式不同，又分为臂架式（旋转式）起重机

2、和桥式起重机两种类型。臂架式起重机除有起升机构外，通常还有旋转机构和变幅机构，可以在圆形场地及其上空作业。这类起重机还可装设在运输工具上构成运行臂架起重机，如门座、塔式、汽车、铁路起重机等，特别适用于露头装卸及安装工作。桥式起重机除有起升机构外，配有小车、大车两个运行机构，可在长方形场地及其上空作业。这类起重机适用于车间、仓库及露天货场等处工作。桥式起重机又有通用桥式起重机、冶金（专用）桥式起重机、龙门起重机等多种类型。桥式起重机横架在固定跨间上空用来吊运各种物料及设备，又称“天车”或“行车”。根据起吊装置不同，通用桥式起重机又分为吊钩（桥式）起重机、电磁盘（桥式）起重机和抓斗（桥式）起重机等

3、三种，在实际生产中吊钩桥式起重机应用最多。上述三种通用桥式起重机除抓取装置不同外，其结构基本相同。§1-2通用桥式起重机的机构通用桥式起重机主要由桥架（大车架）、大车运行机构、操纵室、装有升降机构和运行机构的小车以及电气设备等组成。桥架是起重机的基本构件。双梁桥架由两根主梁和两根端梁组成。端梁中间一般带有接头，主梁有箱形、桁架等形式。在主梁上方铺有钢轨，供小车运行。在两主梁的外侧装有走台，设有安全栏杆。在装有操纵室（驾驶室）一侧的走台上装有大车运行机构。在另一侧走台上装有小车上所有电气设备的宫供电装置，如有滑触线、集电器和电缆线等。大车运行机构由电动机、制动器、变速器、传动轴、联轴节

4、、车轮等组成。大车运行机构的驱动方式可分为集中驱动与分别驱动两种。集中驱动时，只有一套驱动装置装于走台中部，驱动装置通过传动轴同时带动两个主动轮。分别驱动时，在走台两端各有一套驱动装置分别带动两个主动轮，中间没有较长的传动轴。分别驱动的优点是，由于省去传动轴，桥架自重较轻，安装和维修较方便，所以大部分起重机采用这种驱动方式。操纵室又称驾驶室，是装于传动走台侧主梁下方一端的一个吊舱。在操纵室内，装有大、小车运行机构、升降机构的操纵系统和有关装置。操纵室上方有通向走台的舱口。小车又称台车，主要包括小车架、小车运行机构和起升机构。小车运行机构用以驱动小车沿主梁上的轨道运行。起升机构用以吊起和放下物料

5、。§1-3通用桥式起重机的主要技术参数一、起重量（Q）起重量是指起重机允许吊起的最大重量，又称额定起重量，通常以吨作单位。各种起重机的最大起重量，须符合国家标准规定（GB783-87）。二、跨度（L）桥架两端车轮垂直中心线间的距离，即大车轨道中心线间的距离称为起重机的跨度，以米做单位。起重机的跨度是根据厂房的跨度确定的，跨度值应符合国家标准规定（790-65）。三、工作速度工作速度包括起升速度、小车运行速度和大车运行速度（起重机运行速度）。中、小起重量的起重机，起升速度一般在820米/分之间，A1A5工作级别的取较低值，A6A8工作级别的取较高值。安装用起重机的起升速度一般在14米/

6、分之间。小车运行速度一般在3050米/分，跨度大的取较高值，否则取较低值。起重机运行速度一般在80120米/分，过慢会降低生产效率，快则启动和制动时的振动冲击大。四、工作级别根据国标规定（GB3811-83），起重机的工作级别，按照其利用等级和载荷状态不同，分为A1A8八级。起重机的利用等级表示起重机被使用的频繁程度，起重机的利用等级按其在设计寿命期内总的工作循环次数（起吊的次数）分为十级（UU）。09起重机的载荷状态表示起重机受载的轻重程度，它决定于每次起吊的实际重量及起吊各种重量的次数。起重机的载荷状态分为四级：Q1-轻级，表示很少起升额定载荷；Q2-中级，表示有时起升额定载荷，一般起升中

7、等载荷；Q3-重级，表示经常起升额定载荷；Q4-特重级，表示频繁起升额定载荷。设计起重机时，根据载荷状态和利用等级，即可从国标中查知起重机的工作级别。工作级别不同，对设计计算的要求不同。第二章设计原则及基本资料§2-1主梁的设计计算原则根据起重机设计规范（GB3811-83）规定，主梁采用许用应力法计算。必须进行强度、稳定性和刚性计算，并满足规定要求，计算时一般不考虑材料塑性的影响。对工作级别为A6、A7、A8级的主梁。应进行疲劳强度计算，并满足规定的要求。许用应力法，即在强度计算中以材料的屈服限，在稳定性计算中以稳定临界应力，在疲劳强度计算中以疲劳强度限除以一定的安全系数，分别得到

8、强度、稳定性和疲劳强度的许用应力，构件的计算应力不得超过其相应的许用值。刚性要求是指结构在载荷作用下产生的变形量，不超过许用的变形值。许用应力有载荷组合的类别及材料决定。§2-1设计主梁的基本材料一、计算载荷设计中直接使用的载荷，称为计算载荷。由于起重机主梁受的外载荷很多，在进行设计计算时无法完全考虑，也没有必要完全考虑，因此只选择与其破坏形式有关的、具有典型性的载荷作为设计依据，这种载荷通常称为计算载荷。作用在主梁上的载荷有：固定载荷、活动载荷、水平惯性载荷等。（一）固定载荷。此类载荷按分布特点可分为两种。1、固定均布载荷。属于这类载荷的有：1）主梁自重（q'）（包括主梁、

9、轨道、走台、栏杆等）。设计前参考同类产品初步估计或由有关图表查出。2）集中驱动时，桥架运行机构产生的均布载荷（q'）可从有关图表查出。2、固定集中载荷。属于这类载荷的有：1）操纵室重量（G'）。通常G'=1.3吨，作用点距梁一端距离为：L=2.8m。ccc2）驱动部件重量（Gq'，根据起重量查有关图表。注意集中驱动与分别驱动的差别。集中驱动时，G'作用于跨中，分别驱动时作用于主梁两端。大车运行机构重量（集中驱动）见表2-1所示。表2-1大车运行机构重量（集中驱动）起重量（Q）（t）均布重量(q')(t/m)ny集中重量（G'）（t）q50

10、.060.0650.7100.0650.070.7515/30.070.0750.8520/50.080.0851.030/50.090.11.250/50.120.152.0100/200.180.23.0起重机运行时，由于轨道接头或不平，会使主梁受到冲击作用，相当于主梁在垂直方向增加了一个附加载荷。在设计计算时须考虑该附加载荷的作用，将上述各固定载荷均乘以大于1的系数，该系数称为运行冲击系数，用K表示。K的大小与运行速度有关，可由公式算出，或由表2-2查出。表2-2冲击系数K运行速度（m/s）<1.01.01.51.63.0>3.0K1.01.11.21.3因此，计算固定载荷分

11、别为：q=kq”，G=kG'。式中：q”=q'+q'yG'=Gc'+Gq'q'-主梁自重固定均布载荷；q'-桥架运行机构产生的均布载荷。Gc'操纵室重量引起的固定集中载荷；Gq'驱动部件引起的固定集中载荷（二）活动载荷活动载荷就是小车车轮作用在主梁钢轨上的轮压。活动载荷包括小车自重和起重量两者作用的总和。另外，起重机的起升机构在启动和制动时，重物对主梁会产生一个垂直惯性力的作用，在设计计算时，考虑重物惯性力的作用，将起重量乘以大于1的系数，该系数称为动力系数，用表示。0的大小与工作级别有关，可由表2-3查出。表2-

12、3动力系数值0工作级别A4（轻级）A5（中级）A6（重级）01.11.21.3因此，计算活动载荷，即小车车轮的计算压力为：R=P+0P=G/2+0Q/2x0xP小车自重引起的车轮压力。xP起重量引起的车轮压力。（三）水平惯性载荷桥架运行时的起动和制动，将使主梁受水平惯性力的作用。水平惯性力由两部分组成，如图2-1所示。其一是带载小车引起的，小车上挠性悬挂着的起升质量按与起重机刚性连接对待，它以集中力的方式作用在跨度中间，通过小车轮与轨道侧向接触传给主梁。其二是桥架质量（主梁自重）引起的，以均布载荷的方式作用在主梁上。IpT水平vIq水平图2-1水平惯性力示意图惯性力的大小，按质量与运行加速度乘

13、积的1.5倍计算，“1.5”倍是考虑驱动力突变产生的动力效应。加速度可由桥架运行速度及加（减）速时间算得，加（减）速时间如表2-4所示。表2-4桥架运行速度及相应的加（减）速时间运行速度（米/秒）2.521.610.63力口（减）速时间（秒）6.35.6543.2水平惯性力的最大值不应大于主动车轮与钢轨间的摩擦力。该摩擦力为：F=MP驱式中：M车轮与钢轨间的滑动摩擦系数。P作用于驱动车轮上的总压力。驱通常取M=0.141/7，因此作用在两根主梁上的最大水平惯性力为P”惯=1/7P。作用在一根主梁上的水平惯性力为：P”=F/2=1/14P惯驱在实际计算中，取P'=1/10P。惯驱（四）扭

14、转载荷当确定扭转力矩时，须要考虑扭转载荷。扭转载荷包括以下几部分。1、悬臂作用的垂直载荷，如平台自重、桥架运行机构、滑线自重等。2、水平惯性载荷。3、钢轨与主梁轴线有偏差时产生的偏心作用的垂直载荷。二、载荷组合不同载荷同时对主梁起作用时，称不同载荷的载荷组合。作用在起重机主梁上的各种载荷，并不是同时出现的，在设计时考虑各种载荷出现的机率，按最不利的情况，将载荷进行组合，进行计算，按许用应力法进行设计计算时，载荷组合有两种，如表2-5所示。表2-5桥式起重机主梁的载荷组合组合类型载荷种类III垂直载荷桥架自重G+qK(G+q)小车自重PxPx起升载荷e'pQ等epQ水平载荷小车起、制动的

15、惯性载荷e'=(e+1)/2P=Q/2=e/2=QQ等等等额Qs第I类载荷组合是用于进行疲劳强度计算的，该类组合为大车不动，小车位于所规定的位置起升或下降重量。第II类载荷组合是用于进行静强度计算的，即进行强度和稳定计算的，该类组合为小车位于跨度中部满载下降制动，同时大车平稳制动。刚度计算时，不考虑水平惯性载荷。三、主梁材料及许用值主梁一般采用普通碳素结构钢A3、C3或普通低合金结构钢16Mn、15MnTi等材料。A3钢的O为24公斤/毫米2,16Mn的o为35公斤/毫米2。许用应力由材料和计算载荷组合决定，对II类载荷组合可由表2-6计算。表2-6安全系数和许用应力安全系数拉、压、弯

16、许用应力剪切许用应力挤压许用应力nI=1-5o=o/1.5IIst=o/错误！未找到引用源。o=1.5ocIIII疲劳许用应力按下式计算：rVO时，o=1.67oJ/(l-0.67r)；r>0时，o=1.67o/1-1-(o)/0.45orr-1-1br为应力循环特性，决定于验算部位在第I类载荷组合作用下产生的最大应力及最小应力。oJ为疲劳许用应力的基本值，即r=-1时的疲劳许用应力值。o可由表2-7查出。1表2-7疲劳许用应力基本值o(N/mm2)接头形式材料11工作级别A4A5A6对接焊缝，力的方向与焊A3158.3126100缝垂直16Mn158.3126100筋板用双面角焊缝与腹

17、A31139071.4板连接16Mn1139071.4桁架节点各杆件用角焊A367.95442.8缝连接16Mn67.95442.8n为材料的抗拉强度，对A3钢取久=380N/mm2,对16Mn取久=500N/mm2。bbb起重机的刚性要求一般分为静态和动态两方面。对一般的起重机不校核动态刚性。静态刚性，指当满载小车位于跨中时，主梁(主桁架)由于额定起升载荷的小车自重在跨中引起的垂直静挠度(不考虑动力系数及主梁自重)。工作级别为A5及A5以下的起重机，许用挠度f=L/700；工作级别为A6的起重机，f=L/800；工作级别为A7、A8的起重机，f=L/lOOO。构件的许用长细比入如表2-8所示

18、。表2-8构件的许用长细比入构件名称许用长细比入受压杆受拉杆主桁架弦杆120150主桁架其余杆件150200所有其它杆件250350焊缝的许用应力亦可从表2-9中查出表2-9焊缝的许用应力焊缝种类对接对接及角焊缝压力种类拉、压剪切符号obTb自动焊或严检手工焊oo/2o为构件材料的基本许用应力第三章主梁的内力计算§3-1求支座反力一、固定载荷引起的支座反力主梁载荷计算图如图3-1所示R=R(L-t-x)/LAB1R小车轮压的合力t合力距左轮压距离三、总支座反力R=R+R=qL/2+G/2+G(L-L)/L+R(L-t-x)/LAABARqcc1§3-2求剪力一、固定载荷产生

19、的剪力固定载荷在X截面上产生的剪力包括三个部分。1、由q产生的剪力：Q=RA-qx=qL/2-qx(OVxVL)2、由Gq产生的剪力0<X<L/2时Qg=Rag=-G/2GqAGqqL/2VXVL时Qg=-Rbg=-G/2GqBGqq3、由G产生的剪力c0<X<L时Q=R=G(L-L)/LccAcccL<X<L时Q=-R=-GL/LxcBcc二、活动载荷产生的剪力Q=R=R(L-t1-x)/L三、总剪力Q=Q+Q+Q+Q计算总剪力时：应考虑不同X分段上各剪力的计算公式不同，并注意各部分剪力的正负号可能不同。各剪力分布如图3-2所示。ql2ql2GGHL&qu

20、ot;LbP：bLRCL-ti.4R(L-ti)L图3-2主梁内力图§3-3求弯矩一、固定载荷在X截面产生的弯矩它也包括三个部分。1、由q载荷产生的弯矩Mq=RAqX-qx2/2=qLx/2-qx2/2令dMq/dx=QL/2-qx=0得s=L/2代入Mq式，则Mqmax=ql2/8qqmax2、由G载荷产生的弯矩OsXvL/2时，M=Rx=Gx/2GqAGqqL/2<x<L时，M=R(L-x)=G(L-x)/2GqBGqq当x=L/2时，M最大，M=GL/4GqGqmaxq3、由G载荷产生的弯矩c0<x<L时，M=Rx=G(L-L)x/LccAcccL<

21、;x<L时，M=R(L-x)=GL(L-x)/LccBccc当x=L时，M最大，M=GL(L-L)/Lcccmaxccc二、活动载荷在X截面产生的弯矩MR=RARx=R(L-t1-x)x/L;令dM/dx=RL-Rt1-2Rx/L=0R得x=(L-t1)/2即活动载荷引起的最大变矩产生在此截面上。在进行强度计算时，可近似认为它作用在跨度中部P0将x=(L-t1)/2代入Mr式，则MRmax=R(L-tl)2/4三、X截面上的总弯矩M=M+M+M+MqGqcR计算总弯矩时，须考虑不同X分段上各弯矩的计算公式不同，并注意个弯矩的正负号。主梁各弯矩分布如图3-2所示。§3-4求最不利

22、载荷位置及绝对最大内力由剪力公式及剪力图看出，当x=0时，即小车的P1车轮处于左支座上时，主梁截面上的剪力最大，产生剪力的载荷最不利位置x=0，绝对最大剪力为0Q=ql/2+G/2+G(L-L)/L+R(L-t1)/L产生弯矩的载荷不利位置x可用以下方法求出：求dM/dx,令dM/dx=O，即可求出x。将x代入求M公式，即可得到绝对值最大弯矩M。mmax§3-5求水平惯性载荷所引起的水平弯矩计算水平方向的弯矩时，可以认为桥架是一个超静定钢架结构，从而推出水平弯矩计算式。作为简化计算，水平弯矩按下式求出：M=0.1MsM为由固定载荷与活动载荷产生的总弯矩第四章主梁截面设计及强度、刚度验

23、算§4-1箱形梁的截面设计主梁的典型结构如图4-1所示。主梁截面的主要参数须通过设计计算确定。设计时先计算梁的高度，然后确定其它尺寸，计算截面几何特性，进行验算。这样，经过多次适当的调整，直至最后验算合格，确定全部尺寸。设计过程中，为使所确定的截面能基本满足各项要求，减少设计的多次反复修改，确定截面各参数时，尽量使其符合以下关系。1、高度h/L=l/41/8小跨度时取较大值，大跨度时取较小值。相同跨度下，大起重量取大值，小起重量取小值。2、跨端尺寸跨端高度h0/h=0.40.6减高距离L0=（l/51/1O）L,通常23cm。3、腹板间距B0/L=1/501/604、翼板宽度手工焊时

24、，B=B0+2(lO+6f)自动焊时，B=B0+2(2O+f5、翼板厚度，腹板厚度A3钢时，6/BQ1/60g116Mn钢时，8/B>1/50g1翼板最小厚度为6mm腹板厚度为：当Q<50t时，8f=68mm当Q=75100t时，8f=810mm6、加筋距离端部九=(11.2)hf中部&(1.21.5)hf通常AW3m二、主梁高度的确定1、按刚度条件计算梁的高度学中的公式计算。G产生的挠度f=G(L-L)L2-(L-L)23/2/9错误！未找到引用源。EJLcccccx其它载荷产生的挠度：f=(R+G)L3/48EJ+5qL4/384EJ=L2(4M+5M)/48EJ它qx

25、xpqx式中M=(R+G)L/4pqM=qL2/8根据刚度条件：f=fc+f<fc它初步计算可忽略f,则f=f<f将J=Mh'/2o代入刚度条件式，即可得到：xmaxh'=oL2/24EMf(5Mq+4Mp)max2、按强度条件计算梁的高度h''=:冷错误！未找到引用源。从上式可知，为了求出梁的高度，必须先选出8f。因为8f对各种梁来说变动范围较小，所以不难确定。计算后如果h''>h'，取h''作为梁的高度，既能保证强度要求又能保证刚度要求。如果h''Vh'，且相差不大，取h

26、9;作为梁的高度，但如果相差太大，须要根据刚度的最经济条件再算一个高度。3、计算按刚度条件的最经济高度:(5Mq+4Mp)Lh'''=0.01错误！未找到引用源。348為f如果算得的h'''在h'与h''中间，就采用h'''作为梁的高度。这时从强度观点来看，不是最经济的。三、确定梁截面的其它尺寸1、计算梁的截面惯性矩Jx=MmaxL2/48Ef(5Mq+4Mp)xmax2、计算腹板的惯性矩Jxf=hf2F/12f已知，hf取为0.970.98h)XFf=26fXhf3、计算翼板惯性矩及尺寸fffJx

27、g=Jx-JxfxgxxfF=4J/h2gxgJ=Fh2/4xgg=BSh2/4gFg1=Fg/2由参数关系可选得B0、B、6，从而得hf。一般6才24mm。0g1fg四、确定梁跨端的截面尺寸按所推荐的主梁主要参数关系确定。五、计算梁截面的几何性质根据材料力学方法，精度计算所设计主梁截面的惯性矩及截面抗弯模量。§4-2主梁的强度验算由于确定梁的截面时，有许多的近似计算，因此进行强度、刚度验算是绝对必要的。验算全部合格后，再进行下一步的设计工作。一、验算最不利载荷位置截面的最大正应力o=M/W+M/W<omaxxsmaxyW、W分别为截面对X轴和Y轴的抗弯模数xy二、验算支座处截

28、面上的最大剪应力主梁截面上的最大剪应力在腹板中P,按下式验算。T=QmaxSxD/JxD26f<°SxD端部截面对X轴的静矩XSxD=2hfD6/2hfD/4+B6g(hfD/2+6g/2)JxD端部截面对对X轴的惯性矩支座处的剪应力也可按平均剪应力验算三、肯Qmax/2hfD6fVT验算变截面处的复合应力如果是变截面梁，尚须进行变截面处腹板端部的复合应力验算。o=错误！未找到引用源。W1.19F式中，n=M/W+M/WKbxbmaxxbybmaxybTb=QbmaxS/JxJ26fM为变截面处的最大垂直总弯矩，等于各固定载荷及活动载荷在该截面产生的最大弯矩的总和。M=M+M+

29、M+MbmaxbqbGqbcbRmaxMyb为变截面处的最大水平惯性弯矩M=0.1Msbmaxbmaxwxb、wb分别变截面处的截面抗弯模数。Qb；aX为变截面处截面上的最大剪力，等于各固定载荷及活动载荷在该截面产生的最大剪力之和。Q=Q+Q+Q+QS为腹板端部一侧截面对截面中性轴的静矩1S=b8（hbf+6）/2考虑到折合应力仅作用于梁的局部，对梁的危险性较小，故将其许用值加以提高。§4-3主梁的疲劳强度计算按设计规范规定，只对A6、A7、A8级的结构件进行疲劳强度计算。计算时按第I类载荷组合进行。进行计算的部位，由实际情况确定。通常将下述两个部位作为疲劳计算点进行计算。（1）横向

30、筋板焊缝端部腹板处（2）下盖板对焊缝对接缝和附近金属疲劳强度计算按下式进行：对（1）,a=a/2+错误！未找到引用源。Wopo主拉应力；ap为疲劳强度许用应力主a、t为第I类载荷组合下，该处的应力。对（2），aWapa为验算疲劳强度的计算应力，即该验算部位在第I类载荷组合下产生的最高应力。a可按以下顺序进行计算。确定载荷：P小车重产生的轮压1xP额定起重量产生的轮压10q'梁身自重计算轮压：P二P+屮'P第I类载荷组合，用等效起重量计算，Po为等效起重量Q产生的轮压。等效Q=QQddP=QP10dd1式中屮d见表4-1所示。"表4-1屮数值表中级重级特重级焊接板结构0

31、.750.850.9焊接桁架结构0.70.80.85式中屮'系数I1V-d11屮'=1+（屮-1）/2（屮为动力系数）同理P=P+®'P2I220d内力计算：活动载荷引起的弯矩；最大弯矩比>p)m=ppl式中：p=1/41-b/L1/Tl+P/p/A(1+P/P)最大弯矩截面位置(距支座A距离)：1121Z=P+P(1-b/L)L/2(P+P)1I2I1I2I梁自重引起的弯矩M=qL2/8应力计算：a=ZM/W=(M+M)/Wmaxxmaxqx许用应力可按以下顺序进行计算。a=ap/(1-kv)r=a/a验算部位应力比值a当空载小车位于L/4时，验算处应

32、力.计算时先求出RA,算出M,即可minapr=0时的许用应力a訶和系数K可查表4-2得到。°表4-2ap和K值表验算部位接头特性o1A316Mnap0kap0k等厚板横向对接焊缝及附近金属焊缝不加工11000.6012500.65经机加工15000.5518000.60腹板横向加筋板端部处的附近金属(验算主拉应力)手工焊11000.6012500.65§4-4主梁的刚度验算验算主梁在满载小车轮压作用下，跨中产生的最大垂直挠度。可按下式计算f=R'L3-b2(3L-b)/2/48EJ<fmaxx其中b为小车轮距也可用下式进行近似计算：f根据工作级别确定。

33、67;4-5f=R'L3/48EJmaxx<f钢轨选择及上翼板应力验算一、钢轨选择及局部弯曲应力计算1、钢轨选择起重机小车常用铁路钢轨，大型起重机除采用铁路钢轨外，还采用QU型起重机专用钢轨。选择钢轨时，先算出小车轮的最大计算轮压(考虑动力因数及小车自重)，见图4-3所示。由最大计算轮压即可从下表中查得小车轮直径及钢轨型号，由钢轨型号即可从手册中查得截面尺寸及截面几何性质，见表4-3所示。图4-3轮压计算表4-3小车轮的最大许用轮压(吨)车轮直径轨道型号工作级别P计max车轮材料轻3.3D250轻11中2.67ZG55重2.38轻4.18轻18中3.49ZG55重2.99轻14.

34、1D350轻24中11.8ZG55重10.1轻16D400重38中13.4ZG55重11.4轻19.8D500重43中16.5ZG55重14.15轻24.6D400重43中22.665Mn重19.42、钢轨正应力验算a=(P-N)入/5W<a式中，9为钢轨的许用应力轨10轨轨轨对轻轨：a=2300公斤/厘米2轨对重轨：a=2800公斤/厘米2N为由钢轨传到轨翼板上的部分计算轮压。时，0当B入1时，0N二P/(1+96K'JB2/入1轨1360g13)N=P/(1+96K'J/入363)B为两腹板垂直中心线间的距离。J为钢轨的惯性矩中查出。，可根据钢轨型号从表K'为

35、系数，可从表4-4中查出。表4-4系数K'值入/B(B/入)1.01.11.21.41.61.82.03.0K'0.12650.13810.14780.16210.17140.17690.18030.1849钢轨应力验算，也可按下式进行。a=P入/6W<a二、上翼板局部弯曲应力计算主梁上翼板在计算轮压的作用下，将沿梁的纵向和横向产生局部弯曲正应力。纵向应力：a=kN/6$横向应力：a$二k：N/6:上翼板中除局部弯曲正应力外，还有梁整体弯曲正应力，上翼板应按折算应力验算。a上=错误！未找到引用源。Wa上式中。a为整体垂直弯曲正应力。k，k为系数，可由设计手册中查出。由本节

36、内容可知，短筋板间距入。应根据钢轨应力和上翼板计算应力两个条件来确定。第五章加筋设计及稳定性计算§5-1关于加筋设计的有关规定在钢结构设计规范中，对梁上的加筋设置有以下规定：1、当h/6<80错误！未找到引用源。时，无局部压应力的梁不设置加筋ff即可保证腹板的局部稳定性，有局部压应力时须布置横向加筋。2、当80错误！未找到引用源。Vh/6<170错误！未找到引用源。时，ff则应设置横向加筋，并计算其腹板的局部稳定性。3、当h/6>170错误！未找到引用源。时，除须设置横向加筋外，并在受ff压区设置纵向加强筋，同时须计算腹板的局部稳定性。此外，规范还给出了计算腹板局部

37、稳定性的简化算法。§5-2加筋的设计计算一、加筋位置的确定（一）当梁只须设置横向加筋时，横向加筋间距的确定。横向加筋的间距由下式确定：最大剪力处：错误！未找到引用源。最大弯矩处：错误！未找到引用源。式中：k,k,k,k为系数，可由表查得。箱形梁设计中，可取k=712,12341k=700，k=21，k=2362。234T为梁内最大剪力处的平均剪应力，t=o/hf6fmaxffa为梁内最大弯矩处腹板边缘弯曲压应力o=M/Jmaxx上两式应同时满足。当按上述计算所得值大于2h或为负值时，取入W2h。ff一般入±0.5h，入W3m。对变截面梁，端部变截面区段内的入按上述剪力计算，

38、h取为该区段腹板的f平均高度。不变截面区段，按上两式计算，T取两区段交界处腹板平均剪应力。（二）当梁的腹板须同时用横向加筋和纵向加筋加强时，加筋位置的确定。1、纵向加筋至腹板受压边缘的距离h=卫匹错误！未找到引用源。1c+Cc式中应力单位用MPa。h值应取为h/4h/5。当算得h小于h/5时，必须在腹板受压区设置短加1ff1f筋。2、横向加筋间距的确定设置纵向加筋后，横向加筋间距依据纵向加筋至腹板受拉边缘之间腹板不失效来设计。入=错误！未找到引用源。若算得入2h或入为负值时，取入W2h。22加筋也可以按照经验公式确定：跨中：0.5hfW九W2hf或心（1.21.5）hf跨端：九=（11.2）h

39、f（三）短加筋间距的确定当梁是有集中载荷时，须设置短横向加筋。短横向加筋的间距入，由钢轨及翼板的局部弯曲应力条件确定，一般入（4050）6（即入可由上述应力0J0条件确定）。二、加筋尺寸的确定横向大加筋高度应满足b三错误！未找到引用源。一般规定筋板宽度b=B。横向加筋厚度应满足6°三b/15,同时应满足上端部所受的挤压应力条件（即6可直接由上式选出，然后验算其上部挤压应力，也可从挤压应力条件求出）。J短筋板高度，由短筋板局部弯曲应力条件决定，可由该条件求出，或按经验选出进行验算。一般在须要设置纵向加筋的梁上，短筋板高度为h，h1=（1/41/5）hf。在不须设置纵向筋板的梁上，短筋板

40、的高度取0.3h，厚度与6同。一般规ffJ定6=510mm。加筋断面之挤压应力应满足以下条件。P错误！未找到引用源。W错误！未找到引用源。lJ式中，l=b+26，b为钢轨底部宽度，可由手册查出。短筋的高度应满足其承受的弯曲应力要求。o=M/WWo式中，M为短加筋所承受的弯矩。M=PB/6OW为短加筋计算截面的截面模数，其计算截面为T字形，如图5-1所示。10J16%Y1!/hi图5-1短加筋的计算截面纵向加筋多采用角钢、槽钢等，其截面对腹板垂直轴的惯性矩应满足：J三（2.5-0.45错误！未找到引用源。）（错误！未找到引用源。）2h63（错误！未找到引用源。）J1.5h6f3（错误！未找到引用

41、源。）y'-y，轴的位置，如图5-2所示。图5-2纵向加筋横截面§5-3主梁稳定性验算一、整体稳定性验算根据钢结构设计规范规定，对筋形简支梁，符合下列条件时，不计算梁的整体稳定性。95（A3）65（16Mn）一般桥式起重机主梁均能满足以上要求，如不能满足，须按下式进行验算：o=错误！未找到引用源。W9式中屮为整体稳定性系数，可由设计规范中查出。W二、腹板局部稳定性验算安置加筋后，对被横向加筋隔开的，上盖板或纵向加筋以下的腹板区间，应进行局部稳定性验算。通常应选支座处（腹板受剪应力最大，弯曲正应力趋于零），跨中处（腹板受正应力最大，剪应力趋于零）及距支座1/4跨度处（腹板受弯曲

42、正应力和剪应力作用）三个部位进行验算。当几种应力同时作用时，腹板局部稳定的工作条件可用下式表示。（丄+二）+丄）<1aaicrGccr式中o、o、T分别表示作用的弯曲正应力，横向压应力和剪应力，o、ccro、T分别表示o、o、T单独作用时的临界应力。cr弯曲正应力单独作用时，o=715（错误！未找到引用源。）2。当o±o时，腹板不会局部失稳，因为梁在工作时各部分的应力都小于o。crs剪应力单独作用时，t=123+错误！未找到引用源。（错误！未找到引用cr源。）2。当T三T时，腹板不会局部失稳。如入Vh，式中入、h位置互换。横向压应力单独作用时，o=C（错误！未找到引用源。）2,

43、系数可由表cr.c15-1查出。当o±o时，腹板不会局部失效。cr.cs或o三c，其中F=P1，0为系数，可取1.35。Z=hf/2。此时强度cr.cc0Zf不满足要求，但刚度满足要求，主梁跨中不失稳。表5-1系数C值入/hf0.50.60.81.011.21.41.61.82.0C11792640461354274229199180166三、受压翼板的局部稳定性验算对箱形截面主梁，当腹板中心距B与受压翼板厚度之比满足下式要求时,可不考虑受压翼板的局部稳定性。否则须在受压翼板上设置纵向加筋。对A3，B/6总60对16Mn，B/3<501g1第六章焊缝及焊接接头的设计与计算

44、67;6-1焊缝的设计计算一、翼板焊缝翼板与腹板链接的焊缝在翼板焊缝中，存在着正应力O和剪应力TOo是焊缝随母材变形而产生的，顺着焊缝方向，因此它属于结合应力，在计算Q产生的，对构件骑着破坏作用，因此它属于工作应力，计算时要特别注意。在受固定集中载荷或受移动集中载荷作用的梁中，翼缘焊缝中除存在上述两种应力之外，还存在局部剪应力。局部剪应力是由作用在翼缘焊缝上的局部压力在着力点处产生的，对构件起着破坏作用，因此它属于工作应力。为了保证主梁的安全工作，翼缘焊缝应设计成连续的角焊缝。间断焊缝虽然残余变形可能稍小，但由于不能使用自动焊，且有较为严重的应力集中，所以不宜采用。翼缘焊缝通常采用不开坡口的单

45、面焊，为了提高焊缝的质量和生产效率常采用埋弧自动焊和气体保护焊。翼缘焊缝承受由翼板传至腹板的剪力。对不开坡口的翼缘焊缝的强度，按下式计算：T=QS/J2K式中Q所计算截面上的剪力。X°S翼板截面对整个截面中性轴的静矩。J整个截面对其中性轴的惯性矩。xK角焊缝计算高度（厚度），可取为0.7K（焊脚尺寸）。翼缘0焊缝内的剪应力，在大多数情况下比许用应力小得多。亦可按平均应力初步验算。对受移动集中载荷的箱形梁，如轨道不直接压在腹板上，而是通过筋板传递压力时，可不考虑局部剪应力。翼缘焊缝通常取为K=（0.61）6，不大于6，但6V4mm时，K不得小fff于4mm。二、筋板焊缝筋板与腹板、翼板

46、的焊缝在一般情况下，筋板焊缝受力不大，不必进行强度计算。虽然受力不大，但通常都设计成连续焊缝，这样可提高腹板的稳定性。为了避免在受拉翼板上引起应力集中，危害结构强度，筋板和下翼板可不用焊缝焊接。筋板焊缝的焊脚常取翼缘焊缝的一半，即K=（0.40.5）6±4mm。f§6-2主梁的对接接头设计一、焊接板梁对接接头的种类在焊接梁中，梁的对接接头可分为三种。1、工艺接头由于原材料长度不够而用于接常的对接接头。2、构造接头用于沿梁长度上改变梁的横截面的对接接头。3、安装接头一一为了便于安装和运输，在工地上进行连接的接头。二、焊接板梁对接接头的计算方法设计时可按下列两种方法之一进行计算

47、1、根据已知的弯矩大小，进行强度计算。a二MY/JWa'2、根据等强度要求，进行强度计算。M=aW按第二种方法设计时，焊缝所能承担的弯矩M与母材料能承担的弯矩相等，所以接头的位置可以布置在梁的任何截面中，设计时不必顾及接头的位置。三、接头设计对工艺接头，为了充分利用材料，在设计时无法预先确定其固定位置，因此采用第二种计算方法，即等强度计算方法比较方便。构造对接接头和安装对接接头，在设计时是可以严格规定的，所以用第一种方法和第二种方法均可。如果接头是在最大弯矩区域内，这两种方法便无区别了。安装对接接头，通常安排在受力较小的位置处，并且设计成通用接头，即梁的全部构件都在同一横截面上进行对接

48、，如图6-1所示。这种接头的接口平齐，设计成阶梯式对接接头，如图6-2所示，这样可以减小应力集中。如对接处oWa则工艺接头应当采用直线焊缝，如果o>9'则可设计成45°的斜焊缝，以求达到等强度。一般说采用斜焊缝是对受拉翼板说的，受拉翼板和腹板是不必要的。直线焊缝的对接接头是最合适的，但焊接质量必须得到保证，须采用自动焊或优质焊条手工焊。斜焊缝，非必要时最好不用。设计构造对接接头时，要特别注意避免应力集中。将筋板焊在对接接头上是错误的，它不仅使焊缝集中，而且无法进行焊缝的检验。对接接头的形式与尺寸可查GB98580及其它资料。第七章起重机主桁架的计算§7-1桁架的一般比例起重机主桁架的一般比例如图7-1所示。11001oooo05oU1uReuuL图7-1主桁架的一般比例（1）为了计算和校核方便，桁架的上弦杆，下弦杆，斜杆和竖杆均分别给予不同的符号。（2）为了减少上弦杆的局部弯曲力矩，一般下弦杆的节距为上弦杆节距的两倍。（3）上弦杆的节距都是偶数，一般在1016之间，入=H,上弦杆的节距都相等，只是在最末的两个端点，为了满足厂房跨度的要求，才经常使入'入。（4）H=（1/161/12）L,