疲劳计算与吊车梁设计.ppt

第10章 疲劳计算和吊车梁设计10.1 关于疲劳计算的基本概念 （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、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。 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。 （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 1．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； 3．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； 5．非焊接结构的孔洞、刻槽等； 6．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 （4）应力循环 （5）应力循环次数（n）对疲劳强度的影响 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Ds的大小 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、 应力幅Ds以及循环次数n，而与应力比无关。 10.2疲劳计算 我国规范疲劳计算采用容许应力幅方法，采用荷载标准值，应力按弹性状态计算 （1）疲劳计算的条件：我国钢结构设计规范GB50017-2003中规定凡构件或其连接的应力变化循环次数n≥5万次，均应对其进行疲劳计算 （2）常幅疲劳验算计算： ???[ ??] ??——焊接结构的应力幅 ??=?max??min； 非焊接部位的应力幅 ??=?max?0.7?min， 应力拉为正，压为负。 [ ??]——常幅疲劳的容许应力幅 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 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，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--设计规范引入欠载效应系数，按常幅疲劳进行计算 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，计算吊车梁截面时不予考虑。 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制动时引起惯性力产生，以横向水平集中荷载形式作用于吊车轨顶每个吊车轮子处，方向与吊车梁垂直。 横向水平荷载的指向考虑正反两个方向的刹车情况 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载产生的最大内力乘以一增大系数。 表10.4示出推荐的增大系数值 所有计算都按跨间起重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②项 如满足要求，则因第①项的容许应力幅常大于第②项而可 以不计算第①项。 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GB50017中的各项构造受求，可参阅该规范第 8.5节，此处不多说明 例题 [例题10.2]试设计一焊接工字形截面简支吊车粱，跨度l=12m。承受2台 75/20t软钩桥式吊车，重级工作制，车间跨度L=30m，吊车跨度Lk=28.5m。 辅助桁架与吊车梁轴线间距离为1250mm。制动结构采用制动梁。钢材为 Q345钢。吊车粱上翼缘板与腹板连接采用焊透的T形接头对接与角接组合 焊缝，下翼缘为双面角焊缝自动焊。自动焊采用H08焊丝配以高锰型焊剂， 焊缝质量均小低于二级焊缝标准。其余手工焊采用E50型焊条。制功梁与 吊车粱上翼缘板用高强度螺栓摩擦型连接，螺栓性能等级为10.9级，螺栓 直径M22，螺栓孔径do=24mm。吊车梁下翼缘板与辅助桁架下弦杆间的水平 支撑桁架用C级普通螺栓相连，d=22mm，do=23.5mm。 解： （1）吊车荷载的计算 1）吊车竖向轮压 2）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T b.由吊车摆动引起的横向水平力H 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Tk， 在验算强度、稳定性时应取H