34吊车梁设计.pptx

3.4 吊车梁设计(Design of Crane girder)起重机的工作级别起重机的工作级别是按起重机是按起重机利用等级利用等级和和载荷载荷状态状态划分，是表明起重机工划分，是表明起重机工作作繁重程度繁重程度的参数的参数 。工作制等级工作制等级 轻级轻级 中级中级 重级重级 特重级特重级 工作级别工作级别 A1 A1A3A3 A4,A5 A4,A5 A6,A7 A6,A7 A8 A8吊车的工作制等级与工作级别的对应关系吊车的工作制等级与工作级别的对应关系格构柱格构柱吊车梁吊车梁 主要承受吊车竖向及水平荷载，并将这些荷载传到横向框架和纵向框架上。何为吊车梁？何为吊车梁？按支撑情况分按支撑情况分简支梁应用最广。连续梁经济，受柱的不均匀沉降影响明显，很少使用。简支梁简支梁简支梁简支梁连续梁连续梁连续梁连续梁吊车梁的类型吊车梁的类型 按结构体系分按结构体系分实腹式焊接组合梁应用较广型钢梁适用于跨度6m，起重量10t的情况。下撑式下撑式下撑式下撑式桁架式桁架式桁架式桁架式下撑式用钢量少，制造费工。适用于跨度6m，起重量5t桁架式用钢量少，制造费工。适用于跨度18m，起重量75t桁架2.7.1 2.7.1 吊车梁系统的组成吊车梁系统的组成吊车梁系统：吊车梁系统：吊车梁吊车梁（吊车桁架）（吊车桁架）制动结构制动结构制动梁制动梁制动桁架制动桁架吊车梁吊车梁制动梁制动梁加劲肋加劲肋吊吊车车梁梁制动桁架制动桁架水平支撑水平支撑辅辅助助桁桁架架垂直支撑垂直支撑制动结构的作用：制动结构的作用：承受横向水平力承受横向水平力侧向支承上翼缘，保证吊车梁的整体稳定侧向支承上翼缘，保证吊车梁的整体稳定制动梁可兼作检修平台制动梁可兼作检修平台制动桁架制动桁架吊车梁吊车梁正在建设的门式刚架工程实例正在建设的门式刚架工程实例山墙抗风柱山墙抗风柱吊车梁吊车梁天窗架天窗架l 单轴对称工字形截面单轴对称工字形截面(加强上翼缘）加强上翼缘）Q 30t，L 6m，A1 A5级级适用范围：l 带制动梁的吊车梁带制动梁的吊车梁横向水平荷载横向水平荷载吊车梁吊车梁制动梁制动梁受力情况：适用范围：制动梁吊车梁上翼缘吊车梁上翼缘制动板制动板槽钢槽钢竖向荷载竖向荷载制动梁宽度：制动梁宽度：1200mml 带制动桁架的吊车梁带制动桁架的吊车梁竖向荷载竖向荷载横向水平荷载横向水平荷载吊车梁吊车梁制动桁架制动桁架l当当L12m(A6A8)L18m(A1A5)对边列柱增设对边列柱增设辅助桁架辅助桁架、水平支撑水平支撑和和垂直支撑垂直支撑。受力情况：适用范围：制动桁架吊车梁上翼缘吊车梁上翼缘角钢腹杆角钢腹杆双角钢双角钢制动宽度：制动宽度：1200mm3.4.3 3.4.3 吊车梁的荷载计算和内力分析吊车梁的荷载计算和内力分析竖向荷载竖向荷载FFFTL TLTT横向水平荷载（刹车力及卡轨力）横向水平荷载（刹车力及卡轨力）:T纵向水平荷载（刹车力）纵向水平荷载（刹车力）TL传递给柱间支撑，不影响吊车梁传递给柱间支撑，不影响吊车梁FFTL1 1、吊车梁的荷载、吊车梁的荷载式中：式中：1 动力系数，对悬挂吊车及A1A5的软钩吊车，取1.05，对A6A8的软钩吊车 硬钩吊车 其他特种吊车；Q Q可变荷载分项系数，一般取1.4；Pk k，maxmax吊车每个车轮的最大轮压，查吊车资料1 1）吊车竖向荷载，设计值）吊车竖向荷载，设计值取1.12 2）吊车横向水平荷载）吊车横向水平荷载小车小车沿桥架移动时因刹车引起的沿桥架移动时因刹车引起的制动力制动力：式中：式中：系数；Q Q可变荷载分项系数，一般取可变荷载分项系数，一般取14；当当Q10t时，时，=0.12;当当Q1550t时，时，=0.1;当当Q75t时，时，=0.08;软钩吊车软钩吊车硬钩吊车硬钩吊车 =0.2 横向水平荷横向水平荷载考虑两个方载考虑两个方向的刹车情况。向的刹车情况。Q吊车额定起重量吊车额定起重量；Q1小车重量小车重量；n桥式桥式吊车吊车的的总轮数总轮数；对于对于A6A8A6A8级级吊车，应考虑由吊车摆动引起的吊车，应考虑由吊车摆动引起的横向水平力，横向水平力，不与小车沿桥架移动时因刹车引起的不与小车沿桥架移动时因刹车引起的制动力同时考虑制动力同时考虑。2系数，系数，软钩吊车软钩吊车 0.10.1 抓斗吊车抓斗吊车 0.150.15 硬钩吊车硬钩吊车 0.20.2注意：注意：3 3）吊车纵向水平荷载）吊车纵向水平荷载吊车桥架吊车桥架沿吊车梁运行时因制动引起的沿吊车梁运行时因制动引起的制动力制动力：式中式中:Q 可变荷载分项系数，一般取可变荷载分项系数，一般取1.41.4；Tk1 吊车每个制动轮的纵向水平制动力，取吊车每个制动轮的纵向水平制动力，取0.1Pk,max4 4）其他荷载）其他荷载l自重：自重：吊车梁和制动结构、支撑等重量，可通过乘系数吊车梁和制动结构、支撑等重量，可通过乘系数 来考虑表来考虑表3.93.9。竖向荷载全部由吊车梁主体承受竖向荷载全部由吊车梁主体承受 横向水平荷载由制动梁、制动桁架承受（含吊车梁上翼缘）横向水平荷载由制动梁、制动桁架承受（含吊车梁上翼缘）纵向水平荷载由吊车梁与柱的连接及柱间支撑承受，梁偏压不计。纵向水平荷载由吊车梁与柱的连接及柱间支撑承受，梁偏压不计。吊车梁截面部件受力：吊车梁截面部件受力：计算项目计算项目计算力计算力吊车台数组合吊车台数组合轻、中级吊车轻、中级吊车重级吊车重级吊车吊车梁及制动结吊车梁及制动结构的强度和稳定构的强度和稳定按实际情况，按实际情况，不多于两台不多于两台轮压处腹板局部轮压处腹板局部压应力、腹板局压应力、腹板局部稳定部稳定不多于两台不多于两台吊车梁和制动结吊车梁和制动结构的疲劳强度构的疲劳强度一台最大吊车一台最大吊车吊车梁的竖向挠吊车梁的竖向挠度度一台最大吊车一台最大吊车计算力及吊车台总数组合表计算力及吊车台总数组合表取大者取大者计算项目计算项目计算力计算力吊车台数组合吊车台数组合轻、中级吊车轻、中级吊车重级吊车重级吊车制动结构的水平制动结构的水平挠度挠度一台最大吊车一台最大吊车梁上翼缘、制动梁上翼缘、制动结构与柱的连接结构与柱的连接按实际情况，按实际情况，不多于两台不多于两台柱间支撑处吊车柱间支撑处吊车下翼缘与柱的连下翼缘与柱的连接接按实际情况，按实际情况，不多于两台不多于两台计算力及吊车台总数组合表计算力及吊车台总数组合表取大者取大者2.7.3 2.7.3 吊车梁的内力计算吊车梁的内力计算吊车荷载为吊车荷载为移动荷载移动荷载确定确定最不利轮压位置最不利轮压位置计算计算最大内力最大内力采用影响线法 根据影响线法，计算弯矩时的吊车的最不利轮距布置为：轮子的排列位置应使所有梁上轮压的合力作用线与最近一个轮子间的距离被梁中心线平分，且此轮压所在位置即为为最大竖向弯矩的截面位置。计算弯矩时的计算简图计算弯矩时的计算简图计算剪力时的计算简图计算剪力时的计算简图确定绝对最大弯矩:P1 P2 Pk R Pnxal-x-aABC2024/8/10周六 轮子的排列位置应使所有梁上轮压的合力作用线与最近一个轮子间的距离被梁中心线平分，且此轮压所在位置即为为最大竖向弯矩的截面位置。注意：注意：u附加轴力的计算：附加轴力的计算：用桁架内力分析方法计算用桁架内力分析方法计算u制动桁架节间局部弯矩按以下近似公式：制动桁架节间局部弯矩按以下近似公式：轻中级工作制吊车：轻中级工作制吊车：重级工作制吊车：重级工作制吊车：当吊车梁采用当吊车梁采用制动桁架制动桁架时，需要计算时，需要计算附加轴力附加轴力和和局部弯矩局部弯矩。aTHd3.4.5 3.4.5 焊接实腹式吊车梁的截面选择焊接实腹式吊车梁的截面选择 焊接吊车梁焊接吊车梁的截面设计方法同普通焊接梁，考虑的截面设计方法同普通焊接梁，考虑强度强度、刚度刚度、整体稳定整体稳定和和局部稳定局部稳定各个方面满足要求。各个方面满足要求。确定吊车梁的高度确定吊车梁的高度建筑高度建筑高度确定腹板厚度确定腹板厚度确定翼缘板尺寸确定翼缘板尺寸 强度验算强度验算 整体稳定验算整体稳定验算 刚度验算刚度验算 疲劳验算疲劳验算截面验算截面验算1 1、强度验算、强度验算MyAMyN1xyxyxxyy15twMyxxy1y1TMxMxMxb1dA1)1)正应力正应力l加强上翼缘吊车梁加强上翼缘吊车梁受压区：受压区：A A点最不利点最不利受拉区：受拉区：W Wnyny吊车梁上翼缘截面对吊车梁上翼缘截面对 y y轴的净截面抵抗矩。轴的净截面抵抗矩。A A点最不利点最不利W Wny1ny1制动梁截面对其制动梁截面对其形心轴形心轴y y1 1的净截面抵抗矩。的净截面抵抗矩。l带制动梁的吊车梁带制动梁的吊车梁l带制动桁架的吊车梁带制动桁架的吊车梁A A点最不利点最不利A An n吊车梁上翼缘及腹板吊车梁上翼缘及腹板15t15tw w的净截面面积之和。的净截面面积之和。制动结制动结构形式构形式正应力正应力剪应力剪应力腹板计算高腹板计算高度边缘的局度边缘的局部压应力部压应力c腹板计算高度边缘的折算腹板计算高度边缘的折算应力应力上翼缘处上翼缘处下翼缘处下翼缘处无制动结构一般截面突缘支座处截面重级吊车梁其他吊车梁轮压影响范围内轮压影响范围外制动梁制动桁架F F 集中力集中力,对动力荷载应考虑动力系数；对动力荷载应考虑动力系数；集中荷载增大系数，重级工作制吊车集中荷载增大系数，重级工作制吊车1.351.35，其他，其他1.01.0；lz z-集中荷载在腹板计算高度边缘的假定分布长度：集中荷载在腹板计算高度边缘的假定分布长度：twh0hyal lz=a+5hyaa1 1twhyhRhyl lz cl lz=a+5hy+2 hRl lz=a+2.5hy+a1局部压应力局部压应力2 2、稳定验算、稳定验算 设有制动结构的吊车梁，其侧向弯曲刚度很大，整设有制动结构的吊车梁，其侧向弯曲刚度很大，整体稳定得到保证，体稳定得到保证，不需验算不需验算。加强上翼缘的吊车梁，应按加强上翼缘的吊车梁，应按下式验算其整体稳定。下式验算其整体稳定。-依梁在最大刚度平面内弯依梁在最大刚度平面内弯 曲所确定的整体稳定系数曲所确定的整体稳定系数GB50017-2017局部稳定性验算局部稳定性验算 根据腹板高厚比设置腹板加劲肋。根据腹板高厚比设置腹板加劲肋。1 1支承加劲肋；支承加劲肋；2 2横向加劲肋；横向加劲肋；3 3纵向加劲肋；纵向加劲肋；4 4短短加劲肋加劲肋hw=h01 1）翼缘板）翼缘板2 2）腹板）腹板 直接承受动力荷载的吊车梁及类似构件直接承受动力荷载的吊车梁及类似构件,或其他不考虑屈或其他不考虑屈曲后强度的组合梁，按以下原则布置腹板加劲肋：曲后强度的组合梁，按以下原则布置腹板加劲肋：时，配置横向加劲肋,计算其间距或腹板局部稳定性。时，的梁，宜按构造配置横向加劲肋；的梁，可不配置加劲肋。（受压翼缘受到约束）时，（受压翼缘扭转未受到约束）时，或者计算需要，应在弯矩较大区格 的受压区配置纵向加劲肋，局部压应力很大的梁必要时尚应在受压区配置短加劲肋，并均应按规范计算加劲肋间距或计算腹板的局部稳定性。3 3、刚度验算、刚度验算 按效应最大的按效应最大的一台吊车一台吊车的的荷载标准值荷载标准值计算，且计算，且不乘动不乘动力系数力系数。吊车梁的竖向挠度：吊车梁的竖向挠度：式中：式中：v吊车梁的容许挠度吊车梁的容许挠度轻级桥式吊车：轻级桥式吊车：l/800中级桥式吊车：中级桥式吊车：l/1000重级桥式吊车：重级桥式吊车：l/1200 钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003GB50017-2003）规定：对于工）规定：对于工作级别为作级别为A7A7、A8A8吊车的吊车的制动结构制动结构，计算其水平挠度，按效，计算其水平挠度，按效应最大的应最大的一台吊车一台吊车的的荷载标准值荷载标准值计算，且计算，且不乘动力系数不乘动力系数。注意：4 4、疲劳验算、疲劳验算构造上：构造上：选用合适的钢材标选用合适的钢材标 号和冲击号和冲击 韧性要求。韧性要求。构造细部选用疲劳强度高的连接形构造细部选用疲劳强度高的连接形式。式。例例：对对于于A6A8A6A8级级和和起起重重量量Q50tQ50t的的A4A4，A5A5级级吊吊车车粱粱，其其腹腹板板与与上上翼翼缘缘的连接应采用的连接应采用焊透的焊透的K K形焊缝形焊缝A6A6A8A8级吊车梁和重、中级吊车桁架且循环次数级吊车梁和重、中级吊车桁架且循环次数5105104 4次，应进行疲劳验算，验算部位：次，应进行疲劳验算，验算部位：1.1.受拉翼缘的连接焊缝处受拉翼缘的连接焊缝处12.2.受拉区加劲肋端部受拉区加劲肋端部23.3.受拉翼缘与支撑连接处受拉翼缘与支撑连接处 的主体金属的主体金属34.4.连接的角焊缝连接的角焊缝4 采用采用一台一台起重量最大吊车的起重量最大吊车的荷载标准值荷载标准值，不计动力系数，不计动力系数，按常幅疲劳问题计算。按常幅疲劳问题计算。f 欠载效应的等效系数欠载效应的等效系数对焊接部位为应力幅，对焊接部位为应力幅，=max-min 对非焊接部位折算应力幅，对非焊接部位折算应力幅，=max-0.7min 循环次数循环次数n=210n=2106 6次时的容许应力幅。次时的容许应力幅。式中：式中：循环次数循环次数n为为2106次的容许应力幅次的容许应力幅（N/mm2）构件和连接类别构件和连接类别1234567817614411810390786959GB50017-2017GB50017-2017有有14个分类个分类【例题】一简支吊车梁，跨度一简支吊车梁，跨度12m，钢材，钢材Q345，承受两台起重量为，承受两台起重量为5010t，级别，级别A6的桥式吊车，吊车跨度的桥式吊车，吊车跨度31.5m，吊车最大轮压标准，吊车最大轮压标准值及轮距如图，横行小车自重值及轮距如图，横行小车自重Q为为15.4t。吊车粱的截面初步尺寸如图，。吊车粱的截面初步尺寸如图，为固定吊车轨，在梁上翼缘板上有两螺栓孔，为了连接下翼缘水平支为固定吊车轨，在梁上翼缘板上有两螺栓孔，为了连接下翼缘水平支承，在下翼缘板的右侧有一个螺栓孔，孔径均承，在下翼缘板的右侧有一个螺栓孔，孔径均d24M(M22)。试验算。试验算此截面是否满足要求。此截面是否满足要求。解：解：1 1、荷载计算、荷载计算1)1)竖向荷载竖向荷载用于挠度计算用于挠度计算：2)2)横向水平荷载横向水平荷载用于强度、稳定性和连接计算用于强度、稳定性和连接计算：2 2、内力计算、内力计算1)1)两台吊车荷载作用下的内力两台吊车荷载作用下的内力竖向轮压作用：竖向轮压作用：横向水平力作用：横向水平力作用：用于承载能力极限状态的计算：用于承载能力极限状态的计算：2)2)一台吊车荷载作用下的内力一台吊车荷载作用下的内力竖向轮压作用：竖向轮压作用：横向水平力作用：横向水平力作用：吊车梁的内力汇总表吊车梁的内力汇总表用于横向挠度计算时：用于横向挠度计算时：2 2、截面几何性质计算、截面几何性质计算1)1)吊车梁吊车梁毛截面惯性矩：毛截面惯性矩：净截面形心位置：净截面形心位置：净截面惯性矩：净截面惯性矩：净截面面积：净截面面积：净截面模量：净截面模量：半个毛截面对半个毛截面对x x轴的面积矩：轴的面积矩：2 2、截面几何性质计算、截面几何性质计算2)2)制动梁制动梁净截面面积：净截面面积：净截面惯性矩：净截面惯性矩：对对y1轴的净截面模量轴的净截面模量(吊车梁上翼缘左侧外边缘吊车梁上翼缘左侧外边缘)：截面形心至吊车梁腹板中心之间的距离：截面形心至吊车梁腹板中心之间的距离：2 2、截面验算、截面验算上翼缘最大正应力：上翼缘最大正应力：腹板局部压应力验算腹板局部压应力验算(吊车轨高取吊车轨高取170170mm)：腹板最大剪应力：腹板最大剪应力：1 1）强度验算）强度验算2 2）整体稳定性验算）整体稳定性验算因有制动梁，整体稳定可以保证，不需验算。吊车梁的竖向挠度：吊车梁的竖向挠度制动梁的水平挠度（可不算）：制动梁的水平挠度（可不算）：3 3）刚度验算）刚度验算4 4）疲劳验算）疲劳验算下翼缘与支撑连接处的主体金属：下翼缘与支撑连接处的主体金属：下翼缘与腹板连接角焊缝：下翼缘与腹板连接角焊缝：5 5）局部稳定验算）局部稳定验算翼缘板：翼缘板：腹板：腹板：应计算配置横向加劲肋，取间距应计算配置横向加劲肋，取间距a为为3000mm=1.875h0.弯曲正应力临界值的通用高厚比为：弯曲正应力临界值的通用高厚比为：则：则：剪应力临界值的通用高厚比为：剪应力临界值的通用高厚比为：则：则：局部压应力临界值的通用高厚比为：局部压应力临界值的通用高厚比为：则：则：验算跨中腹板区格：验算跨中腹板区格：验算跨中腹板区格：验算跨中腹板区格：6 6）支座加劲肋计算）支座加劲肋计算