完整版桥架结构设计.docx

1、完整版桥架结构设计第3章箱形梁式桥架结构设计3.1箱形梁式桥架结构的构造箱形梁式桥架结构主要是由两根主梁和端梁所组成。 主梁是由上、下盖板和 两块垂直腹板组成封闭的箱形截面的实体板梁结构。 小车运行的轨道铺设在主梁 上盖板的正中间，因此两根主梁的间距便取决于小车的轨距。 桥架的两端梁间的 距离决定于桥架的跨度大小。安装大车运行机构和小车输电滑触线用的走台为悬臂固定在主梁的外侧。 走台的宽度决定于端梁的长度和大车运行机构的平面布置尺寸。桥架端梁的长度主要取决于大车的轮距大小。 大车轮距K和桥架跨度L的比 值通常取为：(3-1)KL28.5/5 4 : 5.71 1代入数据得K ( : -)L 2

2、8.5/7:7 5取K 4m3.2主要尺寸参数的确定3.2.1箱形主梁的构造和主要尺寸的确定1主要尺寸确定箱形主梁的主要构件是上盖板、下盖板和两块垂直腹板。通常为了制造方便， 腹板中部为矩形面两端做成梯形，同时使下盖板两端向上倾斜(如图 3-1)图3-1主梁示意图这时梯形的高度取为1 1 C ( : )L (3-2 )5 10主梁在跨度中部的高度H,根据起重机桥架刚度的要求和制造的经验，一般按照跨度L的大小取如下值：当 L23m 时， H 丄20(3-3)主梁在端梁连接处的高度H。可取：Ho (0.4 : 0.6)H(3-4)1 1 所以由设计参数得 C (一 ： )L 0.1 28.5: 0

3、.2 28.5 2.85:5.7 由于 C一5 10般取2到3m所以C取值为3mH 竺 1.425m20 20H0 (0.4 : 0.6)H 0.4 1.425: 0.6 1.425 0.57 : 0.855 m因为起重量和跨度较大，所以选取 H。0.8 m两腹板的厚度 一般取相等。上、下盖板的厚度 1也常取同值。这些板厚的取值与起重量有关，按表(3-1 )选取yX厂5TI5bry图3-2箱形主梁的构造简图表3-1箱形主梁腹板和盖板厚度推荐值 （mm起重量Q（t）5，810 (12.5 )15( 16)2030 (32)50腹板厚3666，8盖板厚度3 18，1010，1212，1416-22

4、注：表中所列板厚较大值用于跨度较大者。根据设计参数得 6盖板厚度! 12为了保证桥架具有足够的水平刚度， 主梁两腹板内壁的间距b不能太小，其 值为：H 厂 Lb 且 b （ 3-5）3 50同时，根据焊接施工条件需要，这个距离还必须大于350mm当b值确定后， 便可以按下面的关系式定出上、下盖板的宽度 B:B b 2（ 10） mm （手工焊）B b 2（ 20） mm （自动焊） （3-6）H 1.425 口 L 28.5由公式3-5可知b = =0.475m 且b 0.57m3 3 50 50所以选择b的值为0.6m。从而B b 2( 20) 600 2 26 652mm所以 h H 2

5、1425 2 12 1401mmh/ 1401/6 233.5 70所以 ho Ho 2 1 0.8 2 0.012 0.7762加劲板的布置图3-3箱形主梁的构造简图为了保持腹板的局部稳定性，当h/ 70时，便需要在主梁腹板内布置一些垂直的横向大加劲板（图3-3中4）。在靠近端梁处两块加劲板的距离 a h 1401，取a 1400 ;而跨中为a （1.5: 2）h且a 2.2m。所以a的取值为 2.2m。为了使小车的轮压更直接地传到腹板上去，并进一步增加腹板的局部稳定 性，在大加劲板之间腹板受压缩区域内，增设一些垂直的小加劲板（图 3-3 中5），其高度约为h/3。两个小加劲板的间距a1，主

6、梁端部小加劲板的间距Iaa1 7002主梁中部小加劲板的距离取为a1 1.1m加劲板的厚度推荐值由4查得取为k 4mm。当h/ 160时，必须在离上盖板（0.2-0.5）h地方再添设纵向加劲板条或 角钢，以增加腹板受压缩区的局部稳定性。 在小加劲板的下面采用 45 45 5角钢水平加劲杆(图3-3中6)322箱形梁式桥架的端梁构造和主要尺寸确定箱形梁式桥架的端梁也采用箱形的实腹板梁式结构。 端梁的中部截面也是由上、下盖板和两块垂直腹板所组成。由于运输和安装的需要，通常把端梁制 成两个分段。在制造厂施工时，先把一根主梁和端梁的一个分段焊接在一起形 成半个桥架，然后在使用地点安装时再将两个半桥架在

7、端梁接头处用螺栓连接 在一起，成为一台完整的桥架。端梁的安装接头采用普通螺栓连接。端梁的盖板和腹板厚度的选择参考表 3-2.在端梁与主梁连接处，以及端 梁的车轮支承处均应适当配置加劲板， 以保证腹板的局部稳定性。为了安装接 头的施工需要，应开设直径不小于 150 mm的手孔。表3-2端梁的构件厚度荐用值 (mm起重量(t)5，810（ 12.5） 15（ 16）20 30 （32）50上盖板8101216-20中部下盖板8101216-20头部下盖板121620腹板6，88由表3-2得，端梁构件厚度值为上盖板为12;中部下盖板为12;头部下盖板为16；腹板厚为&端梁的中部高度为H。 Ho 2

8、1 0.8 2 0.012 0.776m。头部高度可取为0.388mm。中部腹板高h 0.776 2 0.012 0.752m。头部腹板高为h 0.776 0.012 0.016 0.748m。端梁的总长度取为L2 5m。查3得大车轮两角形轴承箱中心之间的距离 A=280。所以腹板间距离b2 280 8 288。所以端梁的宽度为B2 b 2( 20) 288 2(8 20) 0.344m323端梁连接设计1连接形式由于端梁采用两段拼接而成，则端梁的安装接头设计在端梁的中部。 端梁的接头的上盖板和腹板焊有角钢做的连接法兰，用高强度螺栓连接。下盖板的接头用连接板和高强度螺栓连接。如下图为接头的安装

9、图下盖板与连接板的连接采用 M18的螺栓，而角钢与腹板和上盖板的连接采 用M16的螺栓。2螺栓连接的强度计算上盖板的连接螺栓和腹板连接螺栓受剪力的拉力；下盖板的连接螺栓受剪 力。(1)假定内力由螺栓平均承受。则螺栓的数目为:(3-11)Nn Nmin式中 N 作用于螺栓的力；Nmin螺栓的许用承能力Nmin Nynt G(3-12)在抗剪连接中:(3-13)在抗拉连接中:Nmin Ni式中 d 螺栓杆的外径do 螺栓螺纹处内径n 每个螺栓的受剪面数目i、螺栓的许用拉、剪应力。按表3-121选用F盖板M18螺栓:上盖板和腹板M16螺栓:所以所需螺栓数目为:658U 141814所以上盖板和腹板连

10、接所需螺栓数目为 14NiNm6580 46612.843.9下盖板所需螺栓数目为：取值为43.3桥架的计算3.3.1桥架结构的材料由于车间起重机反复起动、制动，所以主梁承受较大冲击载荷。因此它要求 主要构件的材料应具有较高的破坏强度和疲劳强度及一定的塑性， 同时具有较高的冲击韧性。普通碳素钢Q235是制造起重机金属结构最常用的材料。本设计对起重机的 工作环境与温度无特殊要求，因此 Q235钢完全符合使用要求。3.3.2桥架设计的计算载荷及其组合作用在桥式起重机桥架结构上的载荷有固定载荷、移动载荷、水平惯性载荷及大车运行歪斜产生的车轮侧向载荷等。1固定载荷固定载荷也就是自重载荷，它可以分为均布

11、载荷和集中载荷两种。 对于箱 形主梁的受载而言，主梁、轨道、走台和拦杆等组成的半个桥架结构自重，是 属于均布载荷。集中载荷作用的自重载荷包括有操纵司机室、 分别驱动的大车运行机构以及安置在走台上的起重机电气设备等。图3-3为我国生产的吊钩桥式起重机系列的半个桥架结构部分的重量Gq/2曲线。确定半桥架重量的估算值Gq/2后，则主梁由于桥架自重引起的均布载荷ql为:(3-7)Gq/2qi L式中l-桥架的跨度 (m图3-3箱形梁式桥架结构的重量曲线由图3-3估算Gq/2 8500 9.8 83300 N所以qiGq/2 8330028.52922.8N /m当大车运行机构采用分别驱动时，主梁所受的

12、全部均布载荷q就是桥架自 重引起的均布载荷qi，即(3-8)Iq qi由公式 3-6 得q qi 2922.8N/m司机操纵室的重量Go是固定的集中载荷，初算时可取为1-1.5 t，封闭式取较大值敞开式取较小值。重心作用位置到主梁一端的距离大约取 lo 2.8。由于司机室选择闭式，所以Go选取1.5 t o属于固定集中载荷还有大车运行机构的电动机和减速器等较沉重的部件重量，其值查表7-31得G, 0.5t, h 1.5 o2移动载荷对箱形主梁的受载而言，移动载荷就是由起重小车的自重和额定起重量引 起的小车轮压。当起升机构在上升起动或下降制动时，还将产生与起重量作用 方向相同的垂直惯性力。故在确

13、定作用在主梁上每个车轮的计算轮压 P时，需要引用一个动力系数 C来考虑这个惯性力及其造成的动力加载作用。动力系数C可由图2-21查得。主梁上的小车轮压可参考表7-41 o由图 2-21得 C 1.1，由表 7-41查得 R 7300N ; F2 6700N ;轮距 b 2400mm o所以 R cR 1.1 7300 8030N ; P C 氏 1.1 6700 7370N o(3-8)主梁的总计算载荷：q 4q 1.1 2922.8 3215.08 N/m式中1.1 冲击系数3主梁弯矩计算主梁垂直最大弯矩M (GmaxL Bxc qL 4Gd 4Go! 0 2P) R P2() 4QJo(3

14、-9)代入数据得M (G P)maxP2(L Bxc) qL 4GdL 224(80304G0l0 2L4G0l 028.5 2.4、 3215.08 28.5 1.1 500 9.8(28.5“8030 73704(28.51.1 1500 9.8 2.8 488380.524 N m23215.08、21.1 1500 9.8 2.8228.5主梁水平最大弯矩M g max0.8Mmax(G(3-10)式中a Vq 车起动制动加速度平均值tq 6: 8stqa Vq 独 0.1825： 0.2433m/s2tq 60 (6 : 8)M max(G p)不计反冲系数4和动载系数2时主梁垂直最

15、大弯矩，由下式算得2L Bxc) qLL 24(RL_P1 9) L 228.5 2.4 2922.8 28.58380 7370( ) 28.58380 7370 2922.8、 4( )28.5 21.5 84359.2NM (GR)maxR P2(R P2Glo1500 9.8 2.8228.51500 9.8 2.8 500 9.8因此得主梁水平最大弯矩：Mgmax 0.8Mmax(G P)(1263.7: 1675.5)Na 0.8 84359.2 gm0.1835: 0.24339.84主梁强度验算Mmax(G P)(GR) wxM gmax(3-11)主梁中间截面的最大弯曲应力为

16、：Wx (hx 30.015m31.401 0.0060.652 0.012) 1.401(3-12)13B 10.6520.012wy (3h)b ( 31.401 0.006) 0.6（3-13）0.007m3因此可得：M max (GP) M g max(G P)WxWy488380.5241675.532.79MPa0.0150.007由表2-19查得Q235钢的许用应力为式中 Wx 主梁中间截面对水平重心轴线 X-X的抗弯截面模数其近似值cs220165.4MPa(3-14)1.33 1.33因此 c主梁支承截面的最大剪应力根据2公式计算式中 Qrnax（G P）主梁支承截面所受的最

17、大剪力，计算如下28 5 2 81.1 1500 9.8 78220.628N28.5(3-16)1x0 主梁支承截面对水平重心轴线 x x的惯性矩，其近似值:(3-17)S主梁支承截面面积对水平重心轴线 x x的静矩:S2牛严B1(3-18)maxQ (G P) s maxlx。278220 .0039 9.07MPa0.0028 2 0.006(3-19)因此可得:(3-20)由 表2-19查得钢的许用剪应力n 96.6MPa综上，强度满足要求5主梁的垂直刚度验算2公式主梁在满载小车轮压作用下，在跨中所产生的最大垂直挠度可按照 进行计算:PL3 1 (1 6 2 4 4)式中P2R7370

18、83800.879Ix48EJ(3-21)BxcL2.428.50.084H0.01521.42520.011m4因此可得:(1 648EIx3 2 48380 28.531 0.879(1 6 0.0842 4 0.0844)48 2.1 106 0.0110.671cm允许的挠度值由2公式得:I 28 5f 700 而 4.07cm( A5级) (3-22)因此 f v f6主梁水平刚度验算PgL31 4 qgL48EI y384EI y(3-23)公式计算（略去第三项，简化成简支梁）：式中 Pg 作用在主梁上的集中惯性载荷qg 作用在主梁上的均布惯性载荷由此可得:帀00 1.425cm(

19、3-24)水平挠度的许用值:因此 fg v fg由上面计算可知，主梁的垂直和水平刚度均满足要求。 由于起重机工作无特 殊要求所以不进行主梁的动刚度验算。7端梁的计算由于端梁采用的截面尺寸以及材料都相同。由主梁计算结果可知端梁的强 度、刚度都合格。因此不用再单独进行校核。3.3.3桥架拱度为了减少主梁在受载工作时的实际下挠变形，以利于起重小车和大车运行机 构的正常工作，制造时主梁被做成向上变曲的弧形。主梁的上拱弧线采用二次抛物线。桥架跨度中央的标准拱度值为:fo 285 0.0285m1000 1000考虑制造因素，实取 y 1.4 f0 1.4 0.0285 39.9mm。主梁跨度中任一点的上

20、拱度值y用下式计算（如图3-4）：4fx(L x)式中RaQmax(GP)(Lxc 2a?)78220.628 (4 0.2)164263.3188(3-25)(3-26)图3-4主梁上拱曲线计算简图3.3.4主要焊接连接的计算1端梁端部上盖板焊缝h0 BL2ni 上盖板翼缘焊缝数hf 焊肉高度，取hf=0.6cm2端梁端部下翼缘焊缝端梁支承截面下盖板对水平重心线 x-x的面积矩:(3-25)S2 2 12 1.2 11.15 321cm3端梁下盖板翼缘焊缝的剪应力为：(3-26)3主梁与端梁的连接焊缝% 0.7hf h78220.6282 0.7 0.006 0.698413.33MPa(3-27)主梁与端梁腹板的连接焊缝的剪应力为:式中 h。一连接处焊缝计算高度，h。=0.95h=0.6984mh腹板的高度4主梁上盖板焊缝主梁在支承处最大剪切力omGxp)作用下，上盖板焊缝剪应力为:S 78220.628 0.0039 12 97MPa2 0.7 hf Ixo 2 0.7 0.006 0.0028(3-28)由于焊缝的许用应力95MPa，因此各焊缝的计算应力均满足要求。