塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)

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1、 1.2.1 總安全系數(shù)的許用應(yīng)力計(jì)算法 考慮到各種不利因素影響，用一個(gè)總安全系數(shù)K來(lái)解決，即將鋼材可以使用的最大強(qiáng)度（如屈服強(qiáng)度）除以一個(gè)籠統(tǒng)的安全系數(shù)。作為結(jié)構(gòu)的計(jì)算時(shí)容許達(dá)到的最大應(yīng)力-許用應(yīng)力。這種計(jì)算方法成為許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法，表達(dá)式為： 式中：N-構(gòu)件內(nèi)力； S-構(gòu)件幾何特征； -鋼材屈服強(qiáng)度； K-安全系數(shù)； -構(gòu)件計(jì)算應(yīng)力； 這種總安全系數(shù)的許用應(yīng)力計(jì)算法的缺點(diǎn)是：由于采用了一個(gè)安全系數(shù)，將使各個(gè)構(gòu)件的安全度各不相同,而整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全度取決于安全度最小的構(gòu)件。其優(yōu)點(diǎn)是表 達(dá)式簡(jiǎn)單、概念明確、應(yīng)用方便。KSN S S 1.2.2 三個(gè)系數(shù)的極限狀態(tài)計(jì)算法 根據(jù)結(jié)構(gòu)使用上的要求，在結(jié)構(gòu)

2、中規(guī)定兩種極限狀態(tài)，即承載能力極限狀態(tài)和變形極限狀態(tài)：承載能力極限狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形極限狀態(tài)；變形極限狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用（變形或耐久性能）的某項(xiàng)規(guī)定的極限狀態(tài)。同時(shí)引入三個(gè)系數(shù)：載荷系數(shù)、質(zhì)均系數(shù)、工作條件系數(shù)。以載荷系數(shù)k1考慮載荷可能的變動(dòng)，以質(zhì)均系數(shù)k2考慮鋼材性質(zhì)的不一致，以工作條件系數(shù)k3考慮結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的工作特點(diǎn)以及某些假定的計(jì)算模型與實(shí)際情況不完全相同等因素。這種方法比按許用應(yīng)力計(jì)算法考慮的細(xì)致一些，但某些系數(shù)（如工作條件系數(shù)）的確定還缺乏客觀依據(jù)和科學(xué)方法，同時(shí)它的表達(dá)式較為繁瑣，其表達(dá)式為： SKKNK si 321 n 1

3、.2.3 以結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)為依據(jù)，多系數(shù)分析后用單一安全系數(shù)的許用應(yīng)力計(jì)算法n 1974年我國(guó)正式編制鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范TJ17-74，規(guī)范中采用的表達(dá)式是許用應(yīng)力計(jì)算方法，但在確定安全度方面與早期許用應(yīng)力計(jì)算法有所不同。它是以結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)（強(qiáng)度、穩(wěn)定、疲勞、變形）為依據(jù)，對(duì)影響結(jié)構(gòu)安全度的諸因素以數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，并結(jié)合我國(guó)建國(guó)后20年來(lái)的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行多系數(shù)分析，求出單一的設(shè)計(jì)安全系數(shù)，以簡(jiǎn)單的許用應(yīng)力形式表達(dá)，實(shí)際上是半概率半經(jīng)驗(yàn)的極限狀態(tài)計(jì)算法。其按承載能力計(jì)算的一般表達(dá)式為：K SKKK SN Ssi 321 載荷系數(shù)k1是用以考慮實(shí)際載荷可能有變動(dòng)而給結(jié)構(gòu)留有一定安全儲(chǔ)備的系數(shù).根據(jù)對(duì)

4、剛屋架、吊車梁的設(shè)計(jì)資料，按載荷統(tǒng)計(jì)資料，分析后得出的加權(quán)平均載荷系數(shù)，其變動(dòng)范圍在1.145-1.305之間，為簡(jiǎn)化起見，采用=1.23。 n 材料系數(shù)k2是用以考慮材料強(qiáng)度變異的系數(shù)。按當(dāng)時(shí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定3號(hào)鋼（現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的Q235材料）的屈服強(qiáng)度為235N/mm2，低于此值者即為廢品，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中即取此廢品極限值作為3號(hào)鋼的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。但是，鋼鐵公司的產(chǎn)品質(zhì)量是不均勻的，公司之間，同一公司內(nèi)不同生產(chǎn)廠（或車間），甚至同一生產(chǎn)廠（或車間）內(nèi)，產(chǎn)品的質(zhì)量也存在差異，同時(shí)，各個(gè)生產(chǎn)廠對(duì)產(chǎn)品的驗(yàn)收又是采用抽樣檢驗(yàn)的方式，這就不可避免地會(huì)有屈服強(qiáng)度小于2400kg/cm2（相當(dāng)于235N/mm2）的鋼材

5、混雜其間，作為正式產(chǎn)品供應(yīng)（在商品經(jīng)濟(jì)的今天，甚至有一些不法分子為謀取私利故意將不合格的產(chǎn)品混入合格產(chǎn)品中進(jìn)行銷售）。根據(jù)對(duì)我國(guó)當(dāng)時(shí)大中小有代表性的鋼鐵廠的鋼材強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，并考慮到過(guò)去設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)而定出的材料強(qiáng)度系數(shù)是：對(duì)于3號(hào)鋼，k2=1.143，對(duì)于16錳鋼和16錳橋鋼，k2=1.175。 n 在設(shè)計(jì)計(jì)算中，僅考慮單一的載荷系數(shù)和材料強(qiáng)度系數(shù)還是不夠完備的。例如，對(duì)活載荷所占比重較大的構(gòu)件，或施工條件較差的連接構(gòu)件等都與一般條件等同看待，其安全度就顯得偏低；不同結(jié)構(gòu)和部件失效后產(chǎn)生的損失和影響不同，即重要度不同，要求的可靠度也自然不同。調(diào)整系數(shù)就是用以考慮這些特殊的變異因素（載荷的特殊變

6、異、結(jié)構(gòu)受力狀況和工作條件）的系數(shù)。其數(shù)據(jù)主要是根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定的。對(duì)于3號(hào)鋼，和16錳鋼，一般取K3 =1.05。 K1、K2、K3綜合確定后的安全表達(dá)式為： 上式即為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范TJ17-74采用的許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法 的表達(dá)式。例如,3號(hào)鋼的=2400kg/cm2, K1=1.23、K2=1.143、K3=1.0，則K=1.23 SNi 321 KKKK ss n 1.2.4 以概率論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法n 極限狀態(tài)的概率設(shè)計(jì)法是把各種參數(shù)（載荷效應(yīng)、材料抗力）作為隨機(jī)變量，運(yùn)用概率分析法并考慮其變異性來(lái)確定設(shè)計(jì)采用值。這種把概率分析引入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法顯然比許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法先進(jìn)。近

7、年來(lái)各國(guó)逐漸采用此種方法。n 設(shè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載能力為R,R取決于材料的抗力和構(gòu)件的幾何特性。這些參數(shù)都是隨機(jī)變量，根據(jù)它們各自的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)運(yùn)用概率法來(lái)確定它們的設(shè)計(jì)值。設(shè)計(jì)值確定了承載力R也就確定了。n 載荷效應(yīng)是指各種載荷、溫度變化和地震等對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的作用產(chǎn)生的效應(yīng)，亦即同時(shí)作用于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的若干種載荷分別在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的內(nèi)力，這些內(nèi)力的總和也就是載荷效應(yīng)，用S表示。各種載荷也都是獨(dú)立的隨即變量。根據(jù)他們各自的統(tǒng)計(jì)數(shù)值，用概率法確定其設(shè)計(jì)值。這些載荷的設(shè)計(jì)值確定后，總的載荷效應(yīng)S也就確定了。 n 當(dāng)RS時(shí)為可靠，RS時(shí)為不可靠，R=S時(shí)為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載能力的極限狀態(tài)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使R=S的

8、概率可靠度不低于某一特定數(shù)值。這就是極限狀態(tài)概率設(shè)計(jì)法。 n 1. 2.5金屬結(jié)構(gòu)計(jì)算方法n 金屬結(jié)構(gòu)是工程機(jī)械的承載構(gòu)件，而工程機(jī)械是一種短周期循環(huán)工作的機(jī)械，這一特點(diǎn)導(dǎo)致了機(jī)械實(shí)際載荷的多變性。機(jī)械工作時(shí)不僅在不同的循環(huán)中載荷不同，而且在同一循環(huán)過(guò)程中工作載荷也在變化，即使工作載荷不變化,也有帶載行程和空載行程的差別，再加之每一循環(huán)過(guò)程中的多次起動(dòng)、制動(dòng)所引起的動(dòng)載荷以及起升載荷作用位置的移動(dòng)或擋風(fēng)面積的變化等，都會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件受載的改變。另外還有一些載荷，如風(fēng)載荷、道路不平導(dǎo)致的沖擊載荷等，本身具有明顯的隨機(jī)性。根據(jù)工程機(jī)械受載過(guò)程這個(gè)復(fù)雜的隨機(jī)過(guò)程，宜采用以概率論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)

9、設(shè)計(jì)法。但是，由于目前對(duì)工程機(jī)械隨機(jī)載荷的研究還不太充分，缺乏適用于工程機(jī)械結(jié)構(gòu)的各分項(xiàng)系數(shù)的可靠統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，故我國(guó)以及絕大多數(shù)國(guó)家至今尚未采用以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)法來(lái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，仍采用半概率半經(jīng)驗(yàn)的極限狀態(tài)計(jì)算法，即以結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)為依據(jù)，多系數(shù)分析后用單一安全系數(shù)的許用應(yīng)力計(jì)算法。 n n 該設(shè)計(jì)方法是通過(guò)計(jì)算承重結(jié)構(gòu)或構(gòu)件是否滿足承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)要求進(jìn)行的。n一、承載能力的計(jì)算n 承載能力計(jì)算是對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定及疲勞等方面進(jìn)行分析，確保結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在承受各種載荷時(shí)，滿足承載能力極限狀態(tài)要求。一般表達(dá)式為： N-考慮各種載荷系數(shù)計(jì)算的內(nèi)力 S-構(gòu)件幾何特性； -材料許

10、用強(qiáng)度 SN i n二、變形計(jì)算：n 變形計(jì)算是從結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形方面進(jìn)行分析，確保結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在承受各種載荷時(shí)，正常使用（變形）極限狀態(tài)的要求。一般表達(dá)式為： 式中： -結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)載荷作用下產(chǎn)生的最大撓度； -規(guī)范規(guī)定的許用撓度； -結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比； -規(guī)范規(guī)定的許用長(zhǎng)細(xì)比； 或 n 1.2.5.1作用在金屬結(jié)構(gòu)上的載荷及其組合 n 目前，金屬結(jié)構(gòu)采用的設(shè)計(jì)方法為以結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)為依據(jù)，多系數(shù)分析后用單一安全系數(shù)的許用應(yīng)力計(jì)算法。其安全系數(shù)取決于載荷系數(shù)、材料系數(shù)及調(diào)整系數(shù)，為更好的理解和選用安全系數(shù)，要認(rèn)真分析作用在金屬結(jié)構(gòu)上的載荷組成及組合。n一、載荷種類n 工程機(jī)械結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受

11、的載荷多種多樣，且并非始終作用在結(jié)構(gòu)上。n 根據(jù)作用于結(jié)構(gòu)上的概率可劃分為：基本載荷、附加載荷、特殊載荷和其它載荷。n 基本載荷正常工作時(shí)始終或經(jīng)常作用在機(jī)械上的載荷，包括自重載荷、工作載荷、各種動(dòng)載荷和離心力。n 附加載荷正常工作時(shí)不經(jīng)常作用機(jī)械上的載荷，包括工作狀態(tài)下的風(fēng)載、溫度載荷； n 特殊載荷指偶然作用在機(jī)械上的載荷，包括非工作狀態(tài)下的風(fēng)載，試驗(yàn)載荷、工作狀態(tài)下的碰撞載荷。n 其它載荷其它載荷包括安裝載荷、工作平臺(tái)和通道所受的載荷、運(yùn)輸載荷。 n二、載荷組合 n 載荷的組合方法與計(jì)算形式及目的有關(guān)，不同產(chǎn)品的載荷情況各不相同，計(jì)算形式及目的也不相同，載荷組合自然不同。塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)采

12、用的是半概率半經(jīng)驗(yàn)的極限狀態(tài)計(jì)算法，確保結(jié)構(gòu)或構(gòu)件：n（1)能承受在正常使用時(shí)可能出現(xiàn)的各種作用力；n（2）在正常使用時(shí)具有良好的工作性能；n（3）具有足夠的耐久性；n（4）在偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，能保持必需的整體穩(wěn)定性。n 根據(jù)塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的載荷，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)按塔式起重機(jī)的構(gòu)造形式、使用方式和計(jì)算目的在表1-28中選取可能出現(xiàn)的載荷組合情況。n組合A（正常工作載荷的組合） n組合A也稱疲勞（耐久性）計(jì)算載荷，它只考慮基本載荷的各種組合。除計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率外，一般不考慮風(fēng)載荷。此種載荷組合用于結(jié)構(gòu)件及其連接的強(qiáng)度、彈性穩(wěn)定性和疲勞計(jì)算。 n 組合B（工作最大載荷的組合）n

13、 組合B也稱強(qiáng)度計(jì)算載荷，考慮基本載荷與附加載荷的各種組合。它包括塔式起重機(jī)在容許的最繁重的使用條件下的各種最大載荷，其中包括有自重載荷、起升載荷、猛烈起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性載荷、工作狀態(tài)下的最大風(fēng)載荷、水平側(cè)向載荷等。此種載荷組合用于結(jié)構(gòu)件及其連接的強(qiáng)度和彈性穩(wěn)定性計(jì)算。n 組合C（非工作最大載荷的組合）n 組合C也稱驗(yàn)算載荷，考慮基本載荷、附加載荷與特殊載荷的各種組合。它是指起重機(jī)處于非工作狀態(tài)下可能出現(xiàn)的最大載荷，包括自重載荷、非工作狀態(tài)下的最大風(fēng)載荷、路（軌）面坡度等所引起的載荷以及試驗(yàn)載荷等。此種載荷組合用于結(jié)構(gòu)件及其連接的強(qiáng)度和彈性穩(wěn)定性計(jì)算。 n 具體設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，各種載荷的數(shù)值、

14、方向和作用位置應(yīng)按對(duì)所校核的結(jié)構(gòu)及連接為最不利的情況進(jìn)行組合。 n 1.2.5.2許用應(yīng)力n許用應(yīng)力是指機(jī)械結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在載荷組合作用下結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中容許產(chǎn)生的最大應(yīng)力。 Ks 321 KKKK 載荷系數(shù)k1是用以考慮實(shí)際載荷可能有變動(dòng)而留給結(jié)構(gòu)一定安全儲(chǔ)備的系數(shù)。是根據(jù)載荷統(tǒng)計(jì)資料，分析后得出的加權(quán)平均系數(shù)。 材料系數(shù)k2是用以考慮材料強(qiáng)度變異的系數(shù)。是根據(jù)對(duì)我國(guó)當(dāng)時(shí)大中小有代表性的鋼鐵廠的鋼材強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，并考慮到過(guò)去設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)而定出的。 調(diào)整系數(shù)k3是用以考慮特殊的變異因素（載荷的特殊變異、結(jié)構(gòu)受力狀況、重要程度和工作條件等）的系數(shù)。其數(shù)據(jù)主要是根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定的。 按起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定:

15、結(jié)構(gòu)件材料的拉伸、壓縮、 彎曲許用應(yīng)力以及剪切、端面承壓許用應(yīng)力按相應(yīng)載荷組合而定，可從表129中選取。 n 1.2.5.2金屬結(jié)構(gòu)計(jì)算的研究n 工程機(jī)械受載過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的隨機(jī)過(guò)程，宜采用以概率論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。只是由于目前對(duì)工程機(jī)械隨機(jī)載荷的研究還不太充分，缺乏適用于工程機(jī)械結(jié)構(gòu)的各分項(xiàng)系數(shù)的可靠統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)以及絕大多數(shù)國(guó)家至今尚未采用以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)法來(lái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，仍采用以結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)為依據(jù)，多系數(shù)分析后用單一安全系數(shù)的半概率半經(jīng)驗(yàn)的極限狀態(tài)計(jì)算法即現(xiàn)行許用應(yīng)力計(jì)算法，如起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范GB3811-2008、塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范GB13752-92。n 結(jié)構(gòu)工程技

16、術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該執(zhí)行現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，保證產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)要求。在保證產(chǎn)品安全可靠的前提下，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)降低成本也是工程技術(shù)人員天職。在現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)沒有采用以概率論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法之前，我們認(rèn)真研究以概率論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，將其思想和理念應(yīng)用于機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在保證產(chǎn)品安全可靠的前提下最大限度的降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本是必要的。 n 以概率論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法中的載荷效應(yīng)基本組合表達(dá)式如下：。 這種計(jì)算方法中1、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)的采用值得我們機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)借鑒的，作為工程機(jī)械應(yīng)用的工作性質(zhì)經(jīng)常變化，可能無(wú)從談起重要性，然而作為工程機(jī)械本身，就是一個(gè)復(fù)雜的

17、工程，各個(gè)部件的重要性對(duì)塔式起重機(jī)安全的作用是完全不同的。以塔式起重機(jī)為例，塔式起重機(jī)塔身的重要性最高，一旦出現(xiàn)失效就會(huì)出現(xiàn)機(jī)毀人亡的重大事故。而工作護(hù)欄等結(jié)構(gòu)其重要性明顯要低，采用同樣的安全程度顯然不合理。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以考慮。 2、可變荷載組合系數(shù)的采用也是我們值得借鑒的，與建筑工程相似，各種可變載荷同時(shí)達(dá)到最大值的概率是很小的。因此，在既有其它可變載荷又有風(fēng)荷載參加組合時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)考慮。如在采用現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的計(jì)算時(shí)，適當(dāng)放大計(jì)算應(yīng)力 使其接近材料的許用值，或在計(jì)算風(fēng)載荷時(shí)在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)取小值計(jì)算風(fēng)載荷fni QidcdQGd )( 210 q 1.2.6 1. 1. 1. 4、連接件強(qiáng)

18、度校核 在過(guò)去的焊接連接計(jì)算中，往往連接件的計(jì)算，給產(chǎn)品或工程造成巨大的損失，最新的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB3811-2008中，給出了節(jié)點(diǎn)板的計(jì)算方法，但對(duì)于塔機(jī)單肢結(jié)構(gòu)連接套處的計(jì)算方法沒有作出規(guī)定。最近我在編寫金屬結(jié)構(gòu)教材時(shí)，將作出探討。它的計(jì)算與連接套與主肢的制造工藝有關(guān)。 鋼材的可焊性n 工程機(jī)械結(jié)構(gòu)大多為焊接結(jié)構(gòu)，鋼材的可焊性是衡量鋼材焊接工藝好壞的指標(biāo)。人們通常用焊縫及其相鄰基本金屬的抗裂性和使用性能來(lái)說(shuō)明材料可焊性的優(yōu)劣。n 碳素結(jié)構(gòu)鋼的可焊性，可以粗略地用碳物質(zhì)的量來(lái)表示，nc0.45時(shí)，則認(rèn)為鋼材的可焊性良好。計(jì)算碳物質(zhì)的量的經(jīng)驗(yàn)公式為：n式中 C、Mn、Si、Cr、Ni、Mo

19、、V鋼材的化學(xué)成分 n 1.3.4塔機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中強(qiáng)度與剛度關(guān)系n 許許多多計(jì)算方法的確立,都是建立在一定的假設(shè)條件下,金屬結(jié)構(gòu)的焊縫和螺栓計(jì)算也不例外,假設(shè)被連接件為剛性構(gòu)件,然而隨著新材料高強(qiáng)度鋼材的出現(xiàn),被連接件厚度越來(lái)越小,剛性不斷降低,離計(jì)算的基本假設(shè)越來(lái)越遠(yuǎn),計(jì)算偏差越來(lái)越大,應(yīng)該引起我們的足夠重視。n 塔式起重機(jī)的上下轉(zhuǎn)臺(tái)和回轉(zhuǎn)支承是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)部分和固定部分連接的重要部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量將直接影響整機(jī)的工作性能和安全性。本節(jié)從上下轉(zhuǎn)臺(tái)與回轉(zhuǎn)支承連接用高強(qiáng)螺栓的受力分析開始，提出了不僅轉(zhuǎn)臺(tái)的強(qiáng)度而且剛度同樣與螺栓受力有著密切的關(guān)系。由轉(zhuǎn)臺(tái)筋板開裂和筋板焊縫開裂的原因分析，得出了轉(zhuǎn)

20、臺(tái)設(shè)計(jì)的原則：在滿足強(qiáng)度前提下要充分考慮其剛度，避免因?yàn)閯偠炔蛔阋鸬摹皬?qiáng)度”問題出現(xiàn)，保證塔機(jī)工作的安全性。然后探討了這一原則在轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體落實(shí)與應(yīng)用，并通過(guò)一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例借助有限元分析驗(yàn)證了這一原則和方法的有效性和正 確性。 n 2004年12月中旬，某工地一臺(tái)QTZ63塔式起重機(jī)在使用過(guò)程中下轉(zhuǎn)臺(tái)與回轉(zhuǎn)支承連接螺栓斷裂，上部回轉(zhuǎn)部分脫落造成一人死亡的事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)該問題曾多次在塔機(jī)事故中出現(xiàn)，塔機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)焊縫開裂、筋板斷裂、回轉(zhuǎn)噪音大等現(xiàn)象在實(shí)際應(yīng)用中普遍存在，時(shí)常有大大小小的事故發(fā)生在回轉(zhuǎn)支承和上、下轉(zhuǎn)臺(tái)上。該部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)質(zhì)量引起了人們的廣泛關(guān)注。n一.事故原因分析n 1）高強(qiáng)

21、度螺栓斷裂原因分析n回轉(zhuǎn)支承作為塔機(jī)回轉(zhuǎn)的核心部件，與上下轉(zhuǎn)臺(tái)的連接均采用高強(qiáng)度螺栓。分析得知高強(qiáng)度螺栓的斷裂有這樣幾個(gè)主要原因：高強(qiáng)螺栓質(zhì)量問題、安裝時(shí)高強(qiáng)螺栓預(yù)緊力達(dá)不到、轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。關(guān)于高強(qiáng)螺栓質(zhì)量問題這里不作探討，下面僅分析高強(qiáng)螺栓預(yù)緊力和轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)對(duì)高強(qiáng)度螺栓的受力影響。 n 螺栓群受力計(jì)算的基本假設(shè)為被連接件的剛性無(wú)窮大，在彎矩作用下螺栓受拉時(shí)，普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓的內(nèi)力計(jì)算方法不同。普通螺栓連接，在彎矩作用下產(chǎn)生繞彎矩指向一側(cè)的第一行螺栓中心線轉(zhuǎn)動(dòng)。高強(qiáng)度螺栓連接時(shí)，螺栓承受的外拉力總是小于預(yù)緊力，被連接面一直保持緊密結(jié)合，中性軸為螺栓群的形心軸?？梢钥闯鲈谕葪l件下高強(qiáng)度螺

22、栓受力比普通螺栓受力大，但是普通螺栓接連接面會(huì)出現(xiàn)分離，在動(dòng)載荷作用下存在載荷沖擊，螺栓拉力很難精確計(jì)算；高強(qiáng)度螺栓在預(yù)緊力作用下不會(huì)出現(xiàn)連接面分離，避免沖擊載荷的產(chǎn)生，所以與回轉(zhuǎn)支承連接均要求采用高強(qiáng)度螺栓。n 采用高強(qiáng)度螺栓，如果預(yù)緊力達(dá)不到要求或者沒有預(yù)緊力，高強(qiáng)度螺栓受力情況就接近普通螺栓造的受力情況；如果預(yù)緊力不一致螺栓松緊不一就會(huì)造成螺栓受力不均，較緊的螺栓受力大，超過(guò)極限承載能力時(shí)會(huì)造成事故。 標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定，預(yù)緊力得不到控制的高強(qiáng)度螺栓其安全系數(shù)為：a)普通螺栓 b)高強(qiáng)度螺栓 n（2）轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)對(duì)螺栓受力的影響n 高強(qiáng)度螺栓的受力分析是建立在連接件剛性無(wú)窮大、不考慮連接件變形基礎(chǔ)

23、上的，但是在實(shí)際過(guò)程中任何連接件都達(dá)不到這一條件。n當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)剛度足夠大時(shí)，螺栓受力接近理想狀態(tài)，但是如果轉(zhuǎn)臺(tái)剛度整體或局部不足，當(dāng)螺栓同時(shí)受力時(shí)，剛度較弱處最先發(fā)生彈性變形，使剛度較好處的高強(qiáng)螺栓受力增大，當(dāng)超過(guò)螺栓極限承載能力時(shí)發(fā)生破壞，該螺栓退出工作，另一剛度較好處的螺栓受力急劇惡化，在某一時(shí)刻發(fā)生破壞，退出工作。依次變化、惡性循環(huán)而導(dǎo)致全部螺栓破壞，上下結(jié)構(gòu)分離，造成事故。n上述分析可以看出：在考慮高強(qiáng)度螺栓受力時(shí)，必須充分考慮轉(zhuǎn)臺(tái)的剛度，轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要滿足強(qiáng)度要求，同時(shí)也要保證轉(zhuǎn)臺(tái)的整體剛度。 n 2）下轉(zhuǎn)臺(tái)筋板開裂和筋板焊縫開裂分析n 筋板開裂的主要原因一般有：母材質(zhì)量問題、轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)

24、構(gòu)設(shè)計(jì)問題。筋板焊縫開裂的主要原因一般有：焊縫質(zhì)量問題、轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。關(guān)于母材和焊縫質(zhì)量這里不作探討，僅分析轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)對(duì)受力的影響。n 轉(zhuǎn)臺(tái)筋板布置是在圍板基礎(chǔ)上增加立筋來(lái)增加轉(zhuǎn)臺(tái)剛度和強(qiáng)度，從整體來(lái)看如果筋板布置不合理就會(huì)造成筋板受力不均勻。當(dāng)焊縫強(qiáng)度低于母材強(qiáng)度時(shí)，筋板受力大的焊縫首先發(fā)生破壞，如果焊縫強(qiáng)度大于母材強(qiáng)度就會(huì)造成筋板斷裂。從局部來(lái)看，如果地板剛度不足，焊縫便會(huì)增加附加彎矩，引起焊縫破壞。n 綜上所述，轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)的原則應(yīng)該是在滿足強(qiáng)度前提下要充分考慮其剛度，避免因?yàn)閯偠炔蛔阋鸬摹皬?qiáng)度”問題出現(xiàn)，保證塔機(jī)工作的安全性。這就要求我們?cè)谵D(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)強(qiáng)度、剛度要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格計(jì)算，以免造成事故的發(fā)生，下面我們探討在轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)如何落實(shí)和實(shí)施這一原則。 最近市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種SS系列施工升降機(jī)就省電、無(wú)冒頂之說(shuō)這里討論以下，僅供參考。