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起重机金属结构 辽宁省安全科学研究院 吴 岩wy3063@ 起重机金属结构 金属结构 主要受力构件：主梁、支腿、吊臂、塔身、小车、端梁、塔帽、平衡臂、拉杆 联接：螺栓、铆接、焊接、销轴 梯子、走台、栏杆、平台 一、起重机金属结构的设计计算 方法：许用应力法和极限应力法。 目的：通过设计计算校核保证设备的安全性能。计算书内容包括结构、机构设计计算和电机的选用。结构计算是验证结构的强度（包括疲劳强度）、刚度和稳定性（包括抗倾覆稳定性）。 依据：GB3811-2008 起重机设计规范 1.失效的形式 强度失效：超载使用、腐蚀过大、断裂 弹性失稳：突然卸载、压溃 疲劳失效：长期使用母材开裂 、断轴 抗倾覆稳定性：汽车起重机倾翻 防风防滑安全性：港口起重机被风吹跑 2.计算载荷与载荷系数—常规载荷 ①自重载荷PG 起升冲击系数 Ф1 0.9~1.1 ②额定起升载荷 PQ 起升动载系数 Ф2min 1.05~1.2 表10 如抓斗起重机 Ф2= Ф2min +?2vq ③突然卸载冲击系数 Ф3 1.0~2.0 ④运行冲击载荷 运行冲击系数 Ф4 1.0~1.3 ⑤驱动加速引起的载荷 水平惯性力 大小车运行起制动惯性力 回转离心力 F=ma Ф5 1.0~3.0 2.计算载荷与载荷系数—偶然载荷 偏斜运行时的水平侧向载荷 坡道载荷 风载荷 P=CpⅠA 工作状态正常风载 跟结构有关系（桁架或箱型） P=CpⅡA 工作状态最大风载 表15 雪冰载荷 2.计算载荷与载荷系数—特殊载荷 非工作状态风载 P=CKhpⅢA 表18 碰撞载荷 倾翻水平力 试验载荷（大于正常工作载荷） 安装、拆卸和运输引起的载荷 工艺载荷 等等 3.载荷组合 目的 确定起重机不同受力情况组合 ，找出最不利的载荷组 合，验算起重机的承载能力。 无风载荷 A1、A2 、A3 、A4 有风载荷 B1、B2 、B3 、B4 、B5 特殊载荷情况或非工作情况下 C1~C9 见P27页表20 门式起重机所受载荷及载荷组合 4.结构计算原则、方法 计算内容：验算在最不利载荷组合下，起重机金属结构构件及其连接的强度（含疲劳强度）、刚性和稳定性是否满足要求。 计算方法：许用应力法和极限应力法 5.材料和许用应力 起重机材料选择 主要承载结构的构件宜采用力学性能不低于GB/T700中的Q235钢,GB/T699（优质碳素钢）中的20（做结构、吊钩用）钢材，GB/T1591中的Q345（常用）,Q390和Q420钢材。 力学性能参数表 沸腾钢的使用：低温和有疲劳要求的尽量不用 高强度钢的使用：合理的焊接工艺性并进行焊接试验（焊接工艺评定）减少内应力，防止焊缝开裂和变形 抗脆性破坏安全性应：根据影响脆性破坏的条件来选用钢材的质量组别。 厚度大于50mm的钢板，作为焊接承载结构时慎用 导致构件材料发生脆性破坏的重要影响因素 纵向残余应力和自重载荷引起的纵向应力的联合作用 无焊缝或只有横向焊缝，脆性破坏危险性小、 只有纵向焊缝结构，脆性破坏危险性增加、 焊缝汇集高度应力集中，脆性破坏危险性最大 构件材料的厚度 材料厚度越大脆性影响性越大 工作环境的温度 表I.2 6.结构的许用应力 钢材的压缩、拉伸、弯曲许用应力 σs / σb 0.7的钢材，许用应力[σ]为钢材的屈服应力σs除以强度安全 系数n 表22 Q235的许用应力值[σ] 为: A 158 B 175 C 193 低碳钢拉伸应力-应变曲线 焊接、螺栓连接、铆接的许用应力 表23 连接的许用应力 焊接许用应力 表23 铆钉许用应力 表24 螺栓的许用应力 表25 销轴的许用应力 7.结构强度计算 强度计算包括结构构件受拉、受压、受弯和受扭得应力分析和复合应力的计算。计算出的应力值应小于许用应力或相应的极限设计应力。 σ=N/A[σ] 受拉杆件 单位面积所受的力 局部压应力：当滑块或车轮上的集中载荷作用在构件顶面、垫片上或轨道上时，对其下面腹板上边缘长生的局部压应力 δm=P/tc [σ] 复合强度的计算 连接强度计算:对接焊缝、螺栓连接 8.结构刚度计算 刚度是与起重机安全