金属结构设计..doc

第三章 载荷与载荷组合 金属结构是承载结构，根据用途和机型不同，所承受的外载荷也不相同。准确的确定载荷值、科学的进行载荷组合及正确的进行结构分析与设计，是保证机械装备具有可靠的承载能力和良好的使用性能的重要前提条件。 第一节 载荷的分类 金属结构承受的外载荷，可按以下方法分类。 一、按其作用性质、工作特点和发生频度划分 常规载荷 在起重机正常工作时始终和经常发生的载荷，包括由重力产生的载荷，由驱动机构或制动器的作用使起重机加（减）速运动而产生的载荷，及因起重机结构的位移或变形引起的载荷。在防强度失效、防弹性失稳及有必要时进行的防疲劳失效等验算中，应考虑这类载荷。 偶然载荷 在起重机正常工作时不经常发生而是偶然出现的载荷，包括由工作状态的风、雪、冰、温度变化、坡道及偏斜运行引起的载荷。在防疲劳失效的计算中通常不考虑这些载荷。 特殊载荷 在起重机非正常工作时或不工作时的特殊情况下才发生的载荷，包括由起重机试验、受非工作状态风、缓冲器碰撞及起重机（或其一部分）发生倾翻、起重机意外停机、传动机构失效及起重机基础受到外部激励等引起的载荷。在防疲劳失效的计算中也不考虑这些载荷。 二、按其作用效果与时间变化相关性划分 静载荷 对结构产生静力作用而与时间变化无关的载荷，如自重载荷与起升载荷的静力作用。 动载荷 对结构产生动力作用而与时间变化无关的载荷，如由于机械设备不稳定运动，各种质量产生的惯性力和由于机械装备工作时产生的碰撞、冲击作用等。 载荷的计算 机构的载荷值需在设计之初进行确定和计算，而准确确定载荷值将直接影响结构设计的精度、机械装备的安全可靠程度和使用性能。以下介绍确定各类载荷的计算原则和方法。 载荷计算原则 起重机的载荷计算与载荷组合，主要用于验证起重机结构件的防强度失效、防弹性失稳和防疲劳失效的能力，以及起重机的抗倾覆稳定性和抗风防滑移安全性。 起重机能力验算时应注意计算模型与实际情况的差异。当载荷引起的效应随时间变化时应采用等效静载荷进行估算。本书以刚体动力分析方法为计算基础，对于弹性系统的载荷效应则采用动载系数进行估算模拟，或在有条件的前提下，也可进行弹性动力分析或现场测试。为反映操作平稳程度的不同，应考虑司机实际操作情况的影响。 如某载荷不可能出现，则应在验算中略去（如室内起重机不考虑风载荷）。同样，对起重机说明书中禁止出现的、对起重机未提出要求的、在起重机设计中已明确要防止或禁止的载荷也不予考虑。 结构设计方法有两种：许用应力设计法或极限状态设计法。无论采用何种方法，在考虑载荷、动力载荷系数、载荷组合、许用应力和极限设计应力时，都应以GB/T 3811-2008《起重机设计规范》的有关章节或附录来确定，活在可能的情况下以试验或统计数据为基础来确定。 载荷的计算 常规载荷的计算 自重载荷 自重载荷是指起重机本身的结构、机械设备、电气设备以及在起重机工作时始终附设在机上的某些部件和积结在部件上的物料（如设在起重机上的漏斗料仓、连续输送机及在其上的物料）等质量的重力。对于某些起重机，自重载荷还应包括结壳物料质量的重力，例如粘结在起重机及其零部件上的煤或类似的其它粉末质量的重力，但起升载荷质量的重力除外。 （1） 自重载荷的估算 在结构设计之前，结构自重尚未知，必须预先估算。金属结构和机电设备的自重载荷通常远远超过其工作载荷。例如，桥式起重机的自重约为起重量的2-7倍，门座起重机的自重约为起重量的8-25倍，装卸桥的自重约为起重量的30-60倍。由此可见，机构自重载荷产生的应力对总体应力具有较大贡献，所以正确的估算结构的自重载荷对结构设计十分重要。根据设计经验，结构自重通常可参照现有类似结构的自重来确定，或利用设计手册、文献中类似结构的自重数据或公式来计算。需要指出的是，估算值需要多次试算反复逼近才可获得真实值。 计算金属结构时，结构自重载荷用表示，单位是N或kN。对于桁架结构的自重载荷，则视为作用于桁架节点上的节点载荷F（图3-1a）： （3-1） 式中 n——桁架的节点数。 而对于实体结构（如梁、刚架），则视为均布载荷（图3-1b）： （3-2） 图3-1结构自重的作用方式 a）桁架结构 b）实体结构 式中 S——实体结构的跨度。 机械和电气设备的自重载荷，可根据所选用的设备型号由机电产品规格表中查得，用、表示，视为集中载荷分别作用于结构相应的部位上。 （2） 自重振动载荷 当物品起升离地时，或将悬吊在空中的部分物品突然卸除时，或悬吊在空中的物品下降制动时，起重机本身（主要是其金属结构）的自重将因出现振动而产生脉冲式增大或减小的动力响应。此自重振动载荷用起升冲击系数乘以起重机的自