起重機總體設計及金屬結構設計

起重機總體設計及金屬結構設計,起重機,總體,整體,設計,金屬,結構設計 起重機總體設計及金屬結構設計龍門式起重機的總體設計包括以下內容：確定總體方案，選擇主要參數(shù)，確定計算載荷，計算壓輪和穩(wěn)定性。 起重機的設計參數(shù)是指：起重量Q(t)、跨度L(m)起升高度H(m)起升速度(m/min)、小車運行速度(m/min)和工作級別等。起重機的設計參數(shù)是指：有無電源(交流或直流)、工作地點(室內或室外)、最大行程以及工作環(huán)境(溫度、濕度、有無煤氣或酸氣)等。其它要求：如起重機所占空間的限制、司機室的型式(敞開式或封閉式)、司機室的位置(在橋梁中間或一端)、司機室的高度、操縱方式(手動、電動，遙控)等。龍門起重機的總體方按和基本參數(shù)確定： 龍門起重機廣泛用于各種工礦企業(yè)、交通運輸和建筑施工。主要在露天貯料場、建筑構件加工場、船塢、電站、港口和鐵路貨站等處，用其裝卸及搬運貨物、設備以及建筑構件安裝等。一、門架的結構型式：采用板梁結構。由于板梁結構制造方便，采用這種型式的門式起重機占多數(shù)。門架可制成雙腿(全門架)，門架主梁與支腿的選擇是剛性連接的。門架采用雙梁。門架結構是板梁式箱形結構。雙梁箱形結構門架的支腿制成“八”字型。二、門架的主要尺寸的確定：箱行結構 箱行主梁的截面以矩形截面。門式起重機的主梁高度：當采用兩條剛性支腿時，取，采用單箱型時，取。對于支腿，腿高h由所要求的門架凈空尺寸確定。剛性支腿的上部連接按箱形結構寬度(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架下橫梁寬度及具體結果確定?？紤]到起重機沿大車軌道方向穩(wěn)定性的要求，門式起重機的輪距，為主梁全長。三、門式起重機的載荷及其組合：1載荷 作用在門式起重機上的載荷有：起重載荷、門架自重、小車重量、電氣設備及司機室等自重；小車慣性力(由大、小車制動時產生的)，大車慣性力(大車制動時產生的)、大車偏斜傾向力及風力等。1)箱形結構的門架自重：箱形截面橋架自重 對于75以下的普通門式起重機，橋架(主梁)自重按下式估算： 帶懸臂 無懸臂 式中 額定起重量()； 橋架(主梁)全長()； 起升高度()。支腿自重：雙梁門架的支腿單位長度自重常取為主梁單位長度自重的0.20.4倍單主梁門架的支腿單位長度自重取為主梁的0.70.9倍。2)小車自重 對于雙梁小車，單主梁小車自重按下式估算： 當時 對于A7工作類型小車，宜再乘以系數(shù)1.15。 當時 大時，分母應取大值。對于A7級工作類型小車，宜再乘以系數(shù)1.06。3)慣性力(慣性載荷) 機構起、制動時產生的慣性力和沖擊振動引起的慣性載荷的確定。 大車制動時引起的水平慣性力大車運行制動時引起的水平慣性力，對于主動輪僅布置在一側的門式起重機，設1輪為主動輪，2輪為從動輪，則大車制動慣性力為： 式中 大車制動時，由橋架自重引起的水平慣性力； 由貨重和小車自重引起的水平慣性力； 、和等符號但是，大車制動慣性力應受到主動輪打滑的限制，即 式中 粘著系數(shù)； 大車主動輪輪壓。小車制動時引起的慣性力小車運行制動時引起的水平慣性力按下式計算： 式中 小車運行速度。4)大車運行偏斜側向力 當門式起重機的運行速度與橋式起重機的運行速度相近時，可按下式計算側向力： 式中 大車的最大輪壓。 當門式起重機的運行速度較低時，側向力按照之腿由于運行阻力不同時求出 表示主梁由于側向力引起的彎矩。其中： 式中 和兩支腿處的運行阻力，且； 和兩支腿運行牽引力，且。1）進行最大拉力驗算： 2）計算受拉單栓承載力 故 驗算通過。 2載荷組合 由于各種載荷不可能同時作用在門架結構上，因此要根據門式起重機的使用情況來確定這些載荷的組合。 門式起重機的計算載荷組合通?？紤]以下幾種情況：計 算 構 件主梁支腿載荷情況及組合IIIIIIIIII門架自重起升載荷小車慣性力大車慣性力大車偏斜側向力門架支承橫推力風力小車自重 1)對于主梁，考慮小車位于跨中或懸臂端，小車滿載下降制動，同時大車平穩(wěn)制動，風力平行大車軌道方向。稱為計算情況II。 2)對于支腿，分別考慮門架平面和支腿平面內的兩種載荷組合： 在門架的平面內，大車不動，小車位于跨端或懸端，小車滿載下降制動，同時小車運行機構制動，風力沿小車軌道方向，稱為計算情況II。表 門式起重機的計算載荷組合 注：表中橋架(主梁)自重；門架(包括主梁和支腿等)自重，在門架平面內，沿小車軌道方向的風力；在支腿平面內，沿大車軌道方向的風力。其余符號同前述。 在支腿平面內，小車位于跨度端或懸臂端，小車滿載下降制動，同時大車平穩(wěn)制動，風力平行大車軌道。稱為計算情況。3) 對于主梁和支腿，還應考慮非工作狀態(tài)下的載荷組合，這時大車和小車皆不動，空載。僅作用有非工作狀態(tài)的最大風載荷，稱為技術情況。對于每種計算情況，由于其載荷組合出現(xiàn)的可能性不同，所以在設計計算時，對金屬結構的許用應力值也各不相同。四、箱形結構門架的強度驗算1主梁危險載面的強度驗算 1）正應力的驗算 根據公式計算的垂直彎矩同時作用在主梁上，并考慮約束彎曲和約束扭轉的影響，主梁再面上的正應力可按下式疊加：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軸的載面摸數(shù)； 主梁對軸的載面摸數(shù)。 強度許用應力為： 1）確定應力循環(huán)特性鋼的強度許用應力為： 式中 為載荷組合的安全系數(shù)。 2）剪應力的驗算 箱形載面主梁支承載面處的剪力在腹板上引起的剪應力按下式計算：式中 主梁載面的一部分對中性軸的靜矩； 主梁載面對軸的慣性矩； 、主梁的主、副腹板的厚度。 在水平載荷作用下，蓋板上的剪應力：式中 支承處的水平剪力； 主梁載面的一部分對軸的靜矩； 主梁載面對軸的慣性矩； 上、下蓋板厚度。主梁受扭的影響。則按純扭轉計算，計算式為：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，各種載荷在同一點引起的剪應力予疊加。2、支腿危險載面的強度驗算 對于單主梁箱形結構門架的支腿應分別選取幾個載面進行強度計算。 強度驗算式為：式中 門架平面，支腿驗算載面的最大彎矩； 支腿平面，支腿驗算載面的最大彎矩； 支腿平面，支腿驗算載面的軸向力； 、驗算載面對軸和軸的載面模數(shù)； 驗算載面的面積。 根據靜強度和疲勞強度條件計算截面需要的面積： 由計算結構知，桿件應根據疲勞強度條件確定截面積。桿件需要的最小截面積為20732.55。3、下橫梁的強度驗算 將各種載荷作用在門架上引起的下橫梁的彎矩疊加，然后按下式驗算其強度，即彎曲應力：式中 作用在下橫梁載面的總彎矩； 驗算載面對軸的載面模數(shù)。 五，箱型梁的約束彎曲計算近年來，橋式起重機有采用寬翼緣箱形梁，這時薄壁箱形梁受彎曲時，在剪應力作用下，翼緣板和腹板產生了翹曲，梁的截面不在保持平面，而有翹曲（圖b中虛線所示）。由于這種翹曲受到了約束，因而破壞了正應力按平面分布的規(guī)律，這時正應力沿梁寬的分布不再是一個常數(shù)，沿著梁高的分布也不再符合線性分布規(guī)律（圖 ），其中虛線表示自由彎曲應力。 圖 薄壁箱形梁的計算 圖 薄壁箱形梁約束彎曲時剪應力分布 根據理論分析和實驗驗證，在薄壁箱型梁的角點上，最大約束彎曲正應力可近似取為： 式中 自由彎曲正應力； 考慮約束彎曲而使應力增大的系數(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 薄壁箱形梁約束彎曲時截面正應力分布 圖 腹板受輪壓局部擠壓計算六，輪壓產生的局部壓應力1） 當起重機小車的輪壓直接作用在梁的腹板上時（圖 ），腹板邊緣產生的局部壓應力為：= 式中 局部壓應力； P集中載荷（N）； 板厚（mm）； 集中載荷分布長度，可按下式計算： 式中 集中載荷作用長度，對車輪??； -自構件頂面（無軌時）或軌頂（有軌時）至板計算高度上邊緣的距離（mm）. 2）當起重機小車的輪壓直接作用在梁的上蓋板時，局部彎曲應力為：普通正軌或半偏軌道布置在兩腹板中間的上蓋板上，由輪壓作用而使上蓋板產生局部彎曲，此時上蓋板應按被兩腹板和相鄰兩筋板分隔成的矩形板計算，如圖 所示。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。這種薄板的計算簡圖較復雜，再加上在小車輪壓作用下，起重機箱型梁的蓋板連同軌道一起承受局部彎曲，使其計算簡圖更加復雜。為了簡化計算，特作如下假設： （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）根據薄板受集中載荷作用來計算蓋板撓度；（4）計算應力時，假設軌道和蓋板間僅在邊長為a和b矩形面積上接觸。此時， (cm),為軌道寬度，為軌道高度。 圖 上蓋板的局部彎曲計算簡圖對于正軌和半偏軌箱型梁，由于集中載荷的作用點在板的中心或偏一距離，故應采用板殼理論計算。根據板殼理論，作用在受載面積中心（圖）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，見表 。 表 系數(shù) 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，； ； v_波桑比； ，系數(shù)，其值取決于和的值（參見表 ）； 上蓋板上的折算應力按下式求得： = 式中 由垂直彎矩引起的正應力， ，應帶各自的正負號代入。 表 對于矩形板的因子和的值 0.100.200.3.0.400.500.100.200.300.400.50 0.52.7922.3521.9451.6861.5990.557-0.179-0.647-0.852-0.9060.60.70.80.91.01.21.41.61.82.03.02.8612.9042.9332.9522.9662.9822.9002.9552.9772.9993.0003.0002.5452.6772.7682.93228792.9362.9662.9822.9002.9553.0003.0002.2272.4332.5842.6942.7662.8802.9362.9662.9822.9003.0003.0002.0112.2592.4482.5912.6982.8362.9122.9532.9752.9872.9993.0001.9362.1982.3992.5332.6692.8202.9032.9482.9722.9852.9993.0000.6770.7580.8140.8560.8870.9310.9580.9750.9850.9910.9991.0000.0530.2400.3910.4560.6110.7560.8490.9080.9450.9680.9981.000-0.439-0.229-0.0310.1480.3040.5510.7190.8280.8970.9390.9961.000-0.701-0.514-0.310-0.108-0.0800.3930.6160.7640.8580.9150.9951.000-0.779-0.605-0.4.04-0.1980.0000.3350.5780.7400.8340.9060.9941.000六，剛度計算 梁除了滿足強度條件外，還需具有一定的剛度（限制變形）才能滿足使用要求。用于起重機的梁只驗算由有效載荷（移動載荷）產生的靜撓度（不計動力系數(shù)），梁的這種變形是彈性變形，外載荷消失后梁能復原，絕對不允許殘余（永久）變形。1，靜剛度當兩個不相等的移動集中載荷對稱作用于梁的跨度中央時（圖），其最大靜撓度由下式確定： 對于圖 所示情況，梁的最大靜撓度： 允許靜撓度值分別推薦如下：1） 橋式起重機、門式起重機的跨中撓度 式中 L起重機的跨度。2） 門式起重機的懸臂撓度 式中 _懸臂長度。3） 橋式起重機跨中水平位移 根據剛度條件，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，； 電動葫蘆在額定起重量時的總輪壓（不計動力系數(shù)）。按下式計算： 其中，額定起重量， 電動葫蘆自重。 2， 動剛度在起重機小車卸載時，主梁在垂直方向將產生衰減振動，這種振動對結構強度的影響不大，但對于起重機的正常使用以及司機的操作田間卻是不利的，緩慢的衰減過程影響到起重機的生產率，因此，從現(xiàn)代化生產的要求出發(fā)（特別是對高速運行的起重機以及要求所吊運件能精確安裝的起重機），起重機應保證一定的動剛度。 圖 梁的剛度計算 對于一般使用的起重機，不必驗算起動剛度。對于工藝上及生產率上有較高要求的橋式起重機，應驗算動剛度，要求小車位于跨中時的滿載自振頻率f不應低于2HZ。可按下列公式驗算滿載自振頻率： =0.6=1367.1 式中 _滿載自振頻率，（HZ）； 主梁結構在跨中的剛度系數(shù)，其物理意義為使主梁在跨中處產生單位垂直靜撓度所需的集中力的大??；按表 計算；主梁結構在跨中的換算集中質量與小車質量之和（對于雙梁結構，如果小車質量按整臺小車計算，則近似等于一根主梁結構的質量）（）；按表 計算；與額定起升載荷的質量之比，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生單位靜伸長所需的力）可按下式計算： =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)，與鋼絲繩結構有關，一般取值1.0； 一根鋼絲繩的鋼絲截面積; _鋼絲繩繞組在相當于額定起升高度時的實際平均下放長度，可近似取為卷筒中心與上部固定滑輪中心之半處至吊滑輪中心的實際平均下放長度（cm）,見圖 。 七，穩(wěn)定性計算： 對于雙梁箱形截面橋式和門式起重機以及單主梁門式起重機，一般不進行整體穩(wěn)定性驗算，但應進行腹板和蓋板的局部穩(wěn)定性驗算。1， 橋式類型起重機梁的腹板可能在下列幾種應力作用下喪失穩(wěn)定性1） 彎曲剪應力：在剪力作用下，梁的腹板會在45度方向受壓而在斜向失去局部穩(wěn)定性（圖）；2） 彎曲正（壓）應力。這時，梁的腹板和蓋板的受壓區(qū)有可能在梁長方向失去局部穩(wěn)定性（圖）；3） 彎曲正（壓）應力和軸向壓應力（如門式起重機的支腿）；4） 作用在腹板上緣的載荷（如集中輪壓等）產生壓應力（如偏軌橋式和門式起重機），這時，腹板會因擠壓應力在豎向失去穩(wěn)定（圖和圖）。金屬結構也可能在以上幾種應力共同作用在梁的腹板上時喪失局部穩(wěn)定。這時，腹板隨著作用于其上的載荷性質不同翹曲各種曲面（圖）。 圖 腹板局部穩(wěn)定的計算 表 垂直動剛度計算數(shù)據 注：集中公式里的整個橋架結構（不包括支腿及下橫梁）單位長度重量； 全部橋架結構的慣性矩； 跨度一側全部支腿的慣性矩； 小車（帶吊具）重量。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加固腹板，這樣要比增加腹板的厚度經濟些。加固的方式如下：1） 在箱形截面梁整個高度上設置橫向加勁板（圖）；2） 對于正軌箱形結構橋式起重機，除設置橫向加勁板外，在箱形截面腹板受壓區(qū)域設置短橫向加勁板（圖）；3） 在跨度較大的橋式和門式起重機中。梁的高度比較大，這時，除設置橫向加勁板外，常常在腹板的受壓區(qū)設置一條縱向加勁線，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)也設置縱向加勁桿（圖）。2， 箱形截面梁腹板加勁的設計原則1） 通常沿腹板全高設置橫向加勁板（圖和）加固腹板。當時，橫向加勁板之間的距離不應大于2h或3m；當時，不應大于2.5h。在跨度較大時橫向加勁板的間距，在支座附近較小些，而在跨中較大些?？紤]到實際生產中，為了限制腹板波浪度，一般取間距m。2）如果腹板僅在剪應力作用下；當（對于低碳鋼）或（對于低合金鋼）時，可不必設置橫向加勁板，但是為了增加截面的扭轉剛度，提高梁的整體穩(wěn)定性，一般仍設置橫向加勁板。3）如果腹板僅在正應力作用下，當（對于低碳鋼）或（對于低合金鋼）時，可不必加固。5） 對于高度較大的梁，必須在腹板受壓區(qū)設置縱向加勁條（圖的3），且設置在離受壓翼緣板（0.20.25）h處（圖 ）；當（對于低碳鋼）或（對于低合金鋼）時，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加固腹板時，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表3-6。 圖 箱形主梁加勁板的設置6） 若腹板僅僅只用橫向勁板加固時，對于箱形截面梁，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孔，但應保證mm，加勁板厚度不應小于。7） 在有縱向加勁條的情況下，橫向勁板的慣性矩為： 縱向加勁條所需的慣性矩根據比值確定（表 ）8） 當梁的上翼緣作用有集中載荷（例如正軌箱形結構橋式起重機）時，一般在腹板上須設置短橫向加勁板（圖 ），其高度或。如果腹板上有縱向加勁條，則短橫向加勁板應與縱向加勁條相連，短橫向加勁板的間距。 八，腹板局部穩(wěn)定性的驗算 表3-6 縱向加勁條必須的慣性矩 對于偏軌箱形梁，腹板同時受彎曲正應力，剪應力和集中輪壓作用在腹板上緣產生的壓應力。 根據板的彈性穩(wěn)定理論，結合工程實際，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為腹板的上下支承是只能轉動的簡支支承，不考慮其嵌固影響。在有較強翼緣板的情況下，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)定的臨界屈曲應力公式可寫成如下通式： 、 式中 、分別為x方向正應力、剪切應力和y方向局部壓應力作用下的臨界屈曲應力； x板邊支承情況影響系數(shù)，也稱嵌固系數(shù)，兩非承載邊簡支支承時取1，彈性嵌固時取1.21.5，詳見表 ； 、分別為簡支支承板在受x方向正應力、剪應力和y方向局部應力時的屈曲系數(shù)，其值參見表 ； 板屈曲的歐拉應力，可按下式計算： =163.31 式中 D=板的單位寬度彎曲剛度； 板厚； _垂直于正應力方向的板寬，驗算腹板時為腹板的計算高度； a_垂直于局部壓應力方向的板長，驗算腹板時為橫向加勁板間的距離； E彈性模數(shù)； 波桑比。板在壓應力剪應力和局部壓應力共同作用時的等效臨界復合應力可按下式、 =式中，為板邊兩端應力之比，為板邊最大應力，、各帶自己的正負符號；其它符號同前。 當臨界應力超過0.75時，按式（ ）求得折減臨界復合應力： 式中 材料的屈服點。 表 示出局部區(qū)格板的屈曲系數(shù)。 薄板局部穩(wěn)定性的驗算是以屈曲臨界應力為極限應力的。只要作用在板上的載荷應力（在非均布應力時取最大的應力值）小于極限應力（或許用應力），板是穩(wěn)定的，其驗算公式如下： 或 或 或式中 n安全系數(shù)，其值與強度安全系數(shù)一致，按載荷組合分別取1.5、1.33、和1.15； 和分別為正應力、剪應力和局部壓應力作用下的許用屈曲臨界應力。 當板受壓應力，剪應力和局部壓應力同時作用的等效復合應力按式（ ）計算時，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。 九，加肋板的穩(wěn)定性計算： 在工程設計中，為了滿足公式（ ），有時不得不增加板厚，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肋則可以提高板的抗屈曲能力，而且相比之下要經濟些。剛性的加強肋（加勁條）能起到支承作用，將板分割為若干區(qū)格，改變了板在計算穩(wěn)定性時的寬度b和a的值。而且，區(qū)格板的屈服系數(shù)與 有關，屈曲臨界應力與寬（b）平方成反比。但要注意的是剛性加強肋要有足夠的彎曲剛度，要能起到支承板的作用。加強肋的剛度以 的乘積表示。 是加強肋繞被加強板板厚中心線的面積慣性矩。加強肋的彎曲剛度和該板的彎曲剛度比稱為加強肋的剛度比，常以 表示，即 = 式中 b, 為板的寬度和厚度。對于剛性加強肋而言，有最小剛度比 ，亦即當剛性加強肋使區(qū)格板的屈曲臨界應力小于（最多是等于）這塊加肋整板的屈曲臨界應力時，此加強肋的剛度比即為最小剛度比。這時，板的屈曲只能限于區(qū)格板內，也就是說區(qū)格板的屈曲將先于整板。當加強板剛度不夠時，加肋板仍以整板屈曲模態(tài)失穩(wěn)。此時的加強肋稱為柔性加強肋。帶柔性肋板的屈曲系數(shù)可按公式計算。 在求得剛性肋的最小剛度后，即可計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。 當橋式類型起重機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，則上區(qū)格板（圖 ）的局壓屈曲系數(shù) 按表 計算 ，而下區(qū)格板則按或。此時上區(qū)格板的驗算公式應為改寫的式（ ），即 下區(qū)格板的局部驗算公式則為： 0.4式中， 和分別為上區(qū)格板和下區(qū)格板的屈曲臨界應力。 對于普通橋式起重機，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 ），則勿需用縱向加勁條加固梁的受壓翼緣。根據滿足局部穩(wěn)定性條件，圖3-11列出了受壓翼緣尺寸比例關系。對于偏軌寬翼緣橋式類型起重機，其主梁截面較寬，而翼緣板厚 相對較?。╞-兩腹板間距； -上翼緣板厚度），因此受壓翼緣板必須根據局部穩(wěn)定性布置縱向加勁條。當60（50） 時（括號內數(shù)字用于低合金鋼），應設置一條縱向加勁條，縱向加勁條的慣性矩： 式中 -系數(shù)，按表3-11選用。表3-10 受壓翼緣板的寬厚比 板的長邊支承特性 不大于 鋼 低合金鋼一邊簡支，一邊自由 15 12一邊嵌固，一邊自由 30 25 兩邊簡支 60 50 兩邊嵌固 70 60 當時，應設置兩條縱向加勁條，縱向加勁條的慣性矩： 式中 系數(shù)，按表 選用； b兩腹板間距。圖 受局部壓力的區(qū)格板 圖 受壓翼緣的尺寸比例十，受扭構件的計算1，自由扭轉和約束扭轉的概念起重機金屬結構中的梁為非圓截面直桿，而且是開口薄壁（工字形截面等）后閉口薄壁（箱形截面）結構。非圓截面直桿受扭時，其橫截面不再保持平面而產生翹曲現(xiàn)象。如果所有的截面都自由翹曲，則在截面上不會產生正應力，這稱為自由扭轉，這時，桿件所有截面的翹曲量相同。因此，在橫截面內只產生與外扭轉相平衡的剪力。這種情況只有當?shù)冉孛嬷睏U的兩端作用大小相等而方向相反的力偶，且無任何約束時才會產生。 圖 a為工字形截面桿件兩自由端受兩個力偶作用而產生自由扭轉，圖 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，故縱向纖維長度不改變，截面上就不會產生正應力。 表 系數(shù) 值0.50.61.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.00.050.100.150.203.403.693.974.255.596.116.227.138.058.559.6510.4510.758.559.6510.4510.7511.8913.0414.1813.5815.1416.7018.2616.6718.7220.7722.3219.9022.4825.0727.6522.3626.5629.7632.9626.9530.8334.7238.6130.2835.4340.0344.6330.2836.7243.7251.2830.2836.7243.7251.28 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 系數(shù) 值0.60.81.01.21.41.61.8 2.02.22.42.62.83.00.050.100.150.207.398.048.689.3311.5312.6812.8314.9816.3018.1019.9021.7021.7024.2926.8829.4827.5531.0734.6035.1233.9938.6043.2147.8240.9346.7652.5958.4048.3055.4662.6269.7956.0064.7073.4082.1064.3874.7585.1295.9072.9785.1397.30109.4782.0496.16110.28124.2891.54107.74123.94140.14 注：集中和的意義同前表。圖3-12 桿件的自由扭轉如果桿件受扭時截面不能自由翹曲，也即由于支座的阻礙或其它原因的限制，這稱為約束扭轉。 當桿件產生約束扭轉時，由于各截面的凹凸不相同，因此桿件的縱向纖維將產生拉伸活壓縮變形，桿件單位長度的扭角也沿桿長變化。由于縱向纖維的軸向應變，就使得截面上不僅存在著扭轉剪應力，還存在發(fā)向應力，又因為各縱向纖維的法向應力不一定相同，就導致桿件產生彎曲（圖 ） ，所以約束扭轉也常稱為彎曲扭轉。 另一方面由于桿件彎曲必將產生彎曲剪應力，這一系列情況，就使得桿件的約束扭轉問題比自由扭轉問題復雜得多。 如圖 中的工字梁右端剛性固定，左端自由，并作用著扭轉，于是也將產生約束扭轉。工字梁的翼緣不保持直線而產生彎曲，而且這種彎曲是在其自身平面內作相反方向的彎曲。因此在翼緣上產生了正應力（如圖 a ），同時由于彎曲變形，又產生了附加剪應力 （如圖 b ），這種附加剪應力 只能平衡一部門外扭轉，剩下的外扭轉將由純扭轉剪應力 （圖 c）來達到平衡。由此可知，開口薄壁截面受扭轉時，截面上將產生三種應力，即約束扭轉正應力 ，約束扭轉剪應力 和純扭轉剪應力 。由 合成內扭矩記為 ，稱為約束扭轉力矩；由 合成的內扭矩記為 ，稱為自由扭轉力矩。根據靜力平衡條件得：圖 桿件的約束扭轉 圖 約束扭轉的截面應力 十一，開口薄板構件的扭轉計算：1， 自由扭轉開口截面薄壁構件自由扭轉時，在截面上產生的最大剪應力力按下式計算（圖 ）： 式中 純扭矩； -計算截面中最大壁厚； -截面的扭轉慣性矩，由矩形窄條組成的截面（T字形，工字形。槽形）， 其扭轉慣性矩 ，按下式計算： 、 -矩形窄條相應的寬度和厚度（cm） -修正系數(shù)，對于各種截面的 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 開口截面剪應力沿截面上的分布如圖 所示。 圖3-15 開口薄壁構件的自由扭轉計算簡圖 單位長度的相對扭轉角，按下式計算： =362.42，約束扭轉開口薄壁構件約束扭轉引起的法向應力 和剪應力 的計算比較復雜，可參看起重機設計手冊。開口薄壁構件約束扭轉引起的應力很高，有時甚至超過構件受自由彎曲時的應力，必須予以重視。十二， 閉口薄壁構件的扭轉計算 閉口截面由于截面外形所具有的特征，它在純扭轉時，純扭轉剪應力的分布與開口截面中不相同（圖 ），它沿壁厚是按常量分布的，因此中間層上的剪應力并不等于零，這是閉口與開口截面的最主要區(qū)別。 閉口截面純扭轉剪力流由于在整個截面上環(huán)行封閉，因而其扭抗能力特別強，這是它的主要優(yōu)點，因而得到廣泛應用。閉口截面的純扭轉剪力流已單獨平衡外扭矩，而約束扭轉剪力流在截面上是自相平衡的。 閉口截面薄壁構件自由扭轉時，在截面上產生的最大剪應力按下式計算： = 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）; -作用在所計算截面的扭矩（）。 剪應力的分布示意圖 中。 閉口截面薄壁構件單位長度相對扭轉角按下式計算： =2238.1 式中 ， -系數(shù)，對焊接構件 ：對鉚接構件 ； -對截面閉合軸線全積分。 偏軌雙梁橋式起重機和單主梁門式起重機的箱形主梁屬于閉口薄壁構件受約束扭轉，理論分析和計算以及實驗說明，閉口截面的抗扭能力很強，其約束扭轉法向應力 很低，一般只有構件受自由彎曲時的法向應力的 5%左右，因此在實際計算時，可以取 ，在此， 為自由彎曲法向應力。約束扭轉剪應力 約為自由彎曲剪應力 的 1020 % ，而 比自由扭轉剪應力 小得多，在實際計算時，可以忽略 而只按自由扭轉計算剪應力。十三，連接的計算由于設計，制造，安裝和運輸?shù)确矫娴囊?，金屬結構通常是用型剛（或鋼板）彼此用連接件連接成獨立桿件，各桿件又用連接件互相連接起來，組成各個結構物以承受外力作用。結構物的各安裝，運輸單元之間也是用連接件互相連接構成整體，由此可見，連接方法及其可靠性對于金屬結構的正常工作有著重要影響。金屬結構的連接方法主要有焊接，螺接和鉚接。 下面介紹兩種常用的連接方法-焊接和螺接。 圖 閉合截面薄壁構件的扭轉計算 十四，焊接焊接是把連接金屬局部加熱成液態(tài)或膠體狀態(tài)，用壓力或填充金屬，是金屬結合成一個整體的方法。起重機金屬結構應用的焊接主要有電焊和氣焊兩類。電焊又可分為電弧焊，電阻焊（用于焊鋼筋，薄板等）和電渣焊（用于焊厚度和截面特大的構件），其中以電弧焊應用最廣。 電弧焊是借電弧產生的高溫（-3600度）來熔化焊件與焊條進行焊接的。電弧焊是金屬結構焊接的主要方法，它又可以分為手工焊，埋弧自動焊氣體保護焊三種。埋弧自動焊質量較高，生產率比手工焊大10-40倍，所以自動焊在工業(yè)中得到廣泛應用。而手工焊因設備簡單，工作方便，不受結構型式限制（如桁架結構不能用自動焊），所以在焊接中，手工焊仍占重要地位。氣體保護焊是一種提高焊接質量的新工藝，即利用氬氣或 作為電弧區(qū)保護介質的電弧焊。 氣焊也叫氧炔焊，它是利用氧和乙炔氣體燃燒發(fā)熱來熔化焊件與焊條進行焊接，通常多用來切割金屬或焊接薄板。 焊接本身也存在著不少缺點。如焊縫質量檢查方法較費事，焊接需要一些附加的工藝設備（如風鏟，刨邊機，轉臺等），同時焊接容易引起結構的變形，需要進行防止和校正工作。 電焊條有涂藥焊條（用于手工焊）和光焊條（用于自動焊）兩種。其作用是，可作為電路通過電流和填充金屬與焊件構成焊縫。 焊條的選擇主要與被焊鋼材的品種有關，另外還應考慮結構的工作條件及使用性能，施焊及設備條件，改善，施焊工藝和勞動條件以及節(jié)約等。 注：1，檢查焊縫的普通方法系指外觀檢查，測量尺寸，鉆孔檢查等方法；精確方法是指在普通方法的基礎上用X射線等方法進行補充檢查；1） 高空安裝焊縫的許用應力應考慮降低 ；2） 單角鋼焊件端部用一個邊（包括等邊角鋼用任一邊和不等邊角鋼用短邊） 單面連接時，其連接焊縫的許用應力降低 。手工焊接所用焊條應符合國際（GB5117-85）規(guī)定的要求。當焊接材料為Q235鋼時，應采用E43型焊條（E4300至E4328）；當焊接材料為16MN鋼時，應采用E50型焊條（E5001至E5048）。焊條常用直徑為3，4，5，6，8和10cm.自動焊和半自動焊的焊絲和焊劑應通過試驗選定，以保證焊逢和鋼材的強度。在一般情況下，焊Q235號鋼和Q215號鋼時，可采用H08，H08A，H08MNA焊絲配合高錳高硅型焊劑，或H08MNA和H10MNZ焊絲配合低錳高硅型焊劑。焊接16MN鋼可采用H08A，H08MNA，H10MNZ和H10MNSI焊絲配合高錳高硅型焊劑。焊絲常用直徑為4，5，6，及8mm。十五，焊逢的種類的型式按夠造焊逢可分為對接焊縫（圖 a-c）和貼角焊逢（圖 d-i）。按用途焊逢可分為工作焊逢和構造焊逢。工作焊逢是受力焊逢，常用連接焊逢（圖a）；而構造焊逢，即非主要受力的焊逢，常用斷續(xù)焊逢（圖 b）.圖 焊逢的型式 圖 焊逢的型式對接焊逢和貼角焊逢可制成各種型式。對接焊逢斷面主要型式（與連接金屬的厚度有關），如圖 所示。貼角焊逢斷面主要型式如圖 所示。 圖 對接焊逢的斷面型式為了防止未熔透起見，貼角焊逢最小厚度 不得小于4mm。而最大厚度 不得大于1.2，為焊件中的最小厚度。十六，焊逢連接計算：（1）對接焊逢（圖 ） 承受軸向力和彎矩的對接焊逢應力按下式計算： 或 = 式中 ； ；焊逢許用應力 或 。公式 中，拉應力為正值，壓應力為負值。當對接焊逢只承受剪力作用時，焊逢剪應力為： = 圖 貼角焊逢的斷面型式式中-焊逢許用剪應力，見表 。當同時作用著N。M及Q時，焊逢折算應力為： = （2） 貼角焊逢 1） 承受軸向力的貼角焊逢（圖 ） 如圖 a所示情況，焊逢剪應力為： 圖 對接焊逢的計算 圖 貼角焊逢的計算 式中 =-焊逢計算厚度； -焊逢的計算長度； -焊逢許用剪應力，按公式選用。 如圖 b所示情況，焊逢1受到軸向力 和焊逢2受到軸向力 為： ， 式中 和 -焊逢1和焊逢2至型鋼重心線的距離。 焊逢1的剪應力為： 焊逢2的剪應力為： 2）由彎矩M和剪切力Q作用的貼角焊逢（圖 ）由彎矩M產生的焊逢最大剪應力為： 式中 為焊逢的慣性矩， 為焊逢計算厚度。 由剪切力產生的焊逢剪應力為： 折算剪應力為：3） 連接焊縫所能承受的最大拉力： 4） 拼接板所能承受的最大拉力： 5） 對焊縫形心的軸力引起的剪應力： 十七，螺栓連接 1，構造與布置 橋式起重機橋架端梁由兩段在中部用螺栓連接，門式起重機主梁與支腿和下橫梁皆用螺栓連接。按工作特點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度螺栓連接。起重機金屬結構中應盡可能采用半精致和高強度螺栓連接避