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1、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H。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。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
2、线。因上下翼缘板厚不等，应以x一 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、n、h?、B、b、b。等。 x F = F1 2F2 F3Fi =Bhi,F2 =bhF3 = Bh 2 3 q = ' Fr (kg / m )ych1) 2F 2F1 2F2 F31(ho h2) F2h23 -2(cm )3BhiF123b(H - h1 -h2)2 2 F123Bh 22/4、F3 y2(cm )1232h1Bh2B12123b h0b0 b 2 /4、20 2F2(W )2 (cm 4)1222/ H - yc (cm 3
3、)Jy(cm3、许用应力为。口和司u。载荷组合类别安全系 数拉伸、压缩、弯曲许用应力剪切许用应力端面挤压许用应力组合I（I类载荷）ni =1.48E - s1.48o iI =一V 3Sd =1.5。|组合n（n类载荷）nH =1.343ii =S1 .34I*J =1.5。|组合m（山类载荷）n 川=1.16CT 。川-s 1.16”,J =1.5。| 11起重机设计计算培训讲义4、受力简图图2-5884Pl与P2为起重小车作用在一根主梁上的两个车轮轮压，由 PQ和小车白重分配到各车轮的作用力为轮压。如 上=?2 =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P
4、i和P2）产生最大垂直弯矩 Mp2.Mp -i 2)4(N - m)S - bMp = 2 P2(N - m)S - bMp = 2 P2(N - m)注：建议当Pi：丰P2时，采用p = PPi丰P2时简算+Pi = P2 = P 时Pi乒P2时，可近似取PiP22产计算为佳。6. 跨中均布载荷（白重Pg）产生最大垂直弯矩 MqMqi Pg SiqS2(N - m)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图2-6P 惯 S S q惯 S2SM 水=（一）（3 -）4 2r 24r（N - m）式中:8c3 l3邓kJ1 y2
5、yJ1y 主梁端截面的Jy(Cm4)J2y 端梁截面的Jy(cm4)1 ZiP = 一 P 5 Z_1P =(小车自重十PQ)2乙起重机大车驱动轮数Z总轮数9. 主梁跨中截面弯曲强度计算M垂 M水七C-= =二| =4 WX WY1 .3410. 主梁跨端剪切强度计算跨端最大剪力Qmaxb qSQmax =P . P2（1 -）"S2跨端最大剪应力.Qmax S°八，。|=|2 、 J ix<3So 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）Ji x截面的水平惯性矩（cm 4 ）24二、通用桥式起
6、重机箱形主梁刚度计算1.垂直静刚度f垂3简算(Pl P2)S48 EJ x_一 22(P1P2 ) l (0.75 S - l )f 垂=f 12 EJ xl为小车轮压至主梁支承处距离，见下图所示。图2-8Pib当 Pi = P2 = P 时P l (0.75S -l ) f6EJ x注：Pi、P2不乘以系数e。 均布载荷（白重Pg）产生的垂直静刚度不予以计算，因无法检2.水平静刚度f水参看图2-6。P惯 S33Sq惯 S44SS（水=（1一）+（5 ）/f水=48 EJ yr384 EJ y r2000f水不检测，只作为设计计算用。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，
7、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水由门水=二时即可免算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bm = 0 ； 另一种是偏轨箱形梁，局部压应力CTm=0（轮压作用在腹板上）。蜜蜷恳礴图总9横向加劲肋间距a的确定 当M 皿0*35时，巾腹板高，加腹板厚，J材料屈服 :，hs极限。% =0时，可不设置加劲肋。s0时，按结构适当增设加劲肋。 当80 2竺国$00，2
8、竺时，应设置横向加劲肋，此时取a2.5hCs3 Cs 当100 JIH四7。,区时，应设置横向加劲肋。，二-' h二 sa)当冬*原<1200时，取a <2h0-.h 'b)当 1200 <冬 Jih <1500 时,取 a500 h0<旦、原-1000:-h 'c)当鬼>1500'''h时，取a1000 h0旦、底-500Jh上式中n可查下表2-4。表2-4§1:h0、100 & J20100140180200220240n1.001.011.021.031.041.051.066'
9、h°、100"2260280300320340360380n1.071.091.101.121.141.161.18乂 h°'<100 5h j2400420440460480500520n1.211.241.271.311.351.401.46h0 ' <100 &h J2540560580600620640n1.531.611.711.842.012.24表2-4中为腹板与受压翼缘板接触处的弯曲应力如图2-10所示(X，图 2-10上式中.=（QmaxC o ho最大剪力，对简支梁Qmax1RA2,Ra为支反力）ho -.厂
10、1 _ K 4、'. h注：K3和K4查表2-5表2-5K3K4CTm /。1K3K4< 0.052123620.8040210960.104222920.8541710440.156422190.9042910010.2010720760.954419650.2515219331.004509310.3018918081.104509000.3521917101.204508700.4024816131.304508400.4526715401.404508100.5028914671.504507800.5531013941.604507500.6033113241.7045
11、07200.6535212541.804506900.7037111991.904506600.7538711472.00450630上表中am局部压应力P了 m =-、CP 轮压6 翼缘板厚c = a 2hya : 50 mmhy为轨道高度。235hi。235 j当 170 J < 一 三 240J时，.二、.h.二此时除应设置横向加劲肋，同时应增设一条纵向加劲肋。当d =°时，11hi =()h。54h2 = h。-hi当也 <100 时，a2.5h2''h1|1 1Jr1图 2-11当也以1200时，a 4 2h21200 :a <500 h2
12、一 1000也崩>1500时, -'h1000 h2a _ h2；50011h"U。，K1h2上述当计算出的a值大于2h。或出现负值时取a2h2即可。上式中的K1 和K2如表2-6所示表2-6% / 7K1K2J IK1K2< 0.27127001.95695200.37096972.05605110.47066912.25414930.57006852.45294750.66946762.65174570.76856662.85054390.86766543.04944260.96676423.24874141.06586303.44804021.1649618
13、3.64713901.26406063.84623781.36305934.04533681.46185804.24443591.56065664.44353501.65965544.64263411.75875424.84173321.85785305.0408323 当240 陛电壬320 陛时，此时应加横向加劲肋，同时增设二道.，二 s日,二纵向加劲肋。11"rpr图 2-12h1 =(0.15 0.2)h0h2 =(0.175 0.2)h°a按部分Qm =0和J。时a公式计算确定。6 h。235 J一 320 J时日"s应加横向加劲肋和同时增设多道纵向加劲
14、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564页相应部分，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）ho ,且不大于2m。同时设置横向和纵向加劲肋时，a =0.5h° 2h2 ,且不大于2m,需要加横向短加劲肋%时,aq0.75hi , h1和h?均为加=h 2 = （11 ）h ° 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米用钢板，纵向加劲肋米用扁钢，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
15、所示。图 2-13横向加劲肋宽度b 一号 40 （工字形主梁）b 3.2（号+40）（箱形主梁）横向加劲肋厚度 215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要求 Izi -3h0、L横向加劲肋截面对腹板厚中心线的惯性矩。纵向加劲肋惯性矩顷当 _L <0.85 时，IZ2*1.5h0&h3h0aho>0.85 时,a a 3Iz2 _(2.5 -0.45)r、.hh0 h021 Z2 = F XF角钢截面积x角钢垂直形心线至腹板中心线距离2.受压翼缘板局部稳定性计算b刍5、色一一工字梁一一不加纵向加劲肋-.，二 s%&0怦
16、箱形梁一一不加纵向加劲肋二 s(3) 当 顼5陛和里“oJUE时，应加纵向加劲肋。、.：；二 C.Cs纵向加劲肋应保证有一定的惯性矩要求。2(0.640.09 ) : 3bi biIz3 mIZ3 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bi翼缘板总宽a横向加劲肋间距5 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。_ =1
17、Pg十1 (Pg小+Pq),此时为起重小车行至主梁22跨端，式中Pg为一根主梁白重，Pg小为起重小车白重，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 动载荷和端梁的白重影响很小，可忽略不计，端梁的受力图如图2-16所示。IIIV m axIIIPsV m axBoPs图 2-16图2-16中B为轮距（基距），Bo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I - I , n- n , m-m分别计算，i - i截面为端梁最大弯矩截面，n -n为支承截面，m -m为薄弱截面。1. I - I截面弯曲应力与剪应力：=
18、V max C=Ps C剪力Q=VmaxI - I截面应力虹虹 :Wx Wy剪应力一般不大，可忽略不计2. II - II截面弯曲应力与剪应力：n - II截面水平弯矩和垂直弯矩近似为零。n - II截面仅计算剪应力。男力 Q v -VmaxQV So'T = < ll h2Jx.式中Qv剪力So n - II截面的静矩Jx n - n截面的水平惯性矩6 II - II截面的腹板厚度m- m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。五、电动单梁起重机主梁强度计算图 2172 Pq S式中： P=©2Pq(
19、Pq=Pg小 +G )Pg小葫芦及小车白重，G 起重量1 qS8HM p M qp q2p惯Sq惯SM水 =+48M垂M水二 y =4 一WxWy整体弯曲应力，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2曲线，3点对应图2-19中的K3和心曲线点对应图2-19中的K出线，Ki和K3为xx方向，K2 , K4 , K5为y方向。图 2-18图 2-19图2-18中，e =0.164 R （普形工字钢,130特也为普形工字钢），c上4mm ,a= b-d i = a c-e2，图2-19中，E，查
20、值即得到相应K1-K5值1点的局部弯曲应力：P二 1x = _ K 1 T t。式中：p 轮压t。一一 1a处翼缘平均厚度。2y方向局部弯曲应力与整体弯曲应力同向，j为x方向局部弯曲应力3点的局部弯曲应力:PK3"PK4"七05点的局部弯曲应力:P。5 y = K 5 " to3. 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：。=Jo： +b y -bxby壬L I1点处合成应力皿二1 = 、C- j . fy .二 y 2 _ ；.x ；1y 二 y3点处合成应力。3i；3 - , ；-：x O 3y O y - r f 二 v -卜 '5点处
21、合成应力。5。L = cr L + a < fcr 1 55 yy取bi,%和必中最大值为工字钢下翼缘最大合成应力。4、H钢和箱形梁翼缘局部弯曲应力计算图 2 -20图 2 - 21对于图2 一20对于图2 21H型钢，九=)I箱形梁，一如图 2-221 1I可近似取车轮踏面宽度l的。2 3(1)缘局部应力计算(只计算轮压作用点处局部弯曲应力一一即轮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P了 0x = C X 2t纵向局部弯曲应力P0 y = C Y -2 t式中：中系数，中=1.2(2)合成应力。:-.：x ,二 0y y 2 一 二 0x 二 0y ,二 y L- I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| 辑=If 148 EJ x式中：P葫芦及小车白重与起升载荷Pq之和。弹性模量，E =2.1 10 6 kg / cm 22. 水平静刚度f水P惯 S35q惯 S4Sf水 =,- f水 =48 EJ y 384 EJ y20003. 稳定性计算略。