龍門(mén)式起重機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄目 錄01起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括以下方面11.1門(mén)式起重機(jī)總體設(shè)計(jì)方案確定11.1.1起重機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)是指11.2龍門(mén)起重機(jī)的總體方案和基本參數(shù)確定11.2.1起重機(jī)各構(gòu)件質(zhì)量數(shù)據(jù)如下113主起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)21.3.1選擇鋼絲繩21.3.2選用鋼絲繩標(biāo)記如下31.4門(mén)架的結(jié)構(gòu)選擇型式41.4.1門(mén)架的主要尺寸的確定41.4.2門(mén)式起重機(jī)的載荷及其組合51.4.3慣性力(慣性載荷)51.4.4大車(chē)運(yùn)行偏斜側(cè)向力61.4.5進(jìn)行最大拉力驗(yàn)算61.4.6計(jì)算受拉單栓承載力61.4.7載荷組合61.5門(mén)式起重機(jī)的計(jì)算載荷組合通常考慮以下幾種情況61.5.1腿幾何尺寸和幾何特性72起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)921主梁危險(xiǎn)載面的強(qiáng)度校核計(jì)算92.1.1正應(yīng)力的校核驗(yàn)算92.1.2剪應(yīng)力的校核驗(yàn)算102.1.3支腿危險(xiǎn)載面的強(qiáng)度校核驗(yàn)算112.1.4下橫梁的截面尺寸及幾何特性強(qiáng)度驗(yàn)算112.1.5支腿與下橫梁的內(nèi)力校核計(jì)算122.1.6支腿平面內(nèi)的支腿內(nèi)力計(jì)算122.1.7箱型梁的約束彎曲校核計(jì)算122.1.8輪壓產(chǎn)生的局部壓應(yīng)力校核計(jì)算142.1.9主梁的剛度校核計(jì)算172.1.10穩(wěn)定性校核計(jì)算202.1.11腹板局部穩(wěn)定性的校核驗(yàn)算232.1.12加肋板的穩(wěn)定性校核計(jì)算252.1.13受扭構(gòu)件的校核計(jì)算272.1.14開(kāi)口薄板構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)校核計(jì)算302.1.15閉口薄壁構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)校核計(jì)算323螺栓連接343.1構(gòu)造與布置343.1.1螺栓連接的強(qiáng)度校核計(jì)算343.1.2受彎矩作用的剪力螺栓連接353.1.3風(fēng)載荷的計(jì)算384連接的計(jì)算404.1焊接404.1.1焊逢的種類型式414.1.2焊逢連接計(jì)算425龍門(mén)起重機(jī)的使用和修理445.1龍門(mén)起重機(jī)的安全技術(shù)規(guī)程要點(diǎn)為445.1.1龍門(mén)起重機(jī)司機(jī)要求446結(jié)論46致謝47參考文獻(xiàn)48前言龍門(mén)起重機(jī)的種類很多，按龍門(mén)起重機(jī)龍門(mén)架的七部結(jié)構(gòu)型式可以分為單梁龍門(mén)起重機(jī)、雙梁龍門(mén)起重機(jī)和單梁龍門(mén)起重機(jī)和單主梁龍門(mén)起重機(jī)等等各種類型起重機(jī)。按照上部結(jié)構(gòu)，主梁的結(jié)構(gòu)又可分為單箱形主梁和雙箱形主梁等等各種類型。由于本人設(shè)計(jì)的起重機(jī)結(jié)構(gòu)為龍門(mén)式箱形結(jié)構(gòu)，支腿型式為“”型。就不考慮其他類型起重機(jī)的結(jié)構(gòu)，箱形梁式結(jié)構(gòu)起重機(jī)結(jié)構(gòu)是國(guó)內(nèi)外起重機(jī)中應(yīng)用最普遍的一種梁架結(jié)構(gòu)型式。因?yàn)橄湫瘟菏骄哂性O(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、制造工藝性好等優(yōu)點(diǎn)，而這些有利條件對(duì)于尺寸規(guī)格多、生產(chǎn)批量較大的箱式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化系列產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，顯得更加重要。由于小車(chē)軌道整正中鋪設(shè)的箱形梁式結(jié)構(gòu)至今仍然是我國(guó)成批生產(chǎn)的、最常用的、典型的一種結(jié)構(gòu)。我主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容是龍門(mén)起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)和金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)中有起重機(jī)的選型、設(shè)計(jì)參數(shù)、質(zhì)量、等。金屬結(jié)構(gòu)包括：梁、直架、力、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的校核和計(jì)算。491起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括以下方面起重機(jī)選擇類型為：箱形梁式龍門(mén)起重機(jī)，箱形梁式結(jié)構(gòu)起重機(jī)主要由兩根主梁和兩根端梁組成。主梁是由上、下蓋板和兩塊垂直腹板組成封閉的箱形截面的實(shí)體板梁結(jié)構(gòu)。小車(chē)運(yùn)行的軌道可以鋪設(shè)在主梁上蓋板的正中間，也可以設(shè)在靠里側(cè)的垂直腹板的上方或介于上述兩者之間的位置。因此，梁架中兩根主梁的間距主要取決于起重小車(chē)的軌距，主要與起升機(jī)構(gòu)的布置有關(guān)，梁架的兩端梁間的距離取決于梁架的跨度大小。相比之下，箱型梁結(jié)構(gòu)比衍架結(jié)構(gòu)耐用度高、抗彎能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。是市場(chǎng)上最為實(shí)用的一種類型起重機(jī)，深受客戶歡迎的理想的起重機(jī)。1.1門(mén)式起重機(jī)總體設(shè)計(jì)方案確定1.1.1起重機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)是指起重量Q(t)、跨度L(m)起升高度H(m)起升速度(m/min)、和工作級(jí)別等。已知數(shù)據(jù)和計(jì)算： 起重量：50 起升高度：4.2 跨度：5 起升速度：7.5 工作級(jí)別：級(jí)； 機(jī)構(gòu)接電持續(xù)率：25%1.2龍門(mén)起重機(jī)的總體方案和基本參數(shù)確定1.2.1起重機(jī)各構(gòu)件質(zhì)量數(shù)據(jù)如下起重機(jī)總質(zhì)量：；主梁：；支腿：（一根）；下橫梁：（一根）；軌道：走臺(tái)欄桿：=2067；電氣均布質(zhì)量：；吊具：。吊鉤的選擇：吊鉤裝置是起重機(jī)最重要的一個(gè)承載部件。它要求強(qiáng)度足夠，工作安全可靠，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，不會(huì)發(fā)生突然破壞和鋼絲繩脫槽等現(xiàn)象。吊鉤裝置有長(zhǎng)型和短型兩種。長(zhǎng)型吊鉤裝置的構(gòu)造特點(diǎn)：吊鉤裝在橫軸上，滑輪裝在單獨(dú)的心軸上。而短型吊鉤裝置的構(gòu)造特點(diǎn)：吊鉤橫軸與滑輪心軸合而為一。長(zhǎng)型吊鉤裝置的吊鉤較短；而短型吊鉤的裝置的吊鉤較長(zhǎng)。我的設(shè)計(jì)選擇長(zhǎng)吊鉤?；喗M數(shù)選擇：滑輪組是由定滑輪組和動(dòng)滑輪組組成。由于動(dòng)滑輪組與吊鉤裝在一起，稱為吊鉤組，所以我選擇定滑輪組。定滑輪組的滑輪數(shù)依滑輪組倍率不同而不同，安裝在起重小車(chē)架上。雙梁箱形結(jié)構(gòu)形式起重機(jī)提升50的滑輪組為雙聯(lián)滑輪組。吊鉤組上起重機(jī)應(yīng)用最廣泛的取物裝置，它由吊鉤、吊鉤螺母、橫梁、動(dòng)滑輪組、推力軸承和拉板等組成。起重機(jī)常用的軌道有三種：1）起重機(jī)鋼軌道；2）鐵路軌道；3）方鋼軌道。本次設(shè)計(jì)我選用起重機(jī)鋼軌道（即正軌）。詳細(xì)步驟如下：13主起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖（1-1）主起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖The Fig(1-1) host lifts the organization transmission diagram1電動(dòng)機(jī)；2聯(lián)軸器；3傳動(dòng)軸；4制動(dòng)輪聯(lián)軸器；5制動(dòng)器；6減速器；7卷筒；8滑輪組；9吊鉤組1.3.1選擇鋼絲繩采用雙聯(lián)滑輪組，取主起升機(jī)構(gòu)滑輪組倍率如圖所示，主起升機(jī)構(gòu)承載繩索分支數(shù)采用圖號(hào)為的50吊鉤組代用。吊鉤組質(zhì)量，兩滑輪間距?；喗M采用滾動(dòng)軸承，當(dāng) 時(shí)，滑輪組效率。鋼絲繩承受最大拉力： 1.3.2選用鋼絲繩標(biāo)記如下確定滑輪尺寸：滑輪的許用最小直徑： 式中，系數(shù)。選用標(biāo)準(zhǔn)滑輪。選用平衡滑輪。選擇電動(dòng)機(jī)：靜功率計(jì)算： （1-1）式中 機(jī)構(gòu)的總效率，取=0.85。 電動(dòng)機(jī)計(jì)算功率：式中， 選則電動(dòng)機(jī)的型號(hào)如下： YZAR255M-8，工作制，=40%，次，。電動(dòng)機(jī)軸端尺寸， 電動(dòng)機(jī)的驗(yàn)算： 電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力 （1-2） 式中 系數(shù)。； 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩允許過(guò)載倍率，。 機(jī)構(gòu)中電動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù)。 ，過(guò)載演算通過(guò)1.4門(mén)架的結(jié)構(gòu)選擇型式采用板梁結(jié)構(gòu)。由于板梁結(jié)構(gòu)制造方便，采用這種型式的門(mén)式起重機(jī)占多數(shù)。門(mén)架可制成雙腿(全門(mén)架)，門(mén)架主梁與支腿的選擇是剛性連接的。門(mén)架采用雙梁。門(mén)架結(jié)構(gòu)是板梁式箱形結(jié)構(gòu)。雙梁箱形結(jié)構(gòu)門(mén)架的支腿制成“”型。1.4.1門(mén)架的主要尺寸的確定門(mén)架主要構(gòu)件有主梁、支腿和下橫梁，皆采用箱形結(jié)構(gòu)。主梁截面如圖（1-2）所示，其幾何尺寸如下：King post section like Fig(1-2) shows, its geometry size is as follows 箱行主梁的截面以矩形截面。門(mén)式起重機(jī)的主梁高度：當(dāng)采用兩條剛性支腿時(shí)，取，采用單箱型時(shí)，取。主梁幾何特性：面積 ；靜面矩 ；慣性矩 ； 截面模數(shù) ；。對(duì)于支腿，腿高h(yuǎn)由所要求的門(mén)架凈空尺寸確定。剛性支腿的上部連接按箱形結(jié)構(gòu)寬度(主梁高度)確定；柔性支腿的上、下部和剛性支腿的下部連接按門(mén)架下橫梁寬度及具體結(jié)果確定。考慮到起重機(jī)沿大車(chē)軌道方向穩(wěn)定性的要求，門(mén)式起重機(jī)的輪距，為主梁全長(zhǎng)。1.4.2門(mén)式起重機(jī)的載荷及其組合載荷： 作用在門(mén)式起重機(jī)上的載荷有：起重載荷、門(mén)架自重、電氣設(shè)備及司機(jī)室等自重；、及風(fēng)力等。箱形結(jié)構(gòu)的門(mén)架自重：箱形截面橋架自重 對(duì)于75以下的普通門(mén)式起重機(jī)，橋架(主梁)自重按下式估算：帶懸臂 =0.51283.32無(wú)懸臂 =0.7式中 額定起重量()； 橋架(主梁)全長(zhǎng)()； 起升高度()。門(mén)架的計(jì)算載荷：支腿自重：雙梁門(mén)架的支腿單位長(zhǎng)度自重常取為主梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度自重的0.20.4倍單主梁門(mén)架的支腿單位長(zhǎng)度自重取為主梁的0.70.9倍。1.4.3慣性力(慣性載荷) 機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力和沖擊振動(dòng)引起的慣性載荷的確定。 對(duì)于主動(dòng)輪僅布置在一側(cè)的門(mén)式起重機(jī)，設(shè)1輪為主動(dòng)輪，2輪為從動(dòng)輪，則大車(chē)制動(dòng)慣性力為：=231.85式中大車(chē)制動(dòng)時(shí)，由橋架自重引起的水平慣性力； 、和等符號(hào)1.4.4大車(chē)運(yùn)行偏斜側(cè)向力當(dāng)門(mén)式起重機(jī)的運(yùn)行速度與橋式起重機(jī)的運(yùn)行速度相近時(shí)，可按下式計(jì)算側(cè)向力：式中 大車(chē)的最大輪壓。 當(dāng)門(mén)式起重機(jī)的運(yùn)行速度較低時(shí)，側(cè)向力按照之腿由于運(yùn)行阻力不同時(shí)求出=表示主梁由于側(cè)向力引起的彎矩。其中：=式中 和兩支腿處的運(yùn)行阻力，且>； 和兩支腿運(yùn)行牽引力，且。1.4.5進(jìn)行最大拉力驗(yàn)算1.4.6計(jì)算受拉單栓承載力故 驗(yàn)算通過(guò)。1.4.7載荷組合 由于各種載荷不可能同時(shí)作用在門(mén)架結(jié)構(gòu)上，因此要根據(jù)門(mén)式起重機(jī)的使用情況來(lái)確定這些載荷的組合。1.5門(mén)式起重機(jī)的計(jì)算載荷組合通?？紤]以下幾種情況對(duì)于主梁，考慮小車(chē)位于跨中或懸臂端，小車(chē)滿載下降制動(dòng)，同時(shí)大車(chē)平穩(wěn)制動(dòng)，風(fēng)力平行大車(chē)軌道方向。稱為計(jì)算情況II。對(duì)于支腿，分別考慮門(mén)架平面和支腿平面內(nèi)的兩種載荷組合1.5.1腿幾何尺寸和幾何特性支腿總體尺寸 采用型支腿，確定總體幾何尺寸如下 1）在門(mén)架的平面內(nèi)，大車(chē)不動(dòng)，小車(chē)位于跨端或懸端，小車(chē)滿載下降制動(dòng)，同時(shí)小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動(dòng)，風(fēng)力沿小車(chē)軌道方向，稱為計(jì)算情況II。表（1-1）門(mén)式起重機(jī)的計(jì)算載荷組合Table (1-1) gate type hoist crane computation load combination計(jì) 算 構(gòu) 件主 梁支 腿載荷情況及組合IIIIIIIIII門(mén)架自重起升載荷小車(chē)慣性力大車(chē)慣性力大車(chē)偏斜側(cè)向力門(mén)架支承橫推力風(fēng)力小車(chē)自重 注：表中橋架(主梁)自重；門(mén)架(包括主梁和支腿等)自重，在門(mén)架平面內(nèi)，沿小車(chē)軌道方向的風(fēng)力；在支腿平面內(nèi)，沿大車(chē)軌道方向的風(fēng)力。其余符號(hào)同前述。2）在支腿平面內(nèi)，小車(chē)位于跨度端或懸臂端，小車(chē)滿載下降制動(dòng)，同時(shí)大車(chē)平穩(wěn)制動(dòng)，風(fēng)力平行大車(chē)軌道。稱為計(jì)算情況。對(duì)于主梁和支腿，還應(yīng)考慮非工作狀態(tài)下的載荷組合，這時(shí)大車(chē)和小車(chē)皆不動(dòng)，空載。僅作用有非工作狀態(tài)的最大風(fēng)載荷，稱為技術(shù)情況。對(duì)于每種計(jì)算情況，由于其載荷組合出現(xiàn)的可能性不同，所以在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的許用應(yīng)力值也各不相同。2起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)箱型結(jié)構(gòu)形式，支腿型式為“”型。主要參數(shù)及校核計(jì)算如下：21主梁危險(xiǎn)載面的強(qiáng)度校核計(jì)算 主梁的內(nèi)力計(jì)算：計(jì)算主梁的內(nèi)力時(shí)，將門(mén)架當(dāng)作平面靜定分析2.1.1正應(yīng)力的校核驗(yàn)算 根據(jù)公式計(jì)算的垂直彎矩同時(shí)作用在主梁上，并考慮約束彎曲和約束扭轉(zhuǎn)的影響，主梁再面上的正應(yīng)力可按下式疊加：主梁跨中：=主梁支承載面：=式中 、主梁跨中的最大垂直彎矩和水平彎矩； 、主梁支承載面的最大垂直彎矩和水平彎矩； 、主梁跨中和支承載面對(duì)軸的載面摸數(shù)； 主梁對(duì)軸的載面摸數(shù)。 強(qiáng)度許用應(yīng)力為：確定應(yīng)力循環(huán)特性鋼的強(qiáng)度許用應(yīng)力為：式中為載荷組合的安全系數(shù)。2.1.2剪應(yīng)力的校核驗(yàn)算 箱形載面主梁支承載面處的剪力在腹板上引起的剪應(yīng)力按下式計(jì)算：=式中 主梁載面的一部分對(duì)中性軸的靜矩； 主梁載面對(duì)軸的慣性矩； 、主梁的主、副腹板的厚度。 在水平載荷作用下，蓋板上的剪應(yīng)力：=式中 支承處的水平剪力； 主梁載面的一部分對(duì)軸的靜矩； 主梁載面對(duì)軸的慣性矩； 上、下蓋板厚度。主梁受扭的影響。則按純扭轉(zhuǎn)計(jì)算，計(jì)算式為：主腹板上 =副腹板上 =蓋板上 =式中 作用與主梁支承載面的扭矩； 主梁封閉載面的輪廓面積，。 在主梁載面上，各種載荷在同一點(diǎn)引起的剪應(yīng)力予疊加。 主梁扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：對(duì)于單主梁箱形門(mén)式起重機(jī)，其主梁截面除承受自由彎曲應(yīng)力外，還承受約束彎曲應(yīng)力、約束扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力（以增大15%的自由彎曲應(yīng)力計(jì)入）和剪應(yīng)力。此外。主梁截面還承受純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，縣驗(yàn)算如下：2.1.3支腿危險(xiǎn)載面的強(qiáng)度校核驗(yàn)算 對(duì)于單主梁箱形結(jié)構(gòu)門(mén)架的支腿應(yīng)分別選取幾個(gè)載面進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算： 強(qiáng)度驗(yàn)算式為：式中 門(mén)架平面，支腿驗(yàn)算載面的最大彎矩； 支腿平面，支腿驗(yàn)算載面的最大彎矩； 支腿平面，支腿驗(yàn)算載面的軸向力； 、驗(yàn)算載面對(duì)軸和軸的載面模數(shù)； 驗(yàn)算載面的面積。 根據(jù)靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度條件計(jì)算截面需要的面積：由計(jì)算結(jié)構(gòu)知，桿件應(yīng)根據(jù)疲勞強(qiáng)度條件確定截面積。桿件需要的最小截面積為20732.55。2.1.4下橫梁的截面尺寸及幾何特性強(qiáng)度驗(yàn)算 將各種載荷作用在門(mén)架上引起的下橫梁的彎矩疊加，然后按下式驗(yàn)算其強(qiáng)度，即彎曲應(yīng)力：=式中 作用在下橫梁載面的總彎矩； 驗(yàn)算載面對(duì)軸的載面模數(shù)。主梁支腿抗彎剛度比：系數(shù)： =式中 主梁繞x軸慣性矩；=支腿折算慣性矩；h=9.8m，2.1.5支腿與下橫梁的內(nèi)力校核計(jì)算由主梁均布自重產(chǎn)生的內(nèi)力。有懸臂時(shí)的側(cè)推力為：=為了安全起見(jiàn)，現(xiàn)將有懸臂門(mén)架當(dāng)作無(wú)懸臂門(mén)架計(jì)算，即彎矩2.1.6支腿平面內(nèi)的支腿內(nèi)力計(jì)算由垂直載荷引起的支腿內(nèi)力在垂直載荷作用下引起的支腿內(nèi)力為支反力：2.1.7箱型梁的約束彎曲校核計(jì)算根據(jù)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在薄壁箱型梁的角點(diǎn)上，最大約束彎曲正應(yīng)力可近似取為：式中 自由彎曲正應(yīng)力； 考慮約束彎曲而使應(yīng)力增大的系數(shù)； B翼緣板寬度。初選箱形截面腹板厚度8.82剛度是控制條件。圖（2-1）薄壁箱形梁的計(jì)算 圖（2-2）薄壁箱形梁約束彎曲時(shí)剪應(yīng)力分布Fig(2-1) thin wall box beam computationFig (2-2) thin wall box beam restraint curving time shearing stress distribution 圖（2-3）腹板受輪壓局部擠壓計(jì)算 圖（2-4）薄壁箱形梁約束彎曲時(shí)截面正應(yīng)力分布Fig (2-3) web plate wheel-pressure partial extrusion computationFig (2-4) thin wall box beam restraint curving time section stress distribution2.1.8輪壓產(chǎn)生的局部壓應(yīng)力校核計(jì)算由于門(mén)架平面內(nèi)A支座處輪壓最大，其值為=475818.8，若在是設(shè)計(jì)時(shí)，能使得A支座側(cè)的兩個(gè)車(chē)輪輪壓接近相等，則：當(dāng)起重機(jī)小車(chē)的輪壓直接作用在梁的腹板上時(shí)（圖2-5 ），腹板邊緣產(chǎn)生的局部壓應(yīng)力為： =式中 局部壓應(yīng)力； P集中載荷（N）； 板厚（mm）； 集中載荷分布長(zhǎng)度，可按下式計(jì)算： =50+=70式中 集中載荷作用長(zhǎng)度，對(duì)車(chē)輪?。?-自構(gòu)件頂面（無(wú)軌時(shí)）或軌頂（有軌時(shí)）至板計(jì)算高度上邊緣的距離（mm）.當(dāng)起重機(jī)小車(chē)的輪壓直接作用在梁的上蓋板時(shí)，局部彎曲應(yīng)力為：普通正軌布置在兩腹板中間的上蓋板上，由輪壓作用而使上蓋板產(chǎn)生局部彎曲，此時(shí)上蓋板應(yīng)按被兩腹箱型梁上蓋板是超靜定薄板。它支承在梁的腹板和橫向加筋板上。這種薄板的計(jì)算簡(jiǎn)圖較復(fù)雜，再加上在小車(chē)輪壓作用下，起重機(jī)箱型梁的蓋板連同軌道一起承受局部彎曲，使其計(jì)算簡(jiǎn)圖更加復(fù)雜。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，特作如下假設(shè)：1）把上蓋板看作為是腹板和橫向加筋板約束的自由支承的薄板；2）軌道視為一根中部受集中載荷的梁；3）根據(jù)薄板受集中載荷作用來(lái)計(jì)算蓋板撓度；4）計(jì)算應(yīng)力時(shí)，假設(shè)軌道和蓋板間僅在邊長(zhǎng)為a和b矩形面積上接觸。此時(shí)， (cm),為軌道寬度，為軌道高度。 圖（2-5）上蓋板的局部彎曲計(jì)算簡(jiǎn)圖On Fig (2 -5) lap part curving computation diagram對(duì)于正軌箱型梁，由于集中載荷的作用點(diǎn)在板的中心或偏一距離，故應(yīng)采用板殼理論計(jì)算。根據(jù)板殼理論，作用在受載面積中心（圖2-5）彎距： 式中 在此處 I-軌道的慣性矩； 上蓋板的厚度； 系數(shù)，取決于之間值，見(jiàn)表（2-1）。表 （2-1）系數(shù)Table (2-1) coefficient 1.01.11.21.41.61.82.00.1270.1380.1480.1620.1710.1770.180 軌道中心線至腹板的距離，正軌時(shí)，； =318.10=3=203.5； v_波桑比； ，系數(shù)，其值取決于和的值（參見(jiàn)表2-2 ）； 上蓋板上的折算應(yīng)力按下式求得：= 式中 由垂直彎矩引起的正應(yīng)力， ，應(yīng)帶各自的正負(fù)號(hào)代入。表（2-2）對(duì)于矩形板的因子和的值Table (2-2) regarding rectangular plate factor and value 0.100.200.300.400.500.100.200.300.400.500.52.7922.3521.9451.6861.5990.557-0.179-0.647-0.852-0.9060.60.70.80.91.01.21.41.61.82.03.02.8612.9042.9332.9522.9662.9822.9002.9552.9772.9993.0003.0002.5452.6772.7682.93228792.9362.9662.9822.9002.9553.0003.0002.2272.4332.5842.6942.7662.8802.9362.9662.9822.9003.0003.0002.0112.2592.4482.5912.6982.8362.9122.9532.9752.9872.9993.0001.9362.1982.3992.5332.6692.8202.9032.9482.9722.9852.9993.0000.6770.7580.8140.8560.8870.9310.9580.9750.9850.9910.9991.0000.0530.2400.3910.4560.6110.7560.8490.9080.9450.9680.9981.000-0.439-0.229-0.0310.1480.3040.5510.7190.8280.8970.9390.9961.000-0.701-0.514-0.310-0.108-0.0800.3930.6160.7640.8580.9150.9951.000-0.779-0.605-0.4.04-0.1980.0000.3350.5780.7400.8340.9060.9941.0002.1.9主梁的剛度校核計(jì)算梁除了滿足強(qiáng)度條件外，還需具有一定的剛度（限制變形）才能滿足使用要求。用于起重機(jī)的梁只驗(yàn)算由有效載荷（移動(dòng)載荷）產(chǎn)生的靜撓度（不計(jì)動(dòng)力系數(shù)），梁的這種變形是彈性變形，外載荷消失后梁能復(fù)原，絕對(duì)不允許殘余（永久）變形。1）靜剛度當(dāng)兩個(gè)不相等的移動(dòng)集中載荷對(duì)稱作用于梁的跨度中央時(shí)（圖2-6 ），其最大靜撓度由下式確定： 對(duì)于圖 （2-6） 所示情況，梁的最大靜撓度：=允許靜撓度值分別推薦如下：2） 門(mén)式起重機(jī)的跨中撓度式中 L起重機(jī)的跨度。3） 門(mén)式起重機(jī)的懸臂撓度=12930式中 _懸臂長(zhǎng)度。4） 門(mén)式起重機(jī)跨中水平位移=根據(jù)剛度條件，型鋼梁需要的截面慣性矩為：式中 梁的跨度（）；型鋼梁的許用撓度 電動(dòng)葫蘆在額定起重量時(shí)的總輪壓（不計(jì)動(dòng)力系數(shù)）。按下式計(jì)算：其中，額定起重量，電動(dòng)葫蘆自重。 5） 動(dòng)剛度在起重機(jī)小車(chē)卸載時(shí)，主梁在垂直方向?qū)a(chǎn)生衰減振動(dòng)，這種振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響不大，但對(duì)于起重機(jī)的正常使用以及司機(jī)的操作田間卻是不利的，緩慢的衰減過(guò)程影響到起重機(jī)的生產(chǎn)率，因此，從現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求出發(fā)（特別是對(duì)高速運(yùn)行的起重機(jī)以及要求所吊運(yùn)件能精確安裝的起重機(jī)），起重機(jī)應(yīng)保證一定的動(dòng)剛度。圖 （2-6）梁的剛度計(jì)算Fig (2-6) rigidity computation 對(duì)于一般使用的起重機(jī)，不必驗(yàn)算起動(dòng)剛度。對(duì)于工藝上及生產(chǎn)率上有較高要求的橋式起重機(jī)，應(yīng)驗(yàn)算動(dòng)剛度，要求小車(chē)位于跨中時(shí)的滿載自振頻率f不應(yīng)低于2HZ?？砂聪铝泄津?yàn)算滿載自振頻率：=0.6=1367.1式中 _滿載自振頻率，（HZ）；主梁結(jié)構(gòu)在跨中的剛度系數(shù)，其物理意義為使主梁在跨中處產(chǎn)生單位垂直靜撓度所需的集中力的大?。恢髁航Y(jié)構(gòu)在跨中的換算集中質(zhì)量與小車(chē)質(zhì)量之和（對(duì)于雙梁結(jié)構(gòu)，如果小車(chē)質(zhì)量按整臺(tái)小車(chē)計(jì)算，則近似等于一根主梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量）（）；與額定起升載荷的質(zhì)量之比，即；與鋼絲繩繞組的剛度系數(shù)之比，即。鋼絲繩繞組的剛度系數(shù)（其物理意義為使鋼絲繩繞組在荷重懸掛處產(chǎn)生單位靜伸長(zhǎng)所需的力）可按下式計(jì)算：=式中 鋼絲繩繞組的剛度系數(shù)； 繞組的分支數(shù)； 所用的鋼絲繩的縱向彈性模數(shù)，與鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般取值1.0； 一根鋼絲繩的鋼絲截面積; _鋼絲繩繞組在相當(dāng)于額定起升高度時(shí)的實(shí)際平均下放長(zhǎng)度，可近似取2.1.10穩(wěn)定性校核計(jì)算 對(duì)于雙梁箱形截面橋式和門(mén)式起重機(jī)以及單主梁門(mén)式起重機(jī)，一般不進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算，但應(yīng)進(jìn)行腹板和蓋板的局部穩(wěn)定性驗(yàn)算。1） 橋式類型起重機(jī)梁的腹板可能在下列幾種應(yīng)力作用下喪失穩(wěn)定性：2） 彎曲剪應(yīng)力：在剪力作用下，梁的腹板會(huì)在45度方向受壓而在斜向失去局部穩(wěn)定性；3）彎曲正（壓）應(yīng)力。這時(shí)，梁的腹板和蓋板的受壓區(qū)有可能在梁長(zhǎng)方向失去局部穩(wěn)定性；4） 彎曲正（壓）應(yīng)力和軸向壓應(yīng)力（如門(mén)式起重機(jī)的支腿）；5）作用在腹板上緣的載荷（如集中輪壓等）產(chǎn)生壓應(yīng)力（如偏軌橋式和門(mén)式起重機(jī)），這時(shí)，腹板會(huì)因擠壓應(yīng)力在豎向失去穩(wěn)定。金屬結(jié)構(gòu)也可能在以上幾種應(yīng)力共同作用在梁的腹板上時(shí)喪失局部穩(wěn)定。這時(shí)，腹板隨著作用于其上的載荷性質(zhì)不同翹曲各種曲面。圖 （2-7） 腹板局部穩(wěn)定的計(jì)算Fig (2-7) web plate partial stable computation為了保證梁的腹板的局部穩(wěn)定性，通常用加勁板或加勁桿來(lái)加固腹板，這樣要比增加腹板的厚度經(jīng)濟(jì)些。加固的方式如下：1） 在箱形截面梁整個(gè)高度上設(shè)置橫向加勁板（圖2-7）；2）對(duì)于正軌箱形結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)，除設(shè)置橫向加勁板外，在箱形截面腹板受壓區(qū)域設(shè)置短橫向加勁板（圖2-7）；3）在跨度較大的橋式和門(mén)式起重機(jī)中。梁的高度比較大，這時(shí)，除設(shè)置橫向加勁板外，常常在腹板的受壓區(qū)設(shè)置一條縱向加勁線，如果需要，例如從工藝方面限制腹板旁彎和波浪形，在腹板受壓區(qū)也設(shè)置縱向加勁桿（圖2-7）。1.12箱形截面梁腹板加勁的設(shè)計(jì)原則1）通常沿腹板全高設(shè)置橫向加勁板加固腹板。當(dāng)時(shí)，橫向加勁板之間的距離不應(yīng)大于2h或3m；當(dāng)時(shí)，不應(yīng)大于2.5h。在跨度較大時(shí)橫向加勁板的間距，在支座附近較小些，而在跨中較大些。考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，為了限制腹板波浪度，一般取間距m。2）如果腹板僅在剪應(yīng)力作用下；當(dāng)（對(duì)于低碳鋼）或（對(duì)于低合金鋼）時(shí)，可不必設(shè)置橫向加勁板，但是為了增加截面的扭轉(zhuǎn)剛度，提高梁的整體穩(wěn)定性，一般仍設(shè)置橫向加勁板。3）如果腹板僅在正應(yīng)力作用下，當(dāng)（對(duì)于低碳鋼）或（對(duì)于低合金鋼）時(shí)，可不必加固。4）對(duì)于高度較大的梁，必須在腹板受壓區(qū)設(shè)置縱向加勁條，且設(shè)置在離受壓翼緣板（0.20.25）h處；當(dāng)（對(duì)于低碳鋼）或（對(duì)于低合金鋼）時(shí)，一般只加一根縱向加勁條，如果因梁高很大，而必須用兩根縱向加勁條來(lái)加固腹板時(shí)，則第一根縱向加勁條離受壓邊緣距離為（0.150.20）h ，第二根離受壓邊緣距離為（0.350.40）h?？v向加勁條截面必須的慣性矩見(jiàn)表3-6。 圖（2-8）箱形主梁加勁板的設(shè)置 Fig (2-8) box shape king post stiffening plate establishment5）若腹板僅僅只用橫向勁板加固時(shí)，對(duì)于箱形截面梁，橫向勁板寬度取為等于兩腹板間距b，若梁寬B較大，橫向加勁板中部可開(kāi)孔，但應(yīng)保證mm，加勁板厚度不應(yīng)小于。6）在有縱向加勁條的情況下，橫向勁板的慣性矩為：=3=117.32縱向加勁條所需的慣性矩根據(jù)比值確定7）當(dāng)梁的上翼緣作用有集中載荷（例如正軌箱形結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)）時(shí)，一般在腹板上須設(shè)置短橫向加勁板，其高度或。如果腹板上有縱向加勁條，則短橫向加勁板應(yīng)與縱向加勁條相連，短橫向加勁板的間距。2.1.11腹板局部穩(wěn)定性的校核驗(yàn)算對(duì)于正軌箱形梁，腹板同時(shí)受彎曲正應(yīng)力，剪應(yīng)力和集中輪壓作用在腹板上緣產(chǎn)生的壓應(yīng)力。根據(jù)板的彈性穩(wěn)定理論，結(jié)合工程實(shí)際，可將工字型截面的腹板看作是由上下翼緣板支承著的彈性嵌固板，但有水平位移的可能。彈性嵌固起提高腹板屈曲系數(shù)的作用，能水平位移，有降低抗屈曲能力的作用，所以可以偏安全地認(rèn)為腹板的上下支承是只能轉(zhuǎn)動(dòng)的簡(jiǎn)支支承，不考慮其嵌固影響。在有較強(qiáng)翼緣板的情況下，工字型截面的腹板彈性嵌固支承影響系數(shù)可以取x=1.5。薄板在各種載荷情況和各種支承情況下的局部穩(wěn)定的臨界屈曲應(yīng)力公式可寫(xiě)成如下通式：、式中 、分別為x方向正應(yīng)力、剪切應(yīng)力和y方向局部壓應(yīng)力作用下的臨界屈曲應(yīng)力；x板邊支承情況影響系數(shù)，也稱嵌固系數(shù)，兩非承載邊簡(jiǎn)支支承時(shí)取1，彈性嵌固時(shí)取1.21.5，詳見(jiàn)表 （2-3）；、分別為簡(jiǎn)支支承板在受x方向正應(yīng)力、剪應(yīng)力和y方向局部應(yīng)力時(shí)的屈曲系數(shù)，其值參見(jiàn)表（2-3）；板屈曲的歐拉應(yīng)力，可按下式計(jì)算：=163.31 式中 D=板的單位寬度彎曲剛度；板厚；_垂直于正應(yīng)力方向的板寬，驗(yàn)算腹板時(shí)為腹板的計(jì)算高度；a_垂直于局部壓應(yīng)力方向的板長(zhǎng)，驗(yàn)算腹板時(shí)為橫向加勁板間的距離；E彈性模數(shù)；波桑比。板在壓應(yīng)力剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力共同作用時(shí)的等效臨界復(fù)合應(yīng)力可按下式、=式中，為板邊兩端應(yīng)力之比，為板邊最大應(yīng)力，、各帶自己的正負(fù)符號(hào)；其它符號(hào)同前。當(dāng)臨界應(yīng)力超過(guò)0.75時(shí)，按上式求得折減臨界復(fù)合應(yīng)力：式中 材料的屈服點(diǎn)。 薄板局部穩(wěn)定性的驗(yàn)算是以屈曲臨界應(yīng)力為極限應(yīng)力的。只要作用在板上的載荷應(yīng)力（在非均布應(yīng)力時(shí)取最大的應(yīng)力值）小于極限應(yīng)力（或許用應(yīng)力），板是穩(wěn)定的，其驗(yàn)算公式如下：或=312.1或=或式中n安全系數(shù)，其值與強(qiáng)度安全系數(shù)一致，按載荷組合分別取1.5、1.33、和1.15； 和分別為正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力作用下的許用屈曲臨界應(yīng)力。 當(dāng)板受壓應(yīng)力，剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力同時(shí)作用的等效復(fù)合應(yīng)力按上式計(jì)算時(shí)，板的屈曲安全系數(shù)可以取得小一些，一般可以減小百分之十。2.1.12加肋板的穩(wěn)定性校核計(jì)算在工程設(shè)計(jì)中，為了滿足上式公式，有時(shí)不得不增加板厚，這常常要增加鋼材用量。而在板的受壓部位加上幾根加勁條或加強(qiáng)肋則可以提高板的抗屈曲能力，而且相比之下要經(jīng)濟(jì)些。剛性的加強(qiáng)肋（加勁條）能起到支承作用，將板分割為若干區(qū)格，改變了板在計(jì)算穩(wěn)定性時(shí)的寬度b和a的值。而且，區(qū)格板的屈服系數(shù)與 有關(guān)，屈曲臨界應(yīng)力與寬（b）平方成反比。但要注意的是剛性加強(qiáng)肋要有足夠的彎曲剛度，要能起到支承板的作用。加強(qiáng)肋的剛度以 的乘積表示。 是加強(qiáng)肋繞被加強(qiáng)板板厚中心線的面積慣性矩。加強(qiáng)肋的彎曲剛度和該板的彎曲剛度比稱為加強(qiáng)肋的剛度比，常以 表示，即 =式中 b, 為板的寬度和厚度。對(duì)于剛性加強(qiáng)肋而言，有最小剛度比 ，亦即當(dāng)剛性加強(qiáng)肋使區(qū)格板的屈曲臨界應(yīng)力小于（最多是等于）這塊加肋整板的屈曲臨界應(yīng)力時(shí)，此加強(qiáng)肋的剛度比即為最小剛度比。這時(shí)，板的屈曲只能限于區(qū)格板內(nèi)，也就是說(shuō)區(qū)格板的屈曲將先于整板。當(dāng)加強(qiáng)板剛度不夠時(shí)，加肋板仍以整板屈曲模態(tài)失穩(wěn)。此時(shí)的加強(qiáng)肋稱為柔性加強(qiáng)肋。帶柔性肋板的屈曲系數(shù)可按公式計(jì)算。在求得剛性肋的最小剛度后，即可計(jì)算剛性肋的面積慣性矩。所有剛性肋的面積慣性矩（）必須大于此值。當(dāng)橋式類型起重機(jī)主梁腹板被縱向肋分格為上，下兩區(qū)格，并受有y 方向的局部壓力時(shí)，則上區(qū)格板的局壓屈曲系數(shù) 按表 計(jì)算 ，而下區(qū)格板則按或。此時(shí)上區(qū)格板的驗(yàn)算公式應(yīng)為改寫(xiě)的下式，即 下區(qū)格板的局部驗(yàn)算公式則為：0.4式中， 和分別為上區(qū)格板和下區(qū)格板的屈曲臨界應(yīng)力。對(duì)于普通橋式起重機(jī)，由于梁的受壓翼緣板屬于均勻受壓情況，只要合理選取板寬B和厚度 的比值（表2-3 ），則勿需用縱向加勁條加固梁的受壓翼緣。根據(jù)滿足局部穩(wěn)定性條件，列出了受壓翼緣尺寸比例關(guān)系。對(duì)于偏軌寬翼緣橋式類型起重機(jī)，其主梁截面較寬，而翼緣板厚 相對(duì)較?。╞-兩腹板間距； -上翼緣板厚度），因此受壓翼緣板必須根據(jù)局部穩(wěn)定性布置縱向加勁條。當(dāng)60（50） 時(shí)（括號(hào)內(nèi)數(shù)字用于低合金鋼），應(yīng)設(shè)置一條縱向加勁條，縱向加勁條的慣性矩： 式中 -系數(shù)，按表（2-2）選用。表（2-3）受壓翼緣板的寬厚比 Table (2-3) bearing flange plate generous ratio 當(dāng)時(shí)，應(yīng)設(shè)置兩條縱向加勁條，縱向加勁條的慣性矩：式中 系數(shù)；b兩腹板間距。圖（2-9）受局部壓力的區(qū)格板 圖（2-10）受壓翼緣的尺寸比例 Fig (2-9) local pressure area frame Fig (2-10) bearing flange size proportion2.1.13受扭構(gòu)件的校核計(jì)算1）自由扭轉(zhuǎn)和約束扭轉(zhuǎn)的概念起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中的梁為非圓截面直桿，而且是開(kāi)口薄壁（工字形截面等）后閉口薄壁（箱形截面）結(jié)構(gòu)。非圓截面直桿受扭時(shí)，其橫截面不再保持平面而產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象。如果所有的截面都自由翹曲，則在截面上不會(huì)產(chǎn)生正應(yīng)力，這稱為自由扭轉(zhuǎn)，這時(shí)，桿件所有截面的翹曲量相同。因此，在橫截面內(nèi)只產(chǎn)生與外扭轉(zhuǎn)相平衡的剪力。這種情況只有當(dāng)?shù)冉孛嬷睏U的兩端作用大小相等而方向相反的力偶，且無(wú)任何約束時(shí)才會(huì)產(chǎn)生。圖 a為工字形截面桿件兩自由端受兩個(gè)力偶作用而產(chǎn)生自由扭轉(zhuǎn)，圖 （2-9） a為變形后的情況，平行于桿軸的縱向直線（例如翼緣）仍保持直線，截面ABCD已有翹曲不再成平面，由于各截面均能自由翹曲，且翹曲量相同，故縱向纖維長(zhǎng)度不改變，截面上就不會(huì)產(chǎn)生正應(yīng)力。表（2-4）系數(shù) 值Table (2-4) coefficient Value0.50.61.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.00.050.100.150.203.403.693.974.255.596.116.227.138.058.559.6510.4510.758.559.6510.4510.7511.8913.0414.1813.5815.1416.7018.2616.6718.7220.7722.3219.9022.4825.0727.6522.3626.5629.7632.9626.9530.8334.7238.6130.2835.4340.0344.6330.2836.7243.7251.2830.2836.7243.7251.28注：，式中a箱形梁橫向加勁板間距；b兩腹板間距。，一般可先取試算，式中一條縱向加勁條的面積.表（2-5）系數(shù) 值Table (2-5) coefficient value0.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.00.057.3911.5316.3021.7027.5533.9940.9348.3056.0064.3872.9782.0491.540.108.0412.6818.1024.2931.0738.6046.7655.4664.7074.7585.1396.16107.740.158.6812.8319.9026.8834.6043.2152.5962.6273.4085.1297.30110.28123.940.209.3314.9821.7029.4835.1247.8258.4069.7982.1095.90109.47124.28140.14注：集中和的意義同前表。圖（2-11）桿件的自由扭轉(zhuǎn)Fig (2-1) member free torsion如果桿件受扭時(shí)截面不能自由翹曲，也即由于支座的阻礙或其它原因的限制，這稱為約束扭轉(zhuǎn)。 當(dāng)桿件產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn)時(shí)，由于各截面的凹凸不相同，因此桿件的縱向纖維將產(chǎn)生拉伸活壓縮變形，桿件單位長(zhǎng)度的扭角也沿桿長(zhǎng)變化。由于縱向纖維的軸向應(yīng)變，就使得截面上不僅存在著扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，還存在發(fā)向應(yīng)力，又因?yàn)楦骺v向纖維的法向應(yīng)力不一定相同，就導(dǎo)致桿件產(chǎn)生彎曲（圖2-11） ，所以約束扭轉(zhuǎn)也常稱為彎曲扭轉(zhuǎn)。另一方面由于桿件彎曲必將產(chǎn)生彎曲剪應(yīng)力，這一系列情況，就使得桿件的約束扭轉(zhuǎn)問(wèn)題比自由扭轉(zhuǎn)問(wèn)題復(fù)雜得多。 如圖（2-13）中的工字梁右端剛性固定，左端自由，并作用著扭轉(zhuǎn)，于是也將產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn)。工字梁的翼緣不保持直線而產(chǎn)生彎曲，而且這種彎曲是在其自身平面內(nèi)作相反方向的彎曲。因此在翼緣上產(chǎn)生了正應(yīng)力，同時(shí)由于彎曲變形，又產(chǎn)生了附加剪應(yīng)力 ，這種附加剪應(yīng)力 只能平衡一部門(mén)外扭轉(zhuǎn)，剩下的外扭轉(zhuǎn)將由純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 來(lái)達(dá)到平衡。由此可知，開(kāi)口薄壁截面受扭轉(zhuǎn)時(shí)，截面上將產(chǎn)生三種應(yīng)力，即約束扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力 ，約束扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 和純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 。由 合成內(nèi)扭矩記為 ，稱為約束扭轉(zhuǎn)力矩；由 合成的內(nèi)扭矩記為 ，稱為自由扭轉(zhuǎn)力矩。根據(jù)靜力平衡條件得：圖（2-12）桿件的約束扭轉(zhuǎn) 圖（2-13）約束扭轉(zhuǎn)的截面應(yīng)力Fig (2-12) member restraint reverse Fig (2-13) restrains the reverse the section stress328+120=4482.1.14開(kāi)口薄板構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)校核計(jì)算1）自由扭轉(zhuǎn)開(kāi)口截面薄壁構(gòu)件自由扭轉(zhuǎn)時(shí)，在截面上產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力力按下式計(jì)算（圖 2-14）：=式中 純扭矩；-計(jì)算截面中最大壁厚；-截面的扭轉(zhuǎn)慣性矩，由矩形窄條組成的截面（T字形，工字形。槽形），其扭轉(zhuǎn)慣性矩 ，按下式計(jì)算：、 -矩形窄條相應(yīng)的寬度和厚度（cm）-修正系數(shù)，對(duì)于各種截面的 值列出如下：軋制 形截面 1.00軋制 形截面 1.20軋制 形截面 1.20 開(kāi)口截面剪應(yīng)力沿截面上的分布如下圖所示。圖（2-14） 開(kāi)口薄壁構(gòu)件的自由扭轉(zhuǎn)計(jì)算簡(jiǎn)圖Fig (2-14)opens the mouth the thin wall component free torsion computation diagram 單位長(zhǎng)度的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角，按下式計(jì)算：=362.42）約束扭轉(zhuǎn)開(kāi)口薄壁構(gòu)件約束扭轉(zhuǎn)引起的法向應(yīng)力 和剪應(yīng)力 的計(jì)算比較復(fù)雜，可參看起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)。開(kāi)口薄壁構(gòu)件約束扭轉(zhuǎn)引起的應(yīng)力很高，有時(shí)甚至超過(guò)構(gòu)件受自由彎曲時(shí)的應(yīng)力，必須予以重視。2.1.15閉口薄壁構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)校核計(jì)算閉口截面由于截面外形所具有的特征，它在純扭轉(zhuǎn)時(shí)，純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的分布與開(kāi)口截面中不相同，它沿壁厚是按常量分布的，因此中間層上的剪應(yīng)力并不等于零，這是閉口與開(kāi)口截面的最主要區(qū)別。閉口截面純扭轉(zhuǎn)剪力流由于在整個(gè)截面上環(huán)行封閉，因而其扭抗能力特別強(qiáng)，這是它的主要優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。閉口截面的純扭轉(zhuǎn)剪力流已單獨(dú)平衡外扭矩，而約束扭轉(zhuǎn)剪力流在截面上是自相平衡的。閉口截面薄壁構(gòu)件自由扭轉(zhuǎn)時(shí)，在截面上產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力按下式計(jì)算：=式中 -截面輪廓中線所圍成的面積的兩倍；-截面中最小壁厚（cm）;-作用在所計(jì)算截面的扭矩（）。 1）閉口截面薄壁構(gòu)件單位長(zhǎng)度相對(duì)扭轉(zhuǎn)角按下式計(jì)算： =2238.1式中 ， -系數(shù)，對(duì)焊接構(gòu)件 ：對(duì)鉚接構(gòu)件 ； -對(duì)截面閉合軸線全積分。 正軌雙梁橋式起重機(jī)和單主梁門(mén)式起重機(jī)的箱形主梁屬于閉口薄壁構(gòu)件受約束扭轉(zhuǎn)，理論分析和計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，閉口截面的抗扭能力很強(qiáng)，其約束扭轉(zhuǎn)法向應(yīng)力 很低，一般只有構(gòu)件受自由彎曲時(shí)的法向應(yīng)力的 5%左右，因此在實(shí)際計(jì)算時(shí)，可以取 ，在此， 為自由彎曲法向應(yīng)力。約束扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 約為自由彎曲剪應(yīng)力的1020 %，而 比自由扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力小得多，在實(shí)際計(jì)算時(shí)，可以忽略 而只按自由扭轉(zhuǎn)計(jì)算剪應(yīng)力。3螺栓連接3.1構(gòu)造與布置門(mén)式起重機(jī)主梁與支腿和下橫梁皆用螺栓連接。按工作特點(diǎn)螺栓連接分為普通半精致螺栓連接，精致鉸孔螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接。起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中應(yīng)盡可能采用半精致和高強(qiáng)度螺栓連接避免采用需配鉸孔的精致螺栓。采用高強(qiáng)度螺栓時(shí)，為了防止被連接件在螺母或螺栓頭部下被局部壓壞，應(yīng)在該兩處均設(shè)置高強(qiáng)度墊圈。高強(qiáng)度螺栓連接中不必采用防止螺母松動(dòng)的防松件，其孔徑比螺栓直徑大1-2mm。采用螺栓連接傳遞作用力時(shí)，每一構(gòu)件在節(jié)點(diǎn)上以及在接頭的一邊，至少需要兩個(gè)螺栓，并應(yīng)滿足由強(qiáng)度計(jì)算確定的數(shù)量。在節(jié)點(diǎn)和接頭處，按上面公式的最小孔距布置螺栓，對(duì)于拼接組合截面構(gòu)件的螺栓，則按上面公式中的最大孔距來(lái)布置。3.1.1螺栓連接的強(qiáng)度校核計(jì)算按受力性質(zhì)，螺栓連接可分受剪力螺栓連接和拉力螺栓連接兩種。起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中螺栓連接的計(jì)算要點(diǎn)是：1） 按外力和螺栓的許用承載能力（最小的）確定傳遞內(nèi)力所必須的螺栓數(shù)目。2） 驗(yàn)算桿件在連接處的強(qiáng)度。各種載荷作用下的螺栓連接的計(jì)算如下：1）受軸向力的螺栓連接。此時(shí)，假定內(nèi)力由螺栓平均支承。確定螺栓的數(shù)目為：式中N-作用于螺栓中的計(jì)算軸向力； -螺栓的許用承載能力。在抗剪連接中：=或 =139.12取較小值。在抗拉連接中：=、式中 d-螺栓桿的外徑；-螺栓螺紋處內(nèi)徑；-在同一方向承壓的構(gòu)件的較小總厚度； -每個(gè)螺栓的受剪面數(shù)目；、-螺栓的許用拉，壓，剪應(yīng)力。1） 按抗剪條件計(jì)算單栓支承載力（雙剪）b) 按承壓條件計(jì)算單栓承載力：因此抗剪是控制條件，故。所需精致螺栓數(shù)目為故取z=9。3.1.2受彎矩作用的剪力螺栓連接 1）當(dāng)時(shí)：圖3-25所示為受一彎矩M的螺栓連接，假定連接一側(cè)鋼板在彎矩作用下繞螺栓群中心C旋轉(zhuǎn)，并假定鋼板是一剛體，因此螺栓的變形與它到中心C的距離L成正比，螺栓所受的力或鋼板上的反作用力也就與L成正比，并且與L的方向垂直。鋼板的平衡條件是：=根據(jù)螺栓受力與到螺栓群中心C的距離成正比例的關(guān)系，可知：=391324綜合以上兩式得：=距離C最遠(yuǎn)的一個(gè)螺栓受力最大，其值為：=37.38在剪切力Q作用下，一個(gè)螺栓受到的作用力為： 式中n-接頭的一邊所采用的螺栓數(shù)目。圖（3-1）受軸向力的螺栓連接計(jì)算 圖（3-2）受彎矩的螺栓連接計(jì)算 Fig(3-1) axial force bold fastening computationFig(3-2) bending moment bold fastening computation在彎矩M和剪切力Q同時(shí)作用下，一個(gè)螺栓上的最大合力：= 在箱形梁或工字梁的接頭中（圖3-1a），腹板部分所承擔(dān)的彎矩與該接頭所承受的全部彎矩之比，等于腹板部分凈截面慣性矩與接頭處整個(gè)凈截面慣性矩之比，即= 接頭所承受的彎矩減去腹板部分所承擔(dān)的彎矩，再按上，下翼板中心距 相除，即得出作用在一塊翼緣板上的軸向力：= 可按前述方法計(jì)算腹板與翼緣板的連接強(qiáng)度。2）當(dāng)時(shí)（b為連接一側(cè)首末兩行的釘距）：箱形結(jié)構(gòu)橋架端梁中部的連接屬于這種型式。在彎矩M作用下，一個(gè)螺栓承受的最大作用力 為：= 式中u和 的含義見(jiàn)圖 （3-3）所示。在剪切力Q作用下，一個(gè)螺栓承受的作用力為：=在彎矩M和剪切力Q同時(shí)作用下，一個(gè)螺栓承受的最大合力為：= 3）構(gòu)件同時(shí)受壓和受彎的連接螺栓 門(mén)式起重機(jī)支腿和主梁以及支腿與下橫梁的連接承受壓力和彎矩（圖 3-4），一般采用普通螺栓連接，裝置抗簡(jiǎn)擋塊以承受剪力或扭距（螺栓不受剪切）。圖 （3-3）受彎矩的螺栓連接計(jì)算 圖（3-4）同時(shí)受彎矩和壓力的螺栓連接計(jì)算Fig (3-3) bending moment bold fastening computationAt the same timeFig (3-4) bending moment and pressure bold fastening computation 在彎矩作用下（繞X軸旋轉(zhuǎn)）受壓的螺栓在計(jì)算中不予考慮。距x軸 處最邊行的一個(gè)螺栓所受的拉力為：= 式中 -壓力P距x軸的距離； M-作用在連接處的計(jì)算彎矩； -每個(gè)受拉螺栓距x軸的距離平方之和（設(shè)共有i個(gè)受拉螺栓）。式中，系數(shù) 2.5 是考慮螺栓預(yù)緊力及載荷不均勻性的影響。 當(dāng)