桥式起重机设计计算讲义.docx

1、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。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。

2、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 。 断面形状如图 2-4 所示,尺寸如图所示的 H、 h1 、 h2 、B、 b、 b0等。 F F1 2F2 F3 F1 Bh1， F2 bh0 ， F3 Bh2 q Fr (kg /m )33Bh13 2 b(H h1 h2)3 2 Bh23 2 4121 F1 y12 2 1 2 2F2 y32 2 F3 y22 (cm4 )12 12 12233 2 3h1B h2B b h0 b0 b 2 41

3、2 2 0 2F2( 0 )2 (cm4)12 12 12 2 2 2 WX JX /yc和JX /H yc(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（类载荷 ）nI 1.48s I s1.48 I I3 cd 1.5 I组合（类载荷 ）nII 1.34 II 1.3s41.34 II II 3II cd 1.5 II组合（类载荷 ）nIII 1.16 III 1.1s61.16 III III cd 1.5 III+qS28+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 P

4、Q和小车自重分配到各车轮的作用力为轮压。如 P1 P2 P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 Mp2(P1 P2)SMp 2 1 24(Nm) P1 P2时简算SbMp 2 P22(N m) P1 P2 P时Mp 2P S b22P1 P2(Nm) P1 P2时，可近似取 P 1 2 2注：建议当 P1 P2时，采用 P P1 2P2 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 Mp Mq8.主梁跨中水平惯性载荷产生弯矩 M 水J1y

5、主梁端截面的 Jy(cm4 )J2 y 端梁截面的 Jy (cm4)1 Z1P惯 P 1惯5Z1P (小 车 自 重 PQ )2QZ1 起重机大车驱动轮数Z 总轮数1 Z1q惯 q 15Z起重机设计计算培训讲义9.主梁跨中截面弯曲强度计算10.主梁跨端剪切强度计算P1 P2bqS图2-7 跨端最大剪力 QmaxQmax P1 P2（1 b） qSS2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

6、算精算l 为小车轮压至主梁支承处距离，见下图所示12b图 2-8当 P1 P2 P 时f垂 Pl (0.765ESJ2x l2) f注： P1、 P2不乘以系数 。 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，只作为设计计算用起重机设计计算培训讲义三、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

7、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 m 0 ；另一种是偏轨箱形梁，局部压应力 m 0 （轮压作用在腹板上 ）（1） 横向加劲肋间距 a 的确定 当 h0 80 235 时， h0 腹板高， h 腹板厚， s 材料屈服 h s 0 h s极限。m 0 时，可不设置加劲肋。m 0 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 a 2.5h。 sm 0 时：b)c)当 1200 h0 1500时，取 a h 500h0h h0 1000h当 h0 1500

8、时，取 a h 1000h0h h0 500h上式中 可查下表 2-4。表 2-41100 h201001401802002202401.001.011.021.031.041.051.061h0100 h222602803003203403603801.071.091.101.121.141.161.181h0100 h24004204404604805005201.211.241.271.311.351.401.461100 h25405605806006206401.531.611.711.842.012.248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

9、如图 2-10 所示图2-10上式中 0h0 （ Qmax 最大剪力，对简支梁 Qmax 2RA，RA为支反力 ）当 m 0 时：K3h00 1 K4h注： K3和 K4查表 2-5表 2-5m / 1K3K4m / 1K3K40.052123620.8040210960.104222920.8541710440.156422190.9042910010.2010720760.954419650.2515219331.004509310.3018918081.104509000.3521917101.204508700.4024816131.304508400.4526715401.40450

10、8109起重机设计计算培训讲义0.5028914671.504507800.5531013941.604507500.6033113241.704507200.6535212541.804506900.7037111991.904506600.7538711472.00450630上表中 m 局部压应力P 轮压翼缘板厚c a 2hya 50mmhy 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 m 0 时，11 h1 ( )h054h2 h0 h1当 h2 100 时， a 2.5h2 h10起重机设计计算培训讲义图2-11当 h 1200 时， a 2h2当 m 0 时，

11、上述当计算出的a值大于 2 h 。或出现负值时取 a 2h2 即可。上式中的 K1和 K 2 如表 2-6 所示。表 2-6m/K1K2m/K1K20.27127001.95695200.37096972.05605110.47066912.25414930.57006852.45294750.66946762.65174570.76856662.8505439110.86766543.04944260.96676423.24874141.06586303.44804021.16496183.64713901.26406063.84623781.36305934.04533681.461858

12、04.24443591.56065664.44353501.65965544.64263411.75875424.84173321.85785305.0408323起重机设计计算培训讲义0h 320 当 240 23s5 h0235 时，此时应加横向加劲肋，同时增设二道 s纵向加劲肋。图2-12h1 (0.15 0.2)h0h2 (0.175 0.2)h0a按部分 m 0和 m 0时 a公式计算确定。 h0 320 235 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 56412起重机设计计算培训讲义页相应部

13、分，一般不会出现这种情况。 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， a 0.5h0 2h2 ，且不大于 2m，需要加 横向短加劲肋 a1时， a1 0.75h1 ，h1和h2均为 h1 h2 (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 b h0 40 (工字形主梁 )30 b 1.2(3h00 40)

14、(箱形主梁 ) 横向加劲肋厚度 b15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 I Z1 要求 I Z1 3h0 h313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 I Z 2当 ha0 0.85时， I Z2 1.5h0 h3a 0.85 时，I Z2 Fx2F 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b 15 23s5 工字梁不加纵向加劲肋(2) b0 40 235 箱形梁不加纵向加劲肋14起重机设计计算培训讲义(3) 当 b 15 235和 b0 40 235 时，应加纵

15、向加劲肋。 ss纵向加劲肋应保证有一定的惯性矩要求。a a2 3(0.64 0.09 ) 3b1 b1I Z3mI Z3 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 。 Vmax 1 PG 1(PG小 PQ ) ，此时为起重小车行至主梁

16、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起重机设计计算培训讲义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 -,-, - 分别计算， - 截面为端梁最大弯矩截面， - 为支承截面， - 为薄弱截面。1. - 截面弯曲应力与剪应力：M V Vmax CM H Ps C剪力 QV Vmax- 截面应力MV

17、 M HWx Wy剪应力一般不大，可忽略不计。2. - 截面弯曲应力与剪应力：- 截面水平弯矩和垂直弯矩近似为零。- 截面仅计算剪应力。剪力 QV Vmax16起重机设计计算培训讲义QV S02Jx式中 QV 剪力S0 -截面的静矩Jx - 截面的水平惯性矩 - 截面的腹板厚度- 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： P 2PQ PQ PG小 GMq1qS22 P惯 S q惯 SM 水 惯 惯水 4 8M垂 M 水y 4 MW垂x MW 水yy 整体弯曲应

18、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，518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x x方向， K2，K4，K5为 y方向。图 2-19图 2-18图 2-18 中， e 0.164R（普形工字钢，30 特也为普形工字钢 ），c 4mm,1ceK1 K 5值。a b d , i a 图 2-19 中， i , 查 值即得到相应 a1 点的局部弯曲应力：1xK1tP020式中：

19、P轮压t021a处翼缘平均厚度。1y K 2 P1y 2 t 2t01x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起重机设计计算培训讲义3 点的局部弯曲应力：3x K 3 t2 t03y K4 tP2 t05 点的局部弯曲应力：5y3.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： x2 y2 x y1 点处合成应力 11 12x 1y y 2 1x 1y y3 点处合成应力 33 32x 3y y 2 3x 3y y5 点处合成应力 55y y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 2 20 H 型钢，0.5 b s对于图 2 21i 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0x C X t 2纵向局部弯曲应力0 y CY t 22）合成应力02x 0y y 0x 0y y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， E 2.1 106 kg / cm22. 水平静刚度 f 水3稳定性计算略。22