桁架门机钢结构设计计算.docx

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桁架门机钢结构设计计算

桁架门式吊机设计计算概要

（知识需要分享才能实现它的真正价值）

一，材料的选用及许用应力：

A用公式计算：

拉压许用应力：

[δ]＝δS∕1.5

剪切许用应力：

[ζ]＝δS∕1.5×1.8

δS→所选材料的屈服强度值；

B直接选取：

Q235B板、型钢[δ]=140-156MPa拉压

[ζ]=100－120MPa剪切

Q345B板、型钢[δ]=180－200MPa

[ζ]=120－150MPa

Q235B焊缝强度设计值：

[δ]=90－120MPa

[ζ]=60－80MPa

Q345B焊缝强度设计值：

[δ]=120－150MPa

[ζ]=80－100MPa

板厚小于16mm选大值；板厚大于16mm选小值；计算准确可选大值！

焊缝形式及高度视其受力及重要程度进行计算后标注；通常贴角焊缝的焊高，可按两焊接件较薄的板厚0.5－0.6倍进行标注；

轴铰座板接触应力：

[δ]=200－250MPa

根据铰座转动程度和重要性来合理选择！

轴销许用应力：

销轴：

45调质HB=220—250

[δ]=240－260MPa

[ζ]=150－180MPa

销轴：

40Cr调质HB=250—280

[δ]=270－300MPa

[ζ]=160－200MPa

螺栓许用应力：

5.6级[δ]=130－160MPa

[ζ]=100－140MPa

8.8级[δ]=200－260MPa

[ζ]=140－180MPa

二，主要计算项目：

☆主桁架的计算；

☆柔性支腿计算；

☆刚性支腿计算；

☆整机功率计算；

☆总体稳定计算；

☆重要部件计算；

▽主桁架计算；

（上、下玄杆计算、直杆计算、斜杆计算、接头计算、斜杆端头焊缝计算、下平联杆计算、自重下桡计算、吊重下桡计算）

▽主梁高度、宽度的确定：

我公司主要选用三角桁架型主梁，主梁的初始选定高度为跨度的：

1/12→1/14。

玄杆材料为Q235可选小值；玄杆材料为Q345可选大值！

三角桁架的底宽为主桁高度的0.45H→0.5H;

桁高和桁宽圆整成整数。

▽主梁直杆、斜杆的确定：

大跨度门吊或80t以上门吊：

B=60°→90°

L≦2000mm

直杆按1／4（小车自重＋1.1吊重）设计，其选用截面比斜杆截面要小；

斜杆按支腿最大支反力（1.1倍吊重系数）设计；斜杆最初设计应力可超出许用应力的15﹪→20﹪，通过在靠近支腿附近的受压斜杆两侧补强来解决。

直杆的主要用途是用来减少上玄杆之间的跨度，从而降低在较大轮压下产生的局部应力！

为了使整个行架美观，直杆选择也不宜太小，往往只比斜杆小1－2个型号。

小跨度门吊或80t以下门吊：

B=45°→60°

L≦1200mm----2000mm

斜杆按支腿最大支反力设计计算；

▽上下玄杆计算：

上玄杆的截面面积是下玄杆的2倍余。

上玄杆轨道可参与计算。

下玄杆承受最大弯矩下的拉应力；

上玄杆承受最大弯矩下的压应力＋车轮产生的局部应力；

主梁加载＝最大吊重×1.1（最大动载系数）＋小车自重

（主梁计算可参照《主桁架计算模板》）

玄杆材料可选工字钢或H型钢（单小车100t以上的门吊和重要船厂门吊可选用玄杆材料为Q235B或Q345B的低桁高主梁），起重小车轮压较大的双工字钢上玄杆，要考虑在两个工字钢中间加焊竖隔板。

▽接头计算：

接头的联接体要略强于上、下玄杆本体！

计算方式可采用两种：

比较法，计算法。

比较法：

接头体最危险截面面积＝1.1×玄杆截面面积；

接头体焊缝有效总面积＝1.5×玄杆截面面积；

计算法：

接头体最大拉压力＝主梁最大弯矩÷主梁高；

还需要计算：

销轴剪应力校核；销孔接触应力校核；接头体焊缝校核；F总焊缝＝0.7×h×L×n×1000应大于上下玄杆拉压力；

主梁尽量减少接头数量，尽量避免接头在梁中；梁段最好为奇数。

主梁每节长度尽量在12米左右。

船厂门吊可考虑只设焊接接头在工地接长！

▽斜杆端头焊缝计算：

斜杆尽量与上、下玄杆焊接（不与直杆相切）并加焊筋板；按斜杆的最大拉力（压力）校核焊缝；必要时，加大贴角焊缝，开坡口焊或加大贴角筋板尺寸或数量；

▽下平联杆计算：

80t以上门吊每节两端或中间，可考虑用相同的下玄杆做横联；平联、斜联一般用单根。

当下玄杆高度超过200mm时，也可考虑用双根平联单根斜联；下玄杆高度超过250mm时，也可考虑用双根平联、双根斜联；

将主梁所受最大横向荷载：

大车制动惯性力、小车迎风荷载、重物迎风荷载、桁架迎风荷载叠加换算到斜杆，分解成水平力计算水平斜杆的最小截面；（按压杆计算）

将小车四分之一载荷作用在桁架直杆上，分解成水平力计算水平直杆的最小截面；

▽自重下桡计算：

自重下桡就是指主梁自重产生的下桡，不包括小车的重量；此数据提供给生产做参考。

主梁生产中的预上桡值＝L／1000+主梁自重下桡计算值。

▽吊重下桡计算：

小车自重＋1.1×吊重在主梁中产生的最大下桡值；此值在梁中≦L／800；在悬臂≦L／350；

桁架的设计须经历初设计→计算→绘图→修订→再计算，反复循环调整桁架高度，上/下玄杆截面材料面积，直、斜杆截面等。

逐渐逼近使上/下玄杆及斜杆同时达到许用应力极限值，又能够满足主梁的最大下桡，此时方为最佳！

截面应力超出――加大截面面积；下桡值超出――加高绗架高度；注意：

将绗高加高时，玄杆截面应力会相应下降！

▽柔性支腿计算；

刚腿、柔腿在支腿平面的夹角一般为25°→28°→30°；结构型式：

角钢式门腿、钢管式门腿；

选用500mm以下钢管的厚度大于8毫米；选用800mm以下钢管的厚度大于10毫米；700mm直径内的钢管内不加隔板；700－800mm直径的管内只加横隔板（或加厚）；1000mm以上钢管壁厚大于12，管内需加纵隔板、横隔板；

角钢主肢壁厚的选择为公称尺寸1/10;如60X60X6;80X80X8

100X100X10等；横向连接系杆柔度：

λ≦80；

柔腿主杆按起重车在最靠边时的压杆设计，其最大应力控制在80MPa—90MPa,支腿高度超过15米选小值；计算准确可选大值；

▽刚性支腿计算；

刚性支腿在主跨度平面的宽度应大于主梁高度，主肢钢管略小于柔腿钢管，副肢钢管小于主肢钢管；

主肢设计最大应力＝最大压应力＋最大弯曲应力；

支腿最大弯矩＝（0.08—0.12）×（起重小车自重＋1.1吊重）×支腿高度；

系数选取：

（Q≧10t→0.12;Q≧16－50t→0.10;Q≧50t－75t→0.08;）

主肢最大应力控制在100MPa左右。

因为刚腿主肢在两个方向都有连接，长度折减系数小；

刚腿在主跨和支腿平面分别施加水平制动荷载后，其水平位移应控制在L/4000;

刚腿、柔腿连接系一般柔度杆：

λ≦120；

刚腿、柔腿与连接板或横梁的连接，应加焊小筋板避免应力集中；其中刚性腿的副肢最好同时与主肢和横梁连接以减少应力集中。

▽支腿上垫梁计算：

分别与主梁和支腿连接，需要计算其最大应力及刚度。

刚度控制在：

L/1000;

▽支腿下横梁计算：

可按一侧大车总驱动力顶推＋斜支腿受压产生的水平分力组合来校核下横梁受压；

▽整机功率计算；

整机功率计算分为：

主钩卷扬机功率计算、副钩卷扬机功率计算、小车运行功率计算、大车运行功率计算等；可按标准计算程序公式进行；（祥见《各功率计算模板》）

▽总体稳定计算；

总体稳定计算分为：

空载运行稳定计算、重载运行稳定计算、最大抗风能力计算等；可按标准计算程序公式进行；（见《总体稳定计算模板》）

三，其他设计注意事项：

▽支腿平衡梁设计：

平衡梁一般受弯曲，为箱梁结构，梁宽是梁高的0.6－0.8倍左右或根据支腿主杆连接法兰要求确定。

计算项目：

上下盖板承受弯曲应力；腹板承受剪应力；主梁刚度不小于L/800;（三项需同时满足！

）受力特别大的梁需要校核腹板焊缝强度；

可按支腿最大轮压组合计算平衡梁受力；

梁内隔板设置原则：

主传力对应位置设计实心隔板；局部稳定需要或传力较小可设计空心隔板；

当梁高与腹板厚度比≦60可不设计横隔板；当梁高与腹板厚度比≧60－160时只设计横隔板，不需要设计纵隔板；当梁高与腹板厚度比≧160需要同时设计横隔板和纵隔板；

▽轴销设计：

车轮轴承按双倍承载选取；车轴按刚度控制设计，刚度为：

L/1000;材料一般为45钢，重要的轴可采用40Cr材料。

凡采用上述合金钢都需要进行调质处理；

直径大于100的销轴用卡板固定；直径小于80的销轴可采用开口销；经常拆卸的销轴需要在轴端设计引入角，引入角小于30°。

▽行走大车设计：

行走大车可根据单轮轮压来设计选用。

我中心根据常用门吊的使用情况，建立了标准台车库。

将大车的结构形式归纳为两种：

1标准结构；2简易结构。

驱动形式为两种：

1全驱动车＋被动车；2半驱动车；（半驱动车的轴承箱为密封结构，无外齿轮，一个车体上主动轮、被动轮各一个，用于环境恶劣的地方。

车轮直径的系列为：

￠400/15t、￠450/20t、￠500/25t、￠600/30t、￠710/35t五种,应合理选用。

一般门吊无特殊要求，选用二分之一驱动大车；对于要求爬坡1％以上或制动要求高的门吊，可选用全驱动大车或在被动车上加装防风制动装置。

提高制动停车效果。

▽起重小车设计：

起重小车可分为：

卷扬机、机架、行走机构、定滑轮组、动滑轮组（吊具）几个部分。

卷扬机：

需确定：

最小单绳拉力；平均绳速；最大容绳量。

机架：

定滑轮梁的强度、刚度、腹板剪力计算；两端焊缝剪切计算；行走机构梁的强度、刚度计算；

机架的计算原则是：

将各梁按简支梁加载逐一计算，对于大吨位的梁，要特别注意腹板的剪应力和传力隔板的设置。

行走机构：

驱动动力计算；轮压计算；

定滑轮组：

滑轮轴计算；滑轮直径选定；滑轮组支承座或吊挂部件计算；（多片滑轮的安装要考虑滑轮轴最佳间隙的选取：

轴与轴承内孔的最小间隙：

0.10－0.15）

▽吊具：

严格按照起重机设计手册中的吊钩部件安全系数设计！

起重小车总成：

需要校核动滑轮摆绳极限位置的入绳角：

λ≦1.5°,视其转动速度快慢，决定缠绕层数。

无排绳器的卷筒，最大缠入量不得超过三层。

取力称重装置的设计安装应便于检查、检修。

100t以上起重小车建议用8个车轮，其目的时减少主梁上玄杆的局部压应力。

▽防护栏杆设计：

栏杆高度H=1050,一般用￠1″水煤管或35×35×3方管制造。

栏杆上面、中间设横杆，下设踢脚板。

防止人员滑倒后从中横杆下面摔出。

爬梯应根据国标要求来设计：

爬坡斜度在35°－55°之间；结构形式为：

两侧用两根50X50X5角钢组合做边梁，踏板宽B=160mm－180mm,用3mm花纹钢板折弯制成，台阶高度：

200mm－260mm;楼梯道净宽度不小于600mm.一层最大梯长爬高：

5米。

直梯可用50X50X5角钢做边梁，用￠1″以上水煤管做台阶。

台阶高度：

260mm左右;楼梯道净宽度不小于550mm.一层最大梯长爬高：

9米。

当在高空时，须加装圆形防护圈，防护圈内径不小于700mm,梯子下面预留2米高度不装防护圈，方便人员进出。

为了便于拆装和运输，斜梯与栏杆在工厂内放样做好，在工地将两者焊接。

对于梁场门吊，由于要经常转场拆卸，可考虑做成可拆分件。

在栏杆下端增加一套筒，筒壁钻孔攻丝，将套筒与楼梯焊牢，用螺栓与栏杆固定。