DCStm门式起重机钢结构总体设计计算书.docx

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DCS2×50t/32m门式起重机钢结构总体设计计算书

目 录 

1   50+50t32m起重机结构组成.1

2   设计计算依据.1

2.1 主要技术指标.1

2.2 遵照规范及主要参考文献.2

2.3 设计计算参数.2

2.3.1 总体设计.2

2.3.2 构件截面选择和截面特性.4

2.3.3 刚度要求.10

2.3.4 跨度.10

3   总体计算.10

3.1 计算模型.10

3.2 荷载模型.11

3.3 荷载工况与有限元计算结果.11

3.3.1 自重工况（工况1）.11

3.3.2 跨中刚度工况（工况2）.12

3.3.3 跨中抗弯工况（工况3）.12

3.3.4 最不利抗剪工况（工况4）.12

3.3.5 刚性支腿工况（工况5）.13

4 刚度验算.13

5 承载力验算.13

5.1 主梁桁架承载力验算.13

5.1.1 主梁桁架上弦承载力验算.13

5.1.2 主桁下弦承载力验算.13

5.1.3 主梁桁架斜腹杆承载力验算.14

5.2 柔性支腿承载力验算.14

5.3 刚性支腿承载力验算.14

6   结论.14 

1 50+50t32m起重机结构组成

50+50t32m起重机由上部主梁、支腿（刚性腿和柔性腿）、起重小车等组成，见图1-1。

 图1-1 2×50t/32m门式起重机

2 设计计算依据

2.1 主要技术指标

①起重量Q＝2×500kN，跨距S＝32m，起吊高度H=7.5米；

②工作制：

A3

      主起升速度 3m/min；

      大车最大运行速度12m/min，小车最大运行速度5m/min；

③大车轨距32m，轮距6m；小车轨距2m，轮距2m；

④工作风压250N/㎡；

⑤小车最大轮压150kN；

2.2 遵照规范及主要参考文献

⑴国家标准《起重机设计规范》GB3811─1983

⑵国家标准《起重设备安装工程施工及验收规范》GB50278─1998

⑶国家标准《通用门式起重机》GB/T14406─1993

⑷国家标准GB50009─2001建筑结构荷载规范

⑸国家标准《钢结构设计规范》GB50017─2003

⑹国家标准《碳素结构钢》GB700─1988

⑺国家标准《低合金结构钢》GB1591─1988

⑻国家标准《热轧普通工字钢截面特性》GB706─1988

⑼国家标准《热轧普通槽钢截面特性》GB707─1988

⑽国家标准《热轧等边角钢截面特性》GB9787─1988

⑾国家标准《热轧不等边角钢截面特性》GB9788─1988

⑿行业标准《门式起重机型式试验细则》TSGQ2003-2004

2.3 设计计算参数

2.3.1 总体设计

2×50t/32m起重机上部主梁跨度为32m，见图1-1；为了便于运输和现场安装，主梁分3节，3节长度都为12m；上部主梁采用三角形立体桁架结构，高度为2.197m（主梁跨度的1/14.6），底桁宽度为0.9m，左右对称，见图2-1；主梁跨中桁架节间上弦采用双销连接，上弦销孔为Φ75、销孔间距为152mm；下弦采用单销连接，销轴为Φ55，销轴材料为40Cr。

桁架节段的线重量为425kg/m。

 图2-1 三角形桁架断面示意图

三角形桁架上弦为2×[22b+上、下盖板，下弦为2×[16a＋封板δ6，主桁斜腹杆为方管120×120×6，主桁竖腹杆为方管100×100×5；底桁腹杆为[8。

桁架材料为Q235。

柔性腿为钢管，主管直径426mm，壁厚8mm，材料为Q235。

刚性腿为钢管，主管直径426mm，壁厚8mm，材料为Q235。

2.3.2 材料选用

①结构材料Q235

     屈服强度σs=235MPa

抗拉、抗压和抗弯许用应力：

[σ]I=156MPa     [σ]II=176MPa

抗剪强度：

[τ]I=90MPa      [τ]II=101MPa

②销轴材料40Cr

     屈服强度σs=539MPa（直径φ70）

抗弯许用应力：

[σw]I=0.85×σs=458MPa

抗剪许用应力：

[τ]I=0.35×σs=188MPa

③结构材料Q345

用于主梁上弦导轨（厚35mm）

     屈服强度σs=327MPa

抗拉、抗压和抗弯许用应力：

[σ]I=218MPa

抗剪许用应力：

[τ]I=125MPa

端面承压许用应力[σcd]I=327MPa

④钢材的物理性能指标

     弹性模量E=2.06×105MPa

剪切模量G=0.79×105MPa

质量密度ρ=7850kg/m3

2.3.2 构件截面选择和截面特性

⑴主梁主桁架

①主梁主桁架上弦杆

主梁主桁架上弦杆为下盖板160×12，2×[22b，槽钢间距为8cm，两侧封板δ8，上盖板160×12，导轨80×35mm，见图2-2。

图2-2　主梁主桁上弦杆组合截面

普槽22b：

截面高度H=22cm；截面宽度B=79cm；

翼缘厚度tf=1.15cm；腹板厚度tw=0.9cm；

截面面积A=36.25cm2；惯性矩Ix=2570cm4；

惯性矩Iy=176cm4；中和轴距离z0=2.03cm。

组合截面：

上弦杆计算长度

则长细比为

查规范，得知

则容许轴压力

②主梁主桁架下弦杆

主梁主桁架下弦杆为2×[16a，槽钢间距为7cm，，两侧封板δ6，上、下盖板150×8，见图2-3。

图2-3　主梁主桁下弦杆组合截面

普槽[16a：

截面高度H=16cm；截面宽度B=6.3cm；

翼缘厚度tf=1.0cm；腹板厚度tw=0.65cm；

中和轴距离z0=1.79cm；截面面积A=21.95cm2；

惯性矩Ix=886.2cm4；惯性矩Iy=73.4cm4。

组合截面：

下弦杆计算长度

则长细比为

则容许轴拉力

 ③主梁主桁架腹杆见图2-4

                图2-3　主梁主桁腹杆组合截面

主梁主桁斜腹杆采用方管120×120×6。

截面：

 则回转半径

斜腹杆计算长度

则长细比为

查规范，得

斜腹杆容许轴压力

 ④主梁底桁架腹杆

主梁底桁架腹杆为普槽［8。

普槽［8：

竖腹杆计算长度

斜腹杆计算长度

则竖腹杆长细比为 

斜腹杆长细比为

查规范知竖腹杆

查规范知斜腹杆

则竖腹杆容许轴压力

 斜腹杆容许轴压力

⑤主桁上弦连杆

主桁上弦连杆为[18a。

截面面积A=25.69cm2；惯性矩Ix=1272cm4；惯性矩Iy=98.6cm4；

中和轴距离z0=1.88cm；

计算长度

长细比为

查规范知

容许轴压力

⑵刚性腿

刚性腿立柱为钢管，直径426mm，壁厚8mm。

计算长度

长细比为

查规范，得

容许轴压力

⑷柔性腿

柔性腿立柱为钢管，直径426mm，壁厚8mm。

计算长度

长细比为

查规范，得

容许轴压力

2.3.3 刚度要求

主梁跨中挠度S/700。

2.3.4 跨度

跨距S＝32m。

3 总体计算

3.1 计算模型

采用大型通用有限元分析软件ANSYS8.0对门式起重机钢结构进行三维空间有限元分析，桁架弦杆采用梁单元BEAM44，腹杆采用杆单元LINK8，总体模型见图3-1。

图3-1 总体模型图

3.2 荷载模型

吊车竖向荷载:

500+500kN

小车自重：

50+50kN

起重机小车最大轮压：

150kN

吊车竖向荷载的冲击和动力系数：

1.25

计算挠度时，不计吊车竖向荷载的冲击和动力系数。

3.3 荷载工况与有限元计算结果

3.3.1 自重工况（工况1）

在自重作用下，主梁跨中挠度为25mm，主梁上弦杆轴力为-173kN（以压力为负），主梁下弦杆轴力为86kN（以拉力为负），主梁斜腹杆轴力为-51kN。

水平连杆的轴力为-15kN。

刚性支腿主管轴力为-265kN，柔性支腿主管轴力为-267kN。

3.3.2 跨中刚度工况（工况2）

在主梁跨中（跨度32m）吊重时跨中产生最大挠度，见图3-3。

荷载为：

4×146+4×146kN。

图3-3 工况2加载示意图

跨中挠度为35mm，支腿水平位移为55mm。

3.3.3 跨中抗弯工况（工况3）

在主梁跨中（跨度32m）吊重时跨中产生最大弦杆力。

荷载为：

2×180+2×166kN，2×180+2×166kN。

主梁主桁跨中上弦杆最大轴向压力为2157kN，下弦杆最大轴向拉力为1078kN。

主梁上弦水平连杆力为73kN。

3.3.4 最不利抗剪工况（工况4）

门式起重机起吊1000kN，小车横移到柔性支腿处。

荷载为：

2×180+2×166kN，2×180+2×166kN。

主桁腹杆最大轴向压力为-259kN。

柔性支腿立柱最大轴向压力为-392kN。

支腿腹杆最大轴向压力为-10kN。

3.3.5 刚性支腿工况（工况5）

门式起重机起吊1000kN，小车横移到刚性支腿处。

荷载为：

2×180+2×166kN，2×180+2×166kN。

刚性支腿立柱最大轴向压力为366kN。

4 刚度验算

主梁主桁跨中：

，刚度满足《起重机设计规范》GB3811—1983要求。

5 承载力验算

5.1 主梁桁架承载力验算

主梁桁架承载力按组合I（工况1＋工况3）进行验算。

腹杆受力按组合I（工况1＋工况4）抗剪工况计算。

5.1.1 主梁桁架上弦承载力验算

主梁跨中上弦最大轴向压力为2329kN

<

 。

5.1.2 主桁下弦承载力验算

主梁跨中下弦最大轴向拉力为1165kN。

5.1.3 主梁桁架斜腹杆承载力验算

主梁桁架腹杆采用120×120×6方管，主梁桁架斜腹杆最大轴向压力为310kN＜。

5.2 柔性支腿承载力验算

柔性支腿仅复核立柱，受力按组合I（工况1＋工况4）计算。

柔性支腿立柱最大轴向压力为659kN

5.3 刚性支腿承载力验算

刚性支腿仅复核立柱，受力按组合I（工况1＋工况5）计算。

刚性支腿立柱最大轴向压力为631kN

6 结论

2×50t/32m门式起重机的强度、刚度、稳定性均能满足《起重机设计规范》GB3811—1983的要求。