桥式起重机设计计算讲义.docx
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桥式起重机设计计算讲义
起重机设计计算培训讲义
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PG、PQ和PH三种基本载荷和偶然载荷PS，因此为载荷组合Ⅱ。
其主梁上将作用有PG、PQ、PH载荷。
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。
1
起重机设计计算培训讲义
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yc。
①断面形状如图2-4所示,尺寸如图所示的H、h1、h2、B、b、b0等。
②FF12F2F3[F1Bh1，F2bh0，F3Bh2]
③qFr（kg/m）
33
Bh132b（Hh1h2）32Bh2324
12
1F1y122122F2y322F3y22（cm4）
121212
23
323
h1Bh2Bbh0b0b24
12202F2（0）2（cm4）
121212222
⑦WXJX/yc和JX/Hyc（cm3）
3、许用应力为[]和[]。
载荷组合
安全系
拉伸、压缩、
剪切
端面挤压
类别
数
弯曲许用应力
许用应力
许用应力
组合Ⅰ
（Ⅰ类载荷）
nI1.48
s
[]Is
1.48
[][]I
[]I
3
[cd]1.5[]I
组合Ⅱ
（Ⅱ类载荷）
nII1.34
[]II1.3s4
1.34
[]II
[]II3II
[cd]1.5[]II
组合Ⅲ
（Ⅲ类载荷）
nIII1.16
[]III1.1s6
1.16
[]III[]III
[cd]1.5[]III
+
qS2
8
+
图2-5
起重机设计计算培训讲义
4、受力简图
P1与P2为起重小车作用在一根主梁上的两个车轮轮压，由PQ和小车自
重分配到各车轮的作用力为轮压。
如P1P2P时，可认为P等于PQ和小车
自重之和的四分之一
5.主梁跨中集中载荷（轮压P1和P2）产生最大垂直弯矩Mp
2（P1P2）S
Mp212
4
（N·m）P1≠P2时简算
Sb
Mp2P
22
（N·m）P1P2P时
Mp2PSb
22
P1P2
（N·m）P1≠P2时，可近似取P122
注：
建议当P1≠P2时，采用PP12P2计算为佳
6.跨中均布载荷（自重PG）产生最大垂直弯矩Mq
起重机设计计算培训讲义
7.主梁跨中垂直最大弯矩M垂
M垂MpMq
8.主梁跨中水平惯性载荷产生弯矩M水
J1y——主梁端截面的Jy（cm4）
J2y——端梁截面的Jy（cm4）
1Z1
P惯P1
惯5Z
1
P（小车自重PQ）
2Q
Z1——起重机大车驱动轮数
Z——总轮数
1Z1
q惯q1
5Z
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9.
主梁跨中截面弯曲强度计算
10.主梁跨端剪切强度计算
P1P2
b
q
S
图2-7跨端最大剪力Qmax
QmaxP1P2（1b）qS
S2
跨端最大剪应力
S0——主梁跨端截面的静面矩（中性轴以上面积对中性轴的静面
矩，各面积乘以形心至中性轴距离；cm3）
——腹板厚（cm）
J1x——截面的水平惯性矩（cm4）
起重机设计计算培训讲义
二、通用桥式起重机箱形主梁刚度计算
1.垂直静刚度f垂
简算
精算
l为小车轮压至主梁支承处距离，见下图所示
12
b
图2-8
当P1P2P时
f垂Pl（0.765ESJ2xl2）[f]
注：
①P1、P2不乘以系数。
②均布载荷（自重PG）产生的垂直静刚度不予以计算，因无法检
测。
2.水平静刚度f水参看图2-6。
f水不检测，只作为设计计算用
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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f水[f]水S时即可免算水水2000
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m0；
另一种是偏轨箱形梁，局部压应力m0（轮压作用在腹板上）
（1）横向加劲肋间距a的确定
①当h080235时，h0——腹板高，h——腹板厚，s——材料屈服hs0hs
极限。
m0时，可不设置加劲肋。
m0时，按结构适当增设加劲肋。
起重机设计计算培训讲义
235时，应设置横向加劲肋，此时取a2.5h。
s
m0时：
b）
c）
当1200h01500时，取ah500h0
hh01000
h
当h01500时，取ah1000h0
hh0500
h
上式中可查下表2-4。
表2-4
1
100h
2
0
100
140
180
200
220
240
1.00
1.01
1.02
1.03
1.04
1.05
1.06
1
h0
100h
2
2
260
280
300
320
340
360
380
1.07
1.09
1.10
1.12
1.14
1.16
1.18
1
h0
100h
2
400
420
440
460
480
500
520
1.21
1.24
1.27
1.31
1.35
1.40
1.46
1
100h
2
540
560
580
600
620
640
1.53
1.61
1.71
1.84
2.01
2.24
8
起重机设计计算培训讲义
表2-4中1为腹板与受压翼缘板接触处的弯曲应力如图2-10所示
图2-10
上式中0h0（Qmax——最大剪力，对简支梁Qmax2RA，RA为支反力）
当m0时：
K3h0
01K4
h
注：
K3和K4查表2-5
表2-5
m/1
K3
K4
m/1
K3
K4
≤0.05
21
2362
0.80
402
1096
0.10
42
2292
0.85
417
1044
0.15
64
2219
0.90
429
1001
0.20
107
2076
0.95
441
965
0.25
152
1933
1.00
450
931
0.30
189
1808
1.10
450
900
0.35
219
1710
1.20
450
870
0.40
248
1613
1.30
450
840
0.45
267
1540
1.40
450
810
9
起重机设计计算培训讲义
0.50
289
1467
1.50
450
780
0.55
310
1394
1.60
450
750
0.60
331
1324
1.70
450
720
0.65
352
1254
1.80
450
690
0.70
371
1199
1.90
450
660
0.75
387
1147
2.00
450
630
上表中m——局部压应力
[]
P——轮压
——翼缘板厚
ca2hy
a50mm
hy为轨道高度。
此时除应设置横向加劲肋，同时应增设一条纵向加劲肋。
当m0时，
11h1（~）h0
54
h2h0h1
当h2100时，a2.5h2h
10
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图2-11
当h1200时，a2h2
当m0时，
上述当计算出的
a值大于2h。
或出现负值时取a2h2即可。
上式中的K1
和K2如表2-6所示。
表2-6
m/
K1
K2
m/
K1
K2
≤0.2
712
700
1.9
569
520
0.3
709
697
2.0
560
511
0.4
706
691
2.2
541
493
0.5
700
685
2.4
529
475
0.6
694
676
2.6
517
457
0.7
685
666
2.8
505
439
11
0.8
676
654
3.0
494
426
0.9
667
642
3.2
487
414
1.0
658
630
3.4
480
402
1.1
649
618
3.6
471
390
1.2
640
606
3.8
462
378
1.3
630
593
4.0
453
368
1.4
618
580
4.2
444
359
1.5
606
566
4.4
435
350
1.6
596
554
4.6
426
341
1.7
587
542
4.8
417
332
1.8
578
530
5.0
408
323
起重机设计计算培训讲义
0h320
⑤当24023s5h0
235时，此时应加横向加劲肋，同时增设二道s
纵向加劲肋。
图2-12
h1（0.15~0.2）h0
h2（0.175~0.2）h0
a按④部分m0和m0时a公式计算确定。
⑥h0320235时
hs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
12
起重机设计计算培训讲义
页相应部分，一般不会出现这种情况。
⑦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，a（0.5~2）h0，且不大于2m。
同时设置横向和纵向加劲肋时，a0.5h0~2h2，且不大于2m，需要加横向短加劲肋a1时，a10.75h1，h1和h2均为h1h2（1~1）h0，一般情况是加54一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。
图2-13横向加劲肋宽度bh040（工字形主梁）
30b1.2（3h0040）（箱形主梁）横向加劲肋厚度b
15
同时设有横向、纵向加劲肋时
横向加劲肋除应满足间距a要求时，还应满足应具有一定惯性矩IZ1要求IZ13h0h3
13
起重机设计计算培训讲义
Z1——横向加劲肋截面对腹板厚中心线的惯性矩。
纵向加劲肋惯性矩IZ2
当ha00.85时，IZ21.5h0h3
a0.85时，
IZ2F·x2
F——角钢截面积
2.受压翼缘板局部稳定性计算
x——角钢垂直形心线至腹板中心线距离
b1523s5——工字梁——不加纵向加劲肋
（2）b040235——箱形梁——不加纵向加劲肋
14
起重机设计计算培训讲义
（3）当b15235和b040235时，应加纵向加劲肋。
ss
纵向加劲肋应保证有一定的惯性矩要求。
aa23
（0.640.09）3
b1b1
IZ3
m
IZ3——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板水平中心线距离的平方。
m——纵向加劲肋个数
b1——翼缘板总宽a——横向加劲肋间距
——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Vmax；二是承受桥架偏斜侧向载荷Ps。
Vmax1PG1（PG小PQ），此时为起重小车行至主梁22
跨端，式中PG为一根主梁自重，PG小为起重小车自重，PQ为起重量。
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。
15
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Ps
图2-16
图2-16中B为轮距（基距），B0为两主梁中心距，C为车轮中心至主梁中心的距离。
端梁计算将按图2-16中的危险截面Ⅰ-Ⅰ,Ⅱ-Ⅱ,Ⅲ-Ⅲ分别计算，Ⅰ-Ⅰ截面为端梁最大弯矩截面，Ⅱ-Ⅱ为支承截面，Ⅲ-Ⅲ为薄弱截面。
1.Ⅰ-Ⅰ截面弯曲应力与剪应力：
MVVmaxC
MHPsC
剪力QVVmax
Ⅰ-Ⅰ截面应力
MVMH
WxWy
剪应力一般不大，可忽略不计。
2.Ⅱ-Ⅱ截面弯曲应力与剪应力：
Ⅱ-Ⅱ截面水平弯矩和垂直弯矩近似为零。
Ⅱ-Ⅱ截面仅计算剪应力。
剪力QVVmax
16
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QVS0
2Jx
式中QV——剪力
S0——Ⅱ-Ⅱ截面的静矩
Jx——Ⅱ-Ⅱ截面的水平惯性矩
——Ⅱ-Ⅱ截面的腹板厚度
Ⅲ-Ⅲ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。
17
起重机设计计算培训讲义
五、电动单梁起重机主梁强度计算
式中：
P2PQPQPG小G
Mq
1qS2
2P惯Sq惯S
M水惯惯
水48
M垂M水
y4MW垂xMW水y
y——整体弯曲应力，其参数同双梁起重机。
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K1和K2曲线，3点对应图2-19中的K3和K4曲线，5
18
起重机设计计算培训讲义
点对应图2-19中的K5
线，K1和K3为xx方向，K2，K4，K5为y方向。
图2-19
图2-18
图2-18中，e0.164R（普形工字钢，
30特也为普形工字钢），c4mm,
1
ce
K1K5值。
abd,ia图2-19中，i,查值即得到相应a
1点的局部弯曲应力：
1x
K1tP02
0
式中：
P
轮压
t0
21a处翼缘平均厚度。
1yK2P
1y2t2
t0
1x为x方向局部弯曲应力。
y方向局部弯曲应力与整体弯曲应力同向，
19
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3点的局部弯曲应力：
3xK3t2t0
3yK4tP2t0
5点的局部弯曲应力：
5y
3.工字钢下翼缘合成弯曲应力计算：
按第四强度理论公式计算：
x2y2xy
1点处合成应力1
112x1yy21x1yy
3点处合成应力3
332x3yy23x3yy
5点处合成应力5
5yy
取1,3和5中最大值为工字钢下翼缘最大合成应力
20
起重机设计计算培训讲义
4、H钢和箱形梁翼缘局部弯曲应力计算
图2-22
即轮
对于图220H型钢，
0.5bs
对于图221
i可近似取车轮踏面宽度l的12~31。
（1）缘局部应力计算（只计算轮压作用点处局部弯曲应力
21
起重机设计计算培训讲义
压作用点下翼缘下表面处的局部弯曲应力）
横向局部弯曲应力
0xCXt2
纵向局部弯曲应力
0yCYt2
2）合成应力
02x0yy0x0yy
六、电动单梁起重机主梁刚度计算
1.垂直静刚度计算f垂
PS3
垂
垂48EJx
式中：
P——葫芦及小车自重与起升载荷PQ之和。
弹性模量，E2.1106kg/cm2
2.水平静刚度f水
3．稳定性计算略。
22
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