疲劳计算与吊车梁设计课件

第第10章章 疲劳计算和吊车梁设计疲劳计算和吊车梁设计10.1 关于疲劳计算的基本概念关于疲劳计算的基本概念（1）疲劳破坏：）疲劳破坏：钢结构构件和其连接在多次重复加载和卸载作用下，在其钢结构构件和其连接在多次重复加载和卸载作用下，在其强度甚至低于钢材屈服点的情况下突然断裂，称为疲劳破坏。强度甚至低于钢材屈服点的情况下突然断裂，称为疲劳破坏。特点：特点：断裂时，截面上的应力低于材料的抗拉强度，甚至断裂时，截面上的应力低于材料的抗拉强度，甚至 低于屈服强度；属于脆性破坏，塑性变形极小，没有预兆，低于屈服强度；属于脆性破坏，塑性变形极小，没有预兆，危险性较大。危险性较大。疲劳断裂分为三个阶段：疲劳断裂分为三个阶段：裂纹的形成、裂纹缓慢扩展与裂纹的形成、裂纹缓慢扩展与 最后迅速断裂。最后迅速断裂。所以所以在工作繁重的吊车梁、吊车桁架和工作平台梁等构件的在工作繁重的吊车梁、吊车桁架和工作平台梁等构件的 设计中要考虑疲劳问题设计中要考虑疲劳问题 我国钢结构设计规范我国钢结构设计规范GB50017-2003中规定凡构件或其连接的应力中规定凡构件或其连接的应力变化循环次数变化循环次数n5万次，均应对其进行疲劳计算万次，均应对其进行疲劳计算第10章 疲劳计算和吊车梁设计10.1 关于疲劳计算1（2）疲劳破坏的模式）疲劳破坏的模式钢结构中总是存在裂纹，如焊缝中的微观裂纹、孔洞、夹渣等缺陷；钢结构中总是存在裂纹，如焊缝中的微观裂纹、孔洞、夹渣等缺陷；非焊接结构中的冲孔、剪边、气割等也存在微观裂纹。非焊接结构中的冲孔、剪边、气割等也存在微观裂纹。在多次重复荷载作用下，微细裂痕缓慢扩展，最后发展到削弱了原有在多次重复荷载作用下，微细裂痕缓慢扩展，最后发展到削弱了原有截面，使构件或连接因净截面强度不足而突然破坏。截面，使构件或连接因净截面强度不足而突然破坏。在疲劳断口截面上，可以发现存在在疲劳断口截面上，可以发现存在以某点为中心、向外扩展呈半椭圆状以某点为中心、向外扩展呈半椭圆状的的光滑区光滑区和余下的和余下的粗糙区粗糙区。多次重复荷载作用下，裂纹的张和多次重复荷载作用下，裂纹的张和闭使裂纹逐渐扩展而形成断口的光滑区，闭使裂纹逐渐扩展而形成断口的光滑区，被突然拉断的断口为粗糙区。被突然拉断的断口为粗糙区。（2）疲劳破坏的模式钢结构中总是存在裂纹，如焊缝中的微观裂纹2（3）构件和连接的构造形式和加工情况）构件和连接的构造形式和加工情况对钢结构的疲劳性对钢结构的疲劳性能能的影响的影响1钢材的内部缺陷，如偏析、夹渣、分层、裂纹等；钢材的内部缺陷，如偏析、夹渣、分层、裂纹等；2制作过裎中剪切、冲孔、切割；制作过裎中剪切、冲孔、切割；3焊接结构中产生的残余应力；焊接结构中产生的残余应力；4焊接缺陷的存在，如：气孔、夹渣、咬肉、未焊透等；焊接缺陷的存在，如：气孔、夹渣、咬肉、未焊透等；5非焊接结构的孔洞、刻槽等；非焊接结构的孔洞、刻槽等；6构件的截而突变；构件的截而突变；7结构由于安装、温度应力、不均匀沉降等产生的附加应力集中结构由于安装、温度应力、不均匀沉降等产生的附加应力集中 构件和连接中应力集中大小和残余应力对钢结构的疲劳强度影响显著构件和连接中应力集中大小和残余应力对钢结构的疲劳强度影响显著 （3）构件和连接的构造形式和加工情况对钢结构的疲劳性能的影响3（4）应力循环）应力循环 1）应力比应力比 min/max 连连续续重重复复荷荷载载之之下下应应力力从从最最大大到到最最小小重重复复一一周周叫叫做做一一个个循循环环。应应力循环特征常用应力比力循环特征常用应力比 来表示，拉应力取正值，压应力取负值。来表示，拉应力取正值，压应力取负值。=1时，称为完全对称循环；时，称为完全对称循环；=0时，称为脉冲循环；时，称为脉冲循环；=1时，为静荷载；时，为静荷载；0 1时，为同号应力循环；时，为同号应力循环；1 0时，为异号应力循环。时，为异号应力循环。静力荷载静力荷载 脉冲循环脉冲循环（4）应力循环 1）应力比 min/max 静力荷载4 2）应力幅）应力幅 在循环荷载作用下，应力从最大在循环荷载作用下，应力从最大 max 到最到最小小 min重复一次为一次循环，最大应力与最小应力之差为重复一次为一次循环，最大应力与最小应力之差为应力幅。即应力幅。即=maxmin 上图中上图中b到到e图为图为等幅循环等幅循环完全对称循环完全对称循环 变幅循环变幅循环 2）应力幅 在循环荷载作用下，应力从最大ma5（5）应力循环次数（应力循环次数（n n）对疲劳强度的影响）对疲劳强度的影响 纵坐标为疲劳强度，横坐标为致损循环次数或疲劳寿命纵坐标为疲劳强度，横坐标为致损循环次数或疲劳寿命应力循环次数应力循环次数:指在连续重复荷载作用下应力由最大到最小的循环次数指在连续重复荷载作用下应力由最大到最小的循环次数。在不同应力幅作用下，各类构件和连接产生疲劳破坏的应力循环次数不同，在不同应力幅作用下，各类构件和连接产生疲劳破坏的应力循环次数不同，应力幅愈大，循环次数愈少。当应力幅小于一定数值时，即使应力无限次循环，应力幅愈大，循环次数愈少。当应力幅小于一定数值时，即使应力无限次循环，也不会产生疲劳破坏也不会产生疲劳破坏。应力比变化时，疲劳强度的极限就不同应力比变化时，疲劳强度的极限就不同（5）应力循环次数（n）对疲劳强度的影响 6焊接结构的疲劳焊接结构的疲劳例如焊接结构中，焊接工字型板梁在其与腹板相交处的翼缘板内存在例如焊接结构中，焊接工字型板梁在其与腹板相交处的翼缘板内存在着较大的残余应力，其值可达钢材的屈服点，对疲劳强度影响非常大着较大的残余应力，其值可达钢材的屈服点，对疲劳强度影响非常大研究表明：焊缝附近真实应力比的大小取决于应力幅研究表明：焊缝附近真实应力比的大小取决于应力幅的大小的大小通过大量试验研究表明，控制焊接结构疲劳通过大量试验研究表明，控制焊接结构疲劳寿命最主要的因素是构件和连接的类型、寿命最主要的因素是构件和连接的类型、应力幅应力幅以及循环次数以及循环次数n n，而与应力比无关。，而与应力比无关。残余应力的分布残余应力的分布焊接结构的疲劳例如焊接结构中，焊接工字型板梁在其与腹板相交处710.2疲劳疲劳计算计算我我国国规规范范疲疲劳劳计计算算采采用用容容许许应应力力幅幅方方法法，采采用用荷荷载载标标准准值值，应力按应力按弹性状态弹性状态计算计算（1）疲疲劳劳计计算算的的条条件件：我我国国钢钢结结构构设设计计规规范范GB50017-2003中中规规定定凡凡构构件件或或其其连连接接的的应应力力变变化化循循环环次次数数n5万万次次，均均应应对对其其进行疲劳计算进行疲劳计算（2）常幅疲劳验算常幅疲劳验算计算计算：焊接结构的应力幅焊接结构的应力幅 =maxmin；非焊接部位的应力幅非焊接部位的应力幅=max 0.7 min，应力拉为正，压为负。应力拉为正，压为负。常幅疲劳的容许应力幅常幅疲劳的容许应力幅10.2疲劳计算我国规范疲劳计算采用容许应力幅方法，采用荷载8疲劳计算与吊车梁设计课件9容许应力幅是根据大量实验资料经统计分析提出。容许应力幅是根据大量实验资料经统计分析提出。图中各黑点是对某一构件或连接所得的试验点，表示应力幅图中各黑点是对某一构件或连接所得的试验点，表示应力幅和致损循环次数的关系，实线为统计平均值直线，所得容许应力幅的保证率和致损循环次数的关系，实线为统计平均值直线，所得容许应力幅的保证率为为50%;虚线为从统计平均值直线减去虚线为从统计平均值直线减去2倍的标准差得到，所得容许应力幅的保倍的标准差得到，所得容许应力幅的保证率为证率为97.7%容许应力幅是根据大量实验资料经统计分析提出。10可将变幅疲劳折算为等效的常幅疲劳，然后按常幅疲劳检算式检算。按可将变幅疲劳折算为等效的常幅疲劳，然后按常幅疲劳检算式检算。按下式进行计算下式进行计算（3）变幅疲劳计算）变幅疲劳计算(10.(10.4 4)e等效常幅疲劳应力幅。等效常幅疲劳应力幅。常幅疲劳的容许应力幅。常幅疲劳的容许应力幅。计算计算 根据累积损伤原理可将根据累积损伤原理可将变幅疲劳变幅疲劳折合为折合为等效常幅疲劳等效常幅疲劳，将随机变化的应力幅折算为等效应力幅将随机变化的应力幅折算为等效应力幅e按下式进行疲劳计算：按下式进行疲劳计算：(10.5)(10.5)公式公式10.5是根据是根据总的损伤按线性叠加计算总的损伤按线性叠加计算可将变幅疲劳折算为等效的常幅疲劳，然后按常幅疲劳检算式检算。11 设计设计重级工作制重级工作制吊车的吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架时，吊车的吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架时，应力幅是按满载得出的，实际上常常发生不同程度欠载情况。应力幅是按满载得出的，实际上常常发生不同程度欠载情况。GBJl7-GBJl7-设计规范引入欠载效应系数设计规范引入欠载效应系数，按常幅疲劳进行计算按常幅疲劳进行计算（4）吊车梁疲劳计算）吊车梁疲劳计算（10.10.6 6）欠载效应的等效系数欠载效应的等效系数循环次数为循环次数为n n=210=2106 6次的容许应力幅次的容许应力幅,按按5050年考虑。年考虑。设计重级工作制吊车的吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架时12疲劳计算与吊车梁设计课件13【例题例题10.110.1】某由双角钢组成的轴心受拉构件】某由双角钢组成的轴心受拉构件，钢材为钢材为Q235-BQ235-B，截面为，截面为2 275 75 x8x8，截面积，截面积A A=2x11.50=2x11.50=23.Ocm23.Ocm2 2。节点板厚。节点板厚1 12mm2mm，与角钢用四条侧，与角钢用四条侧面面角焊缝相角焊缝相连如图连如图1 10 0.5.5所示。拉杆承受等幅循环荷载，预期应力循环次数所示。拉杆承受等幅循环荷载，预期应力循环次数n n=1.51.5E6E6次次，最，最大荷载标准值大荷载标准值N Nkmaxkmax=370 370kNkN，最小荷载标准值，最小荷载标准值N Nkminkmin=220kN=220kN，最大荷载设计值，最大荷载设计值N Nmaxmax=490kN490kN。焊缝尺寸如图示。试验算此轴心拉杆和连接的静力强度与疲劳强度。焊缝尺寸如图示。试验算此轴心拉杆和连接的静力强度与疲劳强度【例题10.1】某由双角钢组成的轴心受拉构件，钢材为Q23514(1)(1)荷载设计值作用下的静力强度验算荷载设计值作用下的静力强度验算（2 2）疲劳计算）疲劳计算1)1)构件的抗拉强度构件的抗拉强度2 2）角钢背角焊缝的强度）角钢背角焊缝的强度3 3）角钢趾尖角焊缝的强度）角钢趾尖角焊缝的强度1 1）侧面角焊缝端部主体金属（角钢）的疲劳）侧面角焊缝端部主体金属（角钢）的疲劳2 2）角钢背角焊缝的疲劳）角钢背角焊缝的疲劳3 3）角钢趾尖角焊缝的疲劳）角钢趾尖角焊缝的疲劳本题的构件和连接，其静力强度和疲劳强度都满足要求。本题的构件和连接，其静力强度和疲劳强度都满足要求。(1)荷载设计值作用下的静力强度验算（2）疲劳计算1)构件1510.5吊车梁的设计要点吊车梁的设计要点一、吊车梁的荷载一、吊车梁的荷载二、吊车梁二、吊车梁截面的组成及验算截面的组成及验算10.5吊车梁的设计要点一、吊车梁的荷载16 吊车在吊车梁上运动产生三个方向的动力荷载：吊车在吊车梁上运动产生三个方向的动力荷载：竖向荷载、横向水竖向荷载、横向水平荷载和沿吊车梁纵向的水平荷载平荷载和沿吊车梁纵向的水平荷载。纵向水平荷载是指吊车刹车力，其沿轨道方向由吊车梁传给柱间支撑，纵向水平荷载是指吊车刹车力，其沿轨道方向由吊车梁传给柱间支撑，计算吊车梁截面时不予考虑。计算吊车梁截面时不予考虑。一、吊车梁的荷载一、吊车梁的荷载 吊车在吊车梁上运动产生三个方向的动力荷载：竖向荷载、横向17（1）吊车梁的竖向荷载吊车梁的竖向荷载 吊车梁的竖向荷载吊车梁的竖向荷载标准值标准值应采用吊车最大轮压或最小轮压。吊车沿应采用吊车最大轮压或最小轮压。吊车沿轨道运行、起吊、卸载以及工件翻转时将引起吊车梁振动，特别是当吊轨道运行、起吊、卸载以及工件翻转时将引起吊车梁振动，特别是当吊车越过轨道接头处的空隙时还将发生撞击，因此在计算吊车梁及其连接车越过轨道接头处的空隙时还将发生撞击，因此在计算吊车梁及其连接强度时吊车竖向荷载应乘以强度时吊车竖向荷载应乘以动力系数动力系数。作用在吊车梁上的最大轮压作用在吊车梁上的最大轮压设计值设计值:建筑结构荷载规范的规定的建筑结构荷载规范的规定的吊车工作级别与钢结构设计规范规定的工作制等吊车工作级别与钢结构设计规范规定的工作制等级的对应关系：级的对应关系：A1-3级，相当于轻级工作制，级，相当于轻级工作制，A4-5为中级工作制，为中级工作制，A6-7为为重级工作制，重级工作制，A8为超重级为超重级工作制吊车工作制吊车（1）吊车梁的竖向荷载建筑结构荷载规范的规定的吊车工作级别与18 吊车的吊车的横向水平荷载横向水平荷载由吊车的小车的运行机构在由吊车的小车的运行机构在启动或者制动启动或者制动时引起时引起惯性力产生，以横向水平集中荷载形式作用于吊车轨顶每个吊车轮子惯性力产生，以横向水平集中荷载形式作用于吊车轨顶每个吊车轮子处，方向与吊车梁垂直。处，方向与吊车梁垂直。横向水平荷载的指向考虑横向水平荷载的指向考虑正反两个方向的刹车情况正反两个方向的刹车情况2.吊车的吊车的横向水平荷载横向水平荷载依建筑结构荷载规范依建筑结构荷载规范(GB 50009)的规定，的规定，作用于每个作用于每个吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载的的设计值设计值：n-n-桥式吊车的总轮数桥式吊车的总轮数g g 重力加速度重力加速度Q Q 吊车额定起重量吊车额定起重量Q Q1 1-小车重量小车重量 吊车的横向水平荷载由吊车的小车的运行机构在启动或者19吊车工作级别为吊车工作级别为A6 A8（重级工作制吊车梁）（重级工作制吊车梁）时，吊车运行时时，吊车运行时摆动摆动 引起的水平力比刹车更为不利引起的水平力比刹车更为不利,钢结构设计规范钢结构设计规范(GB50017)规定：吊车规定：吊车横向水平力标准值横向水平力标准值：0.1 0.1 软钩吊车软钩吊车 1 1=0.15=0.15 抓斗或磁盘吊车抓斗或磁盘吊车 0.2 0.2 硬钩吊车硬钩吊车规范规定，在计算重级工作制吊车梁时，吊车的横向水平荷载设计值规范规定，在计算重级工作制吊车梁时，吊车的横向水平荷载设计值应取式（应取式（10.8）和式（）和式（10.9）中的较大者）中的较大者吊车工作级别为A6 A8（重级工作制吊车梁）时，吊车运行20 吊车轨道及其扣件、吊车梁和制动梁等的自重，在吊车梁和制动梁吊车轨道及其扣件、吊车梁和制动梁等的自重，在吊车梁和制动梁的截面尚未设计时，永久荷载产生的吊车梁内力影响常可用吊车荷的截面尚未设计时，永久荷载产生的吊车梁内力影响常可用吊车荷载产生的最大内力乘以一载产生的最大内力乘以一增大系数增大系数。表表10.4示出推荐的增大系数值示出推荐的增大系数值3.吊车梁的永久荷载吊车梁的永久荷载 吊车轨道及其扣件、吊车梁和制动梁等的自重，在吊车梁21二、吊车梁截面的组成及验算二、吊车梁截面的组成及验算（1）.单轴对称工字形截面单轴对称工字形截面 适用于适用于Q 30t，L 6m此时竖向轮压产生的弯矩设计值此时竖向轮压产生的弯矩设计值MxMx由整个梁截面承受横向水平力由整个梁截面承受横向水平力T T产生的弯矩设计值产生的弯矩设计值MyMy则假定单由上翼缘承受，因而不用考虑则假定单由上翼缘承受，因而不用考虑T T引起引起的扭转影响。的扭转影响。二、吊车梁截面的组成及验算（1）.单轴对称工字形截面此时竖向22强度和稳定强度和稳定的验算公式分别为的验算公式分别为吊车梁直接承受动力荷载，故计算时不考虑塑性变形在截面上的发展吊车梁直接承受动力荷载，故计算时不考虑塑性变形在截面上的发展抗弯刚度抗弯刚度上翼缘上翼缘下翼缘下翼缘整体稳定（上翼缘）整体稳定（上翼缘）W1nx、W2nx和和W1x分别为整个梁截面的净截面和毛截面对分别为整个梁截面的净截面和毛截面对x轴轴的弹性截面模量，的弹性截面模量，1和和2分别指对上翼缘和下翼缘。分别指对上翼缘和下翼缘。W1ny和和W1y分别为上翼缘板的净截面和毛截面对分别为上翼缘板的净截面和毛截面对y轴的弹性截面模量轴的弹性截面模量b为单向弯曲时梁的整体稳定系数为单向弯曲时梁的整体稳定系数强度和稳定的验算公式分别为吊车梁直接承受动力荷载，故计算时不23（2）.带制动梁的吊车梁带制动梁的吊车梁适用于适用于Q Q50t50t、l=6ml=6m竖向荷载竖向荷载 吊车梁吊车梁 Mx横向横向水平水平荷载荷载T 制动桁架制动桁架 My与支柱的相对位置与支柱的相对位置由吊车梁上的上由吊车梁上的上翼缘板、水平腹板和专设槽钢翼缘板、水平腹板和专设槽钢组成组成（2）.带制动梁的吊车梁适用于Q50t、l=6m竖向荷载 24由于制动梁作为吊车梁的侧向支承，因而对这种形式的吊车梁由于制动梁作为吊车梁的侧向支承，因而对这种形式的吊车梁不用验算不用验算整体稳定，整体稳定，只需验算强度只需验算强度 当为实腹制动梁时，吊车梁上翼缘强度按下式验算当为实腹制动梁时，吊车梁上翼缘强度按下式验算WnxWnx为吊车粱的净截面对为吊车粱的净截面对x x轴的弹性截面模量轴的弹性截面模量W W nyny为制动梁截为制动梁截面面在吊车梁上翼缘在吊车梁上翼缘 外侧对外侧对y y轴的净截面弹性截面模量轴的净截面弹性截面模量由于制动梁作为吊车梁的侧向支承，因而对这种形式的吊车梁不用验25(3)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 吊车梁吊车梁横向水平荷载横向水平荷载 制动桁架制动桁架适用于吊车梁跨度适用于吊车梁跨度L12m(A6L12m(A6A8)A8)L18m(A1L18m(A1A5)A5)为增加吊车梁和制动梁的整体刚度，为增加吊车梁和制动梁的整体刚度，在制动梁的另一侧需设置于吊车梁同在制动梁的另一侧需设置于吊车梁同样高度的样高度的辅助桁架辅助桁架。在吊车梁的下翼缘和辅助桁架的下在吊车梁的下翼缘和辅助桁架的下弦平面内设置弦平面内设置水平支撑水平支撑，使吊车梁和，使吊车梁和制动梁系构成一箱型截面。制动梁系构成一箱型截面。为增加截面刚度，在吊车梁的跨度为增加截面刚度，在吊车梁的跨度的的L/3-L/4L/3-L/4处还需设置处还需设置垂直垂直交叉交叉支撑支撑。(3)带制动桁架的吊车梁 竖向荷载 吊车梁横向水26当制动梁宽度当制动梁宽度B1.2m时，为节约钢材，常把时，为节约钢材，常把制动梁制动梁改成改成制动桁架制动桁架，见图，见图10.8当制动梁宽度B1.2m时，为节约钢材，常把制动梁改成制动桁27当为当为制动梁制动梁时，吊车梁的抗弯刚度可按前述的（时，吊车梁的抗弯刚度可按前述的（10.13）式计算）式计算当为当为制动桁架制动桁架时，吊车梁上翼缘板的强度按下式验算：时，吊车梁上翼缘板的强度按下式验算：参阅图参阅图10.8，吊车梁上翼缘同时又是制动桁架的弦杆，在横向水平集中，吊车梁上翼缘同时又是制动桁架的弦杆，在横向水平集中荷载荷载T的作用下，吊车梁上翼缘板承受有最大水平弯矩设计值的作用下，吊车梁上翼缘板承受有最大水平弯矩设计值My产生的产生的轴向压力轴向压力N1和节间局部弯矩和节间局部弯矩My。局部弯矩。局部弯矩My常按下式近似算出常按下式近似算出当为制动梁时，吊车梁的抗弯刚度可按前述的（10.13）式计算28 吊车梁下翼缘板因只受吊车梁下翼缘板因只受MxMx产生的纤维拉产生的纤维拉应应力，力，在双轴对称工在双轴对称工字字形截面形截面中中其应力小于上翼缘板的，因其应力小于上翼缘板的，因而不需而不需再再验算下翼缘板的强度。验算下翼缘板的强度。图图10.7(10.7(b b)至至图图10.7(d)10.7(d)所示均为边列所示均为边列柱柱时时的吊车粱的吊车粱组组成。当为成。当为中中列柱时，列柱时，因因柱两侧跨柱两侧跨间间均有吊均有吊车梁，此时只需将两侧的吊车粱车梁，此时只需将两侧的吊车粱上上翼缘板间连以制动翼缘板间连以制动粱或制动桁架即可，如图粱或制动桁架即可，如图10.910.9所示。吊车梁的计算与所示。吊车梁的计算与前面所述相同。前面所述相同。吊车梁下翼缘板因只受Mx产生的纤维拉应力，29 上上面面(1 1)-(3)(3)是是介绍吊车梁的常用组成形式，并说明了介绍吊车梁的常用组成形式，并说明了吊车梁截而本身的强度和稳定计算公式。在吊车梁的计算吊车梁截而本身的强度和稳定计算公式。在吊车梁的计算方面还应包括下列各点：方面还应包括下列各点：1 1)刚度验算刚度验算 吊车粱的竖向挠度应满足下式要求：吊车粱的竖向挠度应满足下式要求：Mxk为由为由自自重和重和不不考虑动力系的一台最大起重量的吊车竖考虑动力系的一台最大起重量的吊车竖向荷载标准值所产生的最大弯矩向荷载标准值所产生的最大弯矩 容许挠度容许挠度VT可可按本书附表按本书附表1.7项次项次1查得查得 此外，冶金工厂或类似车间中设有工作级别为此外，冶金工厂或类似车间中设有工作级别为A7、A8级吊车的车间，级吊车的车间，其跨其跨间间每侧吊车粱或吊车桁架的制动结构，由一台最大起重量的吊车每侧吊车粱或吊车桁架的制动结构，由一台最大起重量的吊车横向水平荷载标准值（按荷载规范取值）所产生的水平挠度不宜超过横向水平荷载标准值（按荷载规范取值）所产生的水平挠度不宜超过制动结构跨度的制动结构跨度的1/2200。上面(1)-(3)是介绍吊车梁的常用组成形式，并说明30 2)2)疲劳验算疲劳验算 对对重级工作制时的吊车粱和重级、中级重级工作制时的吊车粱和重级、中级工工作制时的吊车桁架，作制时的吊车桁架，还需疲劳还需疲劳计算计算。对焊接吊车粱的疲劳计算，主要包括下列内容：。对焊接吊车粱的疲劳计算，主要包括下列内容：受拉翼缘连接焊缝附近的主体金属；受拉翼缘连接焊缝附近的主体金属；受拉翼缘板上螺栓孔附近的主体金属；受拉翼缘板上螺栓孔附近的主体金属；横向加横向加劲劲肋端部的主体金属；肋端部的主体金属；受拉翼缘与腹板的连接角焊缝；受拉翼缘与腹板的连接角焊缝；梁端突缘支承加梁端突缘支承加劲劲肋与腹板的连接角焊缝肋与腹板的连接角焊缝 2)疲劳验算31 所有计算都所有计算都按按跨跨间间起起重重量最大的一台吊车荷载标准值确量最大的一台吊车荷载标准值确定其内力，并不考虑动力系数，上述计算内容中，第定其内力，并不考虑动力系数，上述计算内容中，第项项如如满足要求，则满足要求，则因因第第项的容许应力幅常大于第项的容许应力幅常大于第项而可项而可以不计算第以不计算第项。项。此外，在设计吊车梁时，除进行周密的计算外，还需注此外，在设计吊车梁时，除进行周密的计算外，还需注意设计规范意设计规范GB50017GB50017中的各项中的各项构构造受求，可参阅该规范第造受求，可参阅该规范第8.58.5节，此处不多说节，此处不多说明明 所有计算都按跨间起重量最大的一台吊车荷载标准值确32例题例题 例题例题10.210.2试试设计一设计一焊接工字形截面简支吊车粱，跨度焊接工字形截面简支吊车粱，跨度l l=12m=12m。承受。承受2 2台台75/20t75/20t软钩桥式吊车，重级工作制，车间跨度软钩桥式吊车，重级工作制，车间跨度L=30mL=30m，吊车跨度，吊车跨度LkLk=28.5m=28.5m。辅助桁架与吊车梁轴线间距离为辅助桁架与吊车梁轴线间距离为12501250mmmm。制动结构采用制动梁。钢材为。制动结构采用制动梁。钢材为Q345Q345钢钢。吊车粱上翼缘板与腹板连接采用焊透的吊车粱上翼缘板与腹板连接采用焊透的T T形接头对接与角接组合形接头对接与角接组合焊缝焊缝，下翼缘为双面角焊缝自动焊。自动焊采用下翼缘为双面角焊缝自动焊。自动焊采用H08H08焊焊丝丝配以配以高高锰型焊剂，锰型焊剂，焊缝质量均小低于二级焊缝标准。其余手工焊采用焊缝质量均小低于二级焊缝标准。其余手工焊采用E50E50型焊条。制功梁与型焊条。制功梁与吊吊车车粱上翼缘板用高强度螺栓摩擦型连接，螺粱上翼缘板用高强度螺栓摩擦型连接，螺栓栓性能等级为性能等级为10.910.9级，螺栓级，螺栓直径直径M22M22，螺栓孔径，螺栓孔径do=do=2 24 4mmmm。吊车梁下翼缘板。吊车梁下翼缘板与与辅助桁架下弦杆辅助桁架下弦杆间间的水平的水平支撑桁架用支撑桁架用C C级普通螺栓相连，级普通螺栓相连，d=22mmd=22mm，do=23.5mmdo=23.5mm。例题 例题10.2试设计一焊接工字形截面简支吊车粱，跨度33解：解：（1）吊车荷载的计算）吊车荷载的计算 1）吊车竖向轮压）吊车竖向轮压 2）横向水平荷载（每一吊车轮处的集中力）横向水平荷载（每一吊车轮处的集中力）a.由吊车的小车的运行机构在启动或者制动时引起的惯性力由吊车的小车的运行机构在启动或者制动时引起的惯性力T b.由吊车摆动引起的横向水平力由吊车摆动引起的横向水平力H 本题本题HT，除计算吊车制动梁结构的水平挠度时，横向水平荷载标准值应取，除计算吊车制动梁结构的水平挠度时，横向水平荷载标准值应取Tk，在验算强度、稳定性时应取在验算强度、稳定性时应取H 按大连起重按大连起重机器厂机器厂19841984年产品样本，查得上述桥式吊车的最大年产品样本，查得上述桥式吊车的最大轮压标准值轮压标准值Pk=30.7tPk=30.7t，横行小车重量，横行小车重量Q1=26.4tQ1=26.4t吊车的轮吊车的轮距如图距如图10.1010.10所示。钢轨型号为所示。钢轨型号为QUlOOQUlOO，轨高，轨高150mm.150mm.解：按大连起重机器厂1984年产品样本，查得上述桥式吊车34（2）吊车梁的内力计算）吊车梁的内力计算利用材料力学利用材料力学和结构力学和结构力学（影响线）知识（影响线）知识找弯矩最大处找弯矩最大处 1)1)两台吊车竖向轮压设计值作用下的梁内绝对最大弯矩两台吊车竖向轮压设计值作用下的梁内绝对最大弯矩MxMx，（用于计算吊车梁的抗弯强度和腹板的加劲肋间距用于计算吊车梁的抗弯强度和腹板的加劲肋间距)。（2）吊车梁的内力计算利用材料力学 1)两台吊车竖向轮压设计352)2)两台吊车竖向轮压设计值作用下梁端的最大剪力（用于两台吊车竖向轮压设计值作用下梁端的最大剪力（用于计算粱的抗剪强度、腹板的加劲肋间距及支承加劲肋）计算粱的抗剪强度、腹板的加劲肋间距及支承加劲肋）轮压位置如图轮压位置如图101011(6)11(6)所示：所示：两台吊车作用下产生粱两台吊车作用下产生粱端端最大剪力的轮压位置最大剪力的轮压位置3)3)两台吊车横向水平荷载两台吊车横向水平荷载作用下制动作用下制动动粱截面中的绝对动粱截面中的绝对最最大大弯矩弯矩M My y（验算（验算吊吊车车梁梁受压翼缘板和制动粱的抗弯强度时用）受压翼缘板和制动粱的抗弯强度时用）轮压位置见图轮压位置见图10.11(10.11(a a)所示，绝对最大弯矩发生在轮压所示，绝对最大弯矩发生在轮压作用处，可由作用处，可由未未考虑梁自重影响的考虑梁自重影响的M Mx x设设计值计值按按横向水平横向水平荷荷载设计值载设计值H H=42=42.17k17kN N和竖向轮和竖向轮压设计值压设计值P P=463.8k463.8kN N的比求得：的比求得：2)两台吊车竖向轮压设计值作用下梁端的最大剪力（用于两台吊车364)4)一一台吊车荷载标准值作用下的绝对最大弯矩（用以计台吊车荷载标准值作用下的绝对最大弯矩（用以计算吊车粱的疲劳、竖向挠度和制动粱的水平挠度）算吊车粱的疲劳、竖向挠度和制动粱的水平挠度）轮压位置见圈轮压位置见圈1 1O.11(c)O.11(c)所示，所示，最最大弯矩发生在轮压大弯矩发生在轮压所在截面。粱上轮压合力作用点显然位于四个轮压的所在截面。粱上轮压合力作用点显然位于四个轮压的中中点。点。一台吊车作用下产一台吊车作用下产生生绝对最大弯矩的轮压位置绝对最大弯矩的轮压位置4)一台吊车荷载标准值作用下的绝对最大弯矩（用以计一台吊车37一台吊车作用下产生梁端最大剪力的轮压位置：一台吊车作用下产生梁端最大剪力的轮压位置：5)5)一一台吊车竖向轮压标准值作用下的粱端最大剪力台吊车竖向轮压标准值作用下的粱端最大剪力（用于疲劳计算）轮压位置见图（用于疲劳计算）轮压位置见图10.1110.11（d d）。）。一台吊车作用下产生梁端最大剪力的轮压位置：5)一台吊车竖向38 为了便于在以后计算时选用，把上述计算所得的内力汇总于表为了便于在以后计算时选用，把上述计算所得的内力汇总于表10.510.5。吊车梁内力汇总表吊车梁内力汇总表 为了便于在以后计算时选用，把上述计算所得的内力汇总于表139（3 3）吊车梁截面的选用）吊车梁截面的选用1)1)腹板高度腹板高度 兼顾经济高度和最小高度兼顾经济高度和最小高度2)2)腹板厚度腹板厚度3 3）翼缘板截面）翼缘板截面4 4）初选吊车梁、制动梁和辅助桁架的上下弦杆如图）初选吊车梁、制动梁和辅助桁架的上下弦杆如图10.1210.12所示所示（3）吊车梁截面的选用1)腹板高度40（4）吊车梁截面的验算）吊车梁截面的验算1 1）截）截面的几何特性面的几何特性 吊车梁毛截面惯性矩吊车梁毛截面惯性矩2)2)吊车粱截面的强度验算（参阅第吊车粱截面的强度验算（参阅第7 7章有关内容章有关内容）抗弯强度抗弯强度 上翼缘上翼缘 下冀缘下冀缘 整体稳定整体稳定 因设有制动梁，不需验算整体稳定。因设有制动梁，不需验算整体稳定。抗剪强度抗剪强度 腹板计算高度上边缘的局部承腹板计算高度上边缘的局部承压压强度强度 绝对最大弯矩所在梁截面腹板计算高度上边缘的折算应力绝对最大弯矩所在梁截面腹板计算高度上边缘的折算应力（4）吊车梁截面的验算1）截面的几何特性413)3)挠度验算挠度验算 竖向挠度（按一台吊车竖向轮压标准值计算）竖向挠度（按一台吊车竖向轮压标准值计算）制动结构的水平挠度（按一台吊车标准值计算）制动结构的水平挠度（按一台吊车标准值计算）3)挠度验算42（5）疲劳计算）疲劳计算1)1)受拉翼缘受拉翼缘板上板上螺栓孔附近的主体金属螺栓孔附近的主体金属2)2)下翼缘连接焊缝附近的主体金属下翼缘连接焊缝附近的主体金属3)3)横向加劲肋端部附近的主体金属横向加劲肋端部附近的主体金属（5）疲劳计算1)受拉翼缘板上螺栓孔附近的主体金属43（6）翼缘板和腹板的焊缝计算）翼缘板和腹板的焊缝计算 1)上翼缘与腹板的连接焊缝采用焊透的上翼缘与腹板的连接焊缝采用焊透的T形接头对接与角接形接头对接与角接 组组合合焊缝，焊缝质量不低于二级标准，其强度不必计算。焊缝，焊缝质量不低于二级标准，其强度不必计算。2)下翼缘板和腹板用双面角焊缝的自动焊连接下翼缘板和腹板用双面角焊缝的自动焊连接 按静力强度计算下翼缘的角焊缝按静力强度计算下翼缘的角焊缝尺尺寸寸 疲劳计算疲劳计算（6）翼缘板和腹板的焊缝计算 1)上翼缘与腹板的连接焊缝采44（7）腹板加劲肋设计）腹板加劲肋设计1)确定加劲肋的配置方式确定加劲肋的配置方式 需同时配置横向加劲肋和纵向加劲肋。需同时配置横向加劲肋和纵向加劲肋。2)选用加劲肋的距离选用加劲肋的距离 图图10.13加劲肋布置示意图加劲肋布置示意图（7）腹板加劲肋设计1)确定加劲肋的配置方式图10.13加劲453)3)受压翼缘与纵向加劲肋之间腹板区格的局部稳定性计算受压翼缘与纵向加劲肋之间腹板区格的局部稳定性计算条件条件 各种应力单独作用下的临界应力各种应力单独作用下的临界应力 因吊车粱受压翼缘连有制动钢板和钢轨，故接扭转受到因吊车粱受压翼缘连有制动钢板和钢轨，故接扭转受到 约束考虑。约束考虑。a a.弯曲临界应力弯曲临界应力 b b.剪切临界应力剪切临界应力 c c.局部受压临界应力局部受压临界应力 支库附近区格支库附近区格“I“I（支）（支）”的局部稳定性的局部稳定性(图图10.13(a)10.13(a)）跨中附近区格跨中附近区格“I(“I(中中)”)”的局部稳定性的局部稳定性(图图10.13(a10.13(a）3)受压翼缘与纵向加劲肋之间腹板区格的局部稳定性计算464 4)受受拉拉翼缘与纵向加劲肋之间腹板区格的局部稳定性计算翼缘与纵向加劲肋之间腹板区格的局部稳定性计算条件条件 各种应力单独作用下的临界应力各种应力单独作用下的临界应力 a a.弯曲临界应力弯曲临界应力 b b.剪切临界应力剪切临界应力 c c.局部受压临界应力局部受压临界应力 支库附近区格支库附近区格“I“I（支）（支）”的局部稳定性的局部稳定性(图图10.13(a)10.13(a)）跨中附近区格跨中附近区格“I(“I(中中)”)”的局部稳定性的局部稳定性(图图10.13(a10.13(a）4)受拉翼缘与纵向加劲肋之间腹板区格的局部稳定性计算475)5)中间加劲肋的尺寸中间加劲肋的尺寸加劲肋采用钢板制作，在腹板两侧成对配置。加劲肋采用钢板制作，在腹板两侧成对配置。横向加劲肋横向加劲肋纵向加劲肋纵向加劲肋5)中间加劲肋的尺寸48（8）梁端支承加劲肋设计）梁端支承加劲肋设计 采用突缘支座，端加劲肋布置如图采用突缘支座，端加劲肋布置如图10.14所示所示加劲肋的自由外伸宽厚比为：加劲肋的自由外伸宽厚比为：满足局部稳定性要求。满足局部稳定性要求。（8）梁端支承加劲肋设计 采用突缘支座，端加劲肋布置如491)1)按轴心受压构件验算腹板平面外的稳定按轴心受压构件验算腹板平面外的稳定2)2)端端面面承压强度的验算承压强度的验算3)3)加劲肋与腹板的角焊缝连接（手工焊）加劲肋与腹板的角焊缝连接（手工焊）1)按轴心受压构件验算腹板平面外的稳定50使焊缝有效厚度之和与腹板等厚使焊缝有效厚度之和与腹板等厚 有有关制动梁、辅助桁架（关制动梁、辅助桁架（可构造确定其构件截面尺寸）等的可构造确定其构件截面尺寸）等的 计算从略，本例题完。计算从略，本例题完。使焊缝有效厚度之和与腹板等厚51