疲劳计算与吊车梁设计
钢吊车梁疲劳可靠性分析与评估
钢吊车梁疲劳可靠性分析与评估根据有关统计,我国80%的工业吊车梁发生破坏是由于疲劳问题。
结构设计理论已由容许应力发展到引入可靠度概念的概率极限状态,但疲劳设计仍使用容许应力法进行设计。
由于疲劳问题的破坏机理的复杂性,使得钢吊车梁的疲劳可靠性受到很多因素的影响,包括:疲劳荷载的多样性、几何构造形式、材料的疲劳强度、结构的使用环境等。
因此研究钢吊车梁的疲劳可靠度性对于我国钢吊车梁的设计、使用、维护和加固都具有工程实际意义。
本文以结构可靠性理论为基础,将钢结构吊车梁整个使用过程视为随机过程,将钢吊车梁上的作用效应和抗力视为随机变量,对基于Miner线性累积损伤理论的疲劳动态可靠度计算模型进行了研究。
并用疲劳动态可靠度计算模型对影响钢吊车梁疲劳可靠性的因素进行分析。
具体的研究内容主要包括以下几个方面:1.对钢结构吊车梁的疲劳应力幅的随机分布类型进行研究,并对分布参数的选取做了分析。
通过与国家工业建筑诊断与改造工程计算研究中心对某钢厂现场应力测试和实验的数据进行对比,得出钢结构吊车梁的应力幅服可用威布尔分布描述,并且当钢结构吊车梁的跨度、截面类型、吊车荷载、工作环境相似时,进行疲劳可靠度分析时可参考相似结构威布尔分布的参数进行疲劳可靠度计算的结论。
2.对国内外现行钢结构规范中的S-N曲线进行对比分析。
通过对GB5007-2003中八类连接的曲线和IIW建议的S-N曲线进行对比分析,并考虑实际使用情况弱化了低应力幅的影响,对GB5007-2003中的S-N曲线进行修正。
并对修正前后S-N曲线对疲劳可靠度计算结果的进行比较。
3.运用疲劳动态可靠度分析模型在FE-safe软件中对变截面支座的形式和细部构造的尺寸、封板的形式、表面粗糙度、残余应力、轨道偏心和温度对钢结构吊车梁的疲劳可靠性的影响规律进行了计算分析。
并根据影响规律对钢吊车梁的疲劳设计、使用和维护提出参考意见。
钢筋混凝土吊车梁的疲劳计算及加固处理
64 200
106 108
342 =
0
58
M Pa
自重及吊车作用下的边缘混凝土应力:
Mf m ax
=
436 4 5 8 + 33 64= 33 64 M Pa
=f
cm ax
665 84 200
1 06 108
342 = 11 39 M Pa
混凝土疲劳应力比:
f c
=
0 11
58 39
=
0 05< 0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A8
0 250< K p 0 500 A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A8
A8
0 500< K p 1 000 A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A8
A8
A8
要排除一般常识概念误区: 轻级= A1- A3 时 不需要对吊车梁作疲劳验算。按表 3, 只有 总的工 作循环次数为 3 2 104 次以下 U 0 、U 1 级的很少用 的吊车梁构件可不做疲劳验算。
PQmax 为最大起升载荷; Ci 为与起重机各个有代表性
的起升荷载相应的工作循环数; CT 为起重机总工作
循环数 m 为幂指数。为了便于组别的划分, 约定取
m = 3。
使用等级 U0 U1 U2 U3
U4 U5 U6 U7 U8 U9
表 1 起重机的利用等级
总的工作循环数
CT 1 60 104 1 60 104 < CT
Q 2-中
0 125< K p 0 250
吊车梁计算书
简支吊车梁验算计算书==================================================================== 计算软件：TSZ结构设计系列软件 TS_MTSTool v4.6.0.0计算时间：2016年04月10日 07:07:07====================================================================一. 设计资料1 基本信息:验算依据：钢结构设计规范(GB 50017-2003)建筑结构荷载规范(GB 50009-2012)吊车梁跨度：l=6000 mm吊车梁平面外计算长度：l0=6000 mm吊车梁所在柱列：边列柱吊车梁所在位置类型：中间跨2 吊车信息:吊车梁上有两台不同吊车同时运行第一台吊车基本信息(参图Ⅰ)吊车类型:T5t105_中级软钩吊车吊车跨度:10500 mm吊车自重:12.715 t小车重量:2.126 t吊车起重量:5 t工作级别:A4~A5(中级)吊钩形式:软钩吊车单侧轮子数:2个最大轮压:74 kN最小轮压:26.3 kN制动轮子数：1个轨道类型:43Kg/m吊车宽度:5050 mm吊车额定速度:90 m/min小车额定速度:40.1 m/min吊车轮距C1:3400 mm第二台吊车基本信息(参图Ⅱ)吊车类型:T5t105_重级软钩吊车吊车跨度:10500 mm吊车自重:13.9 t小车重量:2.762 t吊车起重量:5 t工作级别:A6(重级)吊钩形式:软钩吊车单侧轮子数:2个最大轮压:63.7 kN最小轮压:29 kN制动轮子数：1个轨道类型:38Kg/m吊车宽度:5622 mm吊车额定速度:90 m/min小车额定速度:40.1 m/min吊车轮距C1:3850 mm3 荷载信息:吊车竖向荷载增大系数：ηv=1.03吊车荷载分项系数：γc=1.4当地重力加速度值：g=9.8附加竖向均布活载标准值：0 kN/m附加水平均布活载标准值：0 kN/m吊车一动力系数：μ1=1.05吊车一横向水平刹车力系数：β1=0.12吊车一摆动力系数：α1=0吊车二动力系数：μ2=1.1吊车二横向水平刹车力系数：β2=0.12吊车二摆动力系数：α2=0.14 验算控制信息:吊车梁竖向挠度允许值：l/1000吊车梁水平挠度允许值：l/22005 吊车梁截面信息:截面型号:H-750*300*10*12用户自定义截面截面材料类型:Q235截面每米质量:113.51 kg/m截面几何参数如下:截面高度 H=750 mm上翼缘宽度 B1 =300 mm下翼缘宽度 B2 =300 mm腹板厚度 T w =10 mm上翼缘厚度 T f1=12 mm下翼缘厚度 T f2=12 mm截面力学参数如下:x轴毛截面惯性矩 I x =129932.658 cm^4 x轴净截面惯性矩 I nx =122646.136 cm^4 x轴上翼毛截面抵抗矩 W x =3464.871 cm^3 x轴上翼净截面抵抗矩 W nx =3155.656 cm^3 x轴下翼净截面抵抗矩 W nx1 =3394.155 cm^3 y轴上翼毛截面抵抗矩 W y =360.403 cm^3y轴上翼净截面抵抗矩 W ny =152.003 cm^3上翼缘有效净面积 A ne =30.84 cm^2净截面中和轴高度 C ny =361.345 mm吊车梁截面为梯形渐变式变腹板高度截面:截面端部高度 h d =400mm端部x轴毛截面惯性矩 I d =31536.341 cm^4端部x轴毛截面静矩 S d =875.12 cm^3端部x轴上翼缘静矩 S du =698.4 cm^3端部x轴下翼缘静矩 S dd =698.4 cm^36 吊车梁制动结构信息:吊车梁采用制动板结构制动结构宽度：B=1000 mm制动板搭在吊车梁上间距：70 mm制动板厚度：T=6 mm制动板宽度：B b=924.9 mm边梁截面选用：C-160*63*6.5*10制动板搭在边梁上间距：=50mm边梁面积：A e=21.95 cm^2边梁Y向惯性矩：I ye=73.4 cm^4边梁X向惯性矩：I xe=866.2 cm^4边梁形心到右下点X向距离：C xe=1.79 cm边梁形心到右下点Y向距离：C ye=8 cm制动结构绕y轴净截面惯性矩：I ny=174485 cm^4制动结构对梁上翼缘边净抵抗矩：W ny1=2769.05 cm^3制动结构对边梁翼缘边净抵抗矩：W ny2=3242.49 cm^3制动结构绕y轴毛截面惯性矩：I y=186286 cm^4吊车梁上翼缘对y轴的毛截面静矩：S y=1651.83 cm^37 吊车梁截面焊缝信息:吊车梁腹板与上翼缘采用焊透的T形组合焊缝吊车梁腹板与下翼缘采用部分焊透的T形组合焊缝下翼缘坡口深度：s d=5 mm吊车梁腹板与翼缘焊缝采用：自动焊8 腹板加劲肋信息：横向加劲肋布置方式：两侧成对布置横向加劲肋端部焊接方式：连续回焊，不断弧横向加劲肋选用：SB6_Q235横向加劲肋间距：a=1200 mm变截面区段横向加劲肋间距：a'=1200 mm横向加劲肋宽度：65 mm横向加劲肋端部到下翼缘距离：50 mm吊车梁不配纵向加劲肋和横向短加劲肋9 支座信息：吊车梁采用的支座类型：全部平板式支座，吊车梁下翼缘直接与牛腿栓接平板支座加劲肋选用：SB6_Q235平板支座加劲肋宽度：65 mm加劲肋焊缝焊脚高度：7 mm平板支座选用：SB20_Q235平板支座宽度：90 mm平板支座长度：540 mm10 计算参数：梁截面材料屈服强度：f y=235 N/mm^2梁截面材料转换系数：C F=(235/235)^0.5=1上翼缘截面抗拉强度：f t=215 N/mm^2下翼缘截面抗拉强度：f b=215 N/mm^2梁腹板截面抗剪强度：f v=125 N/mm^2梁腹板端面承压强度：f ce=325 N/mm^2吊车梁焊缝抗剪强度：f w=160 N/mm^2二. 验算结果一览受压(上)翼缘宽厚比 12.08 最大15.0 满足腹板高厚比 72.60 最大250.0 满足上翼缘受压强度比 0.37 最大1.0 满足下翼缘受拉强度比 0.33 最大1.0 满足端部腹板剪应力强度比 0.53 最大1.0 满足腹板局部承压强度比 0.16 最大1.0 满足腹板折算应力强度比 0.28 最大1.0 满足整体稳定强度比设制动结构不需验算满足竖向挠度计算值(mm) 1.72 最大6.0 满足水平挠度计算值(mm) 0 不需验算满足上翼缘焊缝强度比 T形组合焊缝不验算满足下翼缘焊缝强度比 0.76 最大1.0 满足下翼处金属应力幅(N/mm2) 19.53 最大118.0 满足下翼角焊缝剪应力幅(N/mm2) 6.51 最大59.0 满足肋端金属应力幅(N/mm2) 16.84 最大103.0 满足区格Ⅰ局稳强度比 0.27 最大1.0 满足区格Ⅱ局稳强度比 0.25 最大1.0 满足区格Ⅲ局稳强度比 0.22 最大1.0 满足区格Ⅳ局稳强度比 0.20 最大1.0 满足加劲肋布置方式双侧成对重级满足横向加劲肋间距(mm) 1200.00 最大1452.0 满足横向加劲肋间距(mm) 1200.00 最小363.0 满足横向加劲肋间距1(mm) 1200.00 最大1452.0 满足横向加劲肋间距1(mm) 1200.00 最小363.0 满足横向加劲肋外伸宽度(mm) 65.00 最小64.2 满足横向加劲肋厚度(mm) 6.00 最小4.3 满足无纵向加劲肋时ho/Tw 72.60 最大170.0 满足平板加劲肋稳定强度比 0.34 最大1.0 满足平板加劲肋焊缝强度比 0.22 最大1.0 满足平板加劲肋外伸宽度(mm) 65.00 最小64.2 满足横向加劲肋厚度(mm) 6.00 最小4.3 满足平板加劲肋焊脚高度(mm) 7.00 最小6.0 满足平板加劲肋焊脚高度(mm) 7.00 最大7.0 满足上翼柱侧板件正应力(MPa) 25.6 最大215 满足上翼柱侧角焊缝应力(MPa) 21.0 最大160 满足上翼柱侧角焊缝焊脚高度(mm) 4.00 最小4.00 满足上翼柱侧角焊缝焊脚高度(mm) 4.00 最大6.00 满足上翼梁柱连接板正应力(MPa) 31.0 最大215 满足上翼梁柱螺栓承担剪力(kN) 8.92 最大62.8 满足上翼梁柱螺栓轴向边距(mm) 35.0 最小33.0 满足上翼梁柱螺栓轴向边距(mm) 35.0 最大88.0 满足上翼梁柱螺栓垂向边距(mm) 45.0 最小44.0 满足上翼梁柱螺栓垂向边距(mm) 45.0 最大88.0 满足牛腿最大正应力(Mpa) 74.3 最大215 满足牛腿最大剪应力(Mpa) 110 最大125 满足牛腿最大折算应力(Mpa) 176 最大237 满足牛腿翼缘宽厚比 10.1 最大15.0 满足牛腿集中力截面剪应力(Mpa) 124 最大125 满足牛腿局部承压应力(Mpa) 83.4 最大325 满足牛腿综合应力(MPa) 149 最大160 满足牛腿焊脚高度(mm) 8.00 最大9.60 满足牛腿焊脚高度(mm) 8.00 最小4.74 满足支座螺栓承担剪力(kN) 49.5 最大62.8 满足支座螺栓轴向边距(mm) 55.0 最小44.0 满足支座螺栓轴向边距(mm) 55.0 最大96.0 满足支座螺栓垂向边距(mm) 55.0 最小33.0 满足支座螺栓垂向边距(mm) 55.0 最大96.0 满足支座螺栓垫板正应力(MPa) 206 最大215 满足支座螺栓垫板角焊缝应力(MPa) 58.7 最大160 满足支座螺栓垫板焊脚高度(mm) 8.00 最小7.00 满足支座螺栓垫板焊脚高度(mm) 8.00 最大9.00 满足上翼柱加劲肋板件宽厚比 14.0 最大14.9 满足上翼柱加劲肋板件剪应力(MPa) 1.69 最大180 满足上翼柱加劲肋焊缝剪应力(MPa) 2.95 最大200 满足牛腿处柱加劲肋板件宽厚比 14.5 最大14.9 满足牛腿处柱加劲肋板件剪应力(MPa) 23.2 最大180 满足牛腿处柱加劲肋焊缝剪应力(MPa) 40.5 最大200 满足纵向连接螺栓承担剪力(kN) 9.64 最大126 满足纵向连接螺栓轴向边距(mm) 45.0 最小44.0 满足纵向连接螺栓轴向边距(mm) 45.0 最大88.0 满足纵向连接螺栓竖向边距(mm) 35.0 最小33.0 满足纵向连接螺栓竖向边距(mm) 35.0 最大88.0 满足纵向连接螺栓间距(mm) 70.0 最小66.0 满足纵向连接螺栓间距(mm) 70.0 最大96.0 满足车挡截面自由外伸宽厚比 8.00 最大15.0 满足车挡截面腹板宽厚比 53.3 最大80.0 满足车挡截面最大剪应力(MPa) 40.9 最大125 满足车挡截面最大正应力(MPa) 131 最大215 满足车挡截面折算应力(MPa) 140 最大237 满足车挡集中力处板件宽厚比 10.0 最大14.9 满足车挡集中力处板件剪应力(MPa) 21.2 最大180 满足车挡集中力处焊缝剪应力(MPa) 15.8 最大200 满足车挡截面最大拉应力(MPa) 141 最大215 满足车挡截面最大压应力(MPa) -141 最小-215 满足车挡截面综合应力(MPa) 141 最大160 满足车挡截面腹板焊脚高(mm) 6.00 最大7.20 满足车挡截面腹板焊脚高(mm) 6.00 最小3.67 满足三. 吊车梁截面内力计算:1 吊车梁支座处最大剪力Vd计算(参图Ⅲ)：竖向附加活载作用下端部剪力V da=0 kN吊车考虑动力系数后最大轮压标准值：P=1.05×74=77.7 kN吊车竖向荷载作用下端部剪力：V dc=1.4×1.03×77.7×(2×6000-1711)/6000=197.7 kN端部最大剪力计算值：V d=197.7 kN2 跨中最大竖向弯矩Mvm计算(参图Ⅳ)：竖向附加活载作用下跨中弯矩M va=0 kN·m吊车考虑动力系数后单轮竖向作用力标准值：P=1.05×74=77.7 kN吊车荷载合力：F=77.7×2=147.8 kN左支座反力：R=147.8×2594/6000=63.89 kN吊车梁跨中弯矩M vc计算：M vc=1.4×1.03×63.89×2594×10^-3=239 kN·m跨中最大弯矩计算值：M vm=239 kN·m3 跨中最大竖向弯矩对应剪力Vm计算(参图Ⅳ)：自重和竖向附加活载作用下端部剪力：V ma=(1.4*g v+1.2*q s)*S/l0=(1.4×0+1.2×1.135)×2594/6000×10^-3=0 kN 吊车考虑动力系数后单轮竖向作用力标准值：P=1.05×74=77.7 kN吊车荷载合力：F=77.7×2=147.8 kN左支座反力：R=147.8×2594/6000=63.89 kN最大弯矩点左侧剪力计算：V ml=1.4×1.03×63.89=92.14 kN最大弯矩点右侧剪力计算：V mr=V ml-1.4×1.03×77.7=(-19.91) kN跨中最大弯矩对应的剪力计算值：V m=92.14 kN4 吊车梁跨中最大水平弯矩Mhm计算(参图Ⅴ)：水平附加活载作用下跨中弯矩M ha=0 kN·m吊车考虑卡轨力系数后单轮横向作用力标准值：Q=0.1×63.7=6.37 kN吊车荷载合力：F=6.37×1=6.37 kN左支座反力：R=6.37×3000/6000=3.185 kN吊车梁跨中弯矩M hc计算：M hc=1.4×3.185×3000×10^-3=13.38 kN·m跨中最大水平弯矩计算值：M hm=13.38 kN·m5 跨中最大竖向弯矩标准值Mvk计算(参图Ⅵ)：竖向附加活载作用下跨中弯矩M vka=0 kN·m吊车单轮最大轮压标准值：P=1.0×74=74 kN吊车荷载合力：F=74×2=148 kN左支座反力：R=148×3850/6000=94.97 kN吊车梁跨中弯矩M vkc计算：M vkc=1×1.03×(94.97×3850-74×3400)×10^-3=117.4 kN·m 跨中最大弯矩计算值：M vk=117.4 kN·m6 跨中最大水平弯矩标准值Mhk计算(参图Ⅵ)：水平附加活载作用下跨中弯矩M hka=0 kN·m吊车考虑刹车力系数及其放大后单轮横向作用力标准值：P=0.12×(5+2.126)/2×g/2=2.095 kN吊车荷载合力：F=2.095×2=4.19 kN左支座反力：R=4.19×3850/6000=2.689 kN吊车梁跨中弯矩M hkc计算：M hkc=1×(2.689×3850-2.095×3400)×10^-3=3.228 kN·m 跨中最大水平弯矩计算值：M hk=3.228 kN·m7 跨中最大竖向弯矩标准值Mvp计算(参图Ⅶ)：竖向附加活载作用下跨中弯矩M vpa=0 kN·m吊车单轮最大轮压标准值：Q=1.0×63.7=101.9 kN吊车荷载合力：F=63.7×1=63.7 kN左支座反力：R=63.7×3000/6000=31.85 kN吊车梁跨中弯矩M vpc计算：M vpc=1×31.85×3000×10^-3=95.55 kN·m跨中最大弯矩计算值：M vp=95.55 kN·m8 支座最大竖向剪力标准值Vp计算(参图Ⅷ)：竖向附加活载作用下端部剪力V pa=0 kN吊车最大轮压标准值：Q=1.0×63.7=101.9 kN吊车竖向荷载作用下端部剪力：V pc=1×1.03×101.9×(2×6000-3850)/6000=55.7 kN 端部最大剪力计算值：V p=55.7 kN四. 吊车梁板件宽厚比验算:1 受压(上)翼缘宽厚比验算:受压翼缘宽厚比限值：[b0/t]=15*(235/f y)^0.5=15翼缘自由外伸宽度：b0=145 mm翼缘宽厚比：b0/T f1=145/12=12.082 腹板高厚比验算:腹板高厚比限值：[h0/t]=250腹板计算高度：h0=726 mm腹板高厚比：h0/T w=726/10=72.6五. 吊车梁截面强度验算:1 上翼缘受压强度验算:吊车梁采用制动板吊车梁须验算疲劳强度或b0/T f1=12.08>13，取γx=1.0吊车梁须验算疲劳强度，取γy=1.0ξ=(M vm/W nx/γx+M hm/W ny1/γy)/f t=(239/3156/1+13.38/2769/1)×10^3/215=0.37482 下翼缘受拉强度验算:ξ=M vm/W nx1/f b=239×10^3/3394/215=0.32763 端部腹板剪应力强度验算:考虑截面削弱系数1.2τ=V d*S dx/(I dx*T w/1.2)/f v=197.7×875.1/(3.154e+004×10/1.2)/125×10^2=0.52684 最大轮压下腹板局部承压强度验算:考虑集中荷载增大系数后的最大轮压设计值按第二台吊车计算：吊车最大轮压：P max=63.7 kN轻、中级工作制吊车梁，依《钢规》4.1.3取增大系数：ψ=1.0 F=γc*ψ*μ*P max=1.4×1.35×1.1×63.7=132.4 kN 梁顶到腹板计算高度上边缘距离：h y=T f1=12 mm轨道高度：h R=140 mm集中荷载沿跨度方向支承长度取为：50 mm集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度：l z=50+5*h y+2*h R=50+5×12+2×140=390 mmσc=F/T w l z=132.4×10^3/10/390=33.96 N/mm^2腹板抗压强度设计值：f=215 N/mm^2局部承压强度比ξ=σc/f=33.96/215=0.15795 腹板与上翼缘交接处折算应力强度验算:按跨中最大弯矩及其对应的剪力和最大轮压计算计算点局部压应力：σc=33.96 N/mm^2(参见腹板局部承压验算) 计算点正应力计算计算点到中和轴的距离：y1=H-C ny-T f1=376.7 mmσ=M vm/I n*y1=239/1.226e+005×376.7×10^2=73.41 N/mm^2计算点剪应力计算上翼缘对中和轴静矩：S1=(y1+0.5*T f1)*B1*T f1×10^-3=1378 cm^3τ=V m*S1/I x/T w=92.14×1378/1.299e+005/10×10^2=9.768 N/mm^2σ与σc同号，强度设计值增大系数：β1=1.1折算应力强度比ξ=(σ^2+σc^2-σ*σc+3*τ^2)^0.5/(β1*f)=(73.41^2+33.96^2-73.41×33.96+3×9.768^2)^0.5/(1.1×215) =0.27846 吊车梁整体稳定性验算吊车梁设置了制动结构，整体稳定不需验算。
3.4.吊车梁设计
注意：
当吊车梁采用制动桁架时，需要计算附加轴力和局部弯矩。
附加轴力的计算：用桁架内力分析方法计算 M y max N b1 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：
M y1
a d
TH d 4
TH
重级工作制吊车：
M y1 TH d 3
3.4.5 焊接实腹式吊车梁的截面选择
计算力及吊车台总数组合表
计算项目
F Q 1Pk , max
T 1.4 ( Q Q1 ) / n
计算力
轻、中级吊车 重级吊车
吊车台数组合
吊车梁及制动结 构的强度和稳定 轮压处腹板局部 压应力、腹板局 部稳定
F Q 1 Pk , max
T 1.4 ( Q Q1 ) / n
下撑式
桁架式
2.7.1 吊车梁系统的组成
吊车梁系统：
吊车梁（吊车桁架） 制动结构 制动梁 制动桁架
制动桁架 辅 助 桁 架 水平支撑 垂直支撑 吊 车 梁 吊车梁 制动梁 加劲肋
制动结构的作用： 承受横向水平力 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
制动桁架 吊车梁
天窗架
3、刚度验算
按效应最大的一台吊车的荷载标准值计算，且不乘动 力系数。 吊车梁的竖向挠度：
M kxl v [v ] 10EI x
2
式中：[v]——吊车梁的容许挠度 轻级桥式吊车：l/800 中级桥式吊车：l/1000
重级桥式吊车：l/1200
注意：
《钢结构设计规范》（GB50017-2003）规定：对于工 作级别为A7、A8吊车的制动结构，计算其水平挠度，按效 应最大的一台吊车的荷载标准值计算，且不乘动力系数。
中、重型厂房结构设计-吊车梁的设计
吊车梁的施工工艺流程
施工准备
根据设计图纸和施工要求，进行现场 勘查，确定吊车梁的安装位置和基础 结构。
01
02
基础制作
根据设计要求，进行吊车梁的基础制 作，包括混凝土浇筑、钢筋绑扎等。
03
吊车梁安装
将吊车梁按照设计要求进行安装，确 保其位置和标高符合设计要求。
质量检测
对吊车梁的安装质量进行检测，包括 其位置、标高、平整度等，确保符合 设计要求和相关规范。
吊车梁的功能
吊车梁的主要功能是支撑和固定吊车 的轨道，承受吊车的运行载荷，并将 载荷传递至厂房的承重结构上，确保 吊车的正常运行和使用安全。
吊车梁的类型与选择
吊车梁的类型
根据制作材料的不同，吊车梁可分为钢吊车梁、钢筋混凝土吊车梁等。根据使用场合和承载能力的不同，又可分 为轻型、中型和重型吊车梁。
吊车梁的选择
选择何种类型的吊车梁应根据厂房的跨度、高度、使用需求以及经济性等因素综合考虑。例如，钢吊车梁具有自 重轻、承载能力强、安装方便等优点，适用于大跨度、高净空的厂房；钢筋混凝土吊车梁则具有承载能力较高、 耐久性好、造价较低等优点，适用于中等跨度和高度的厂房。
吊车梁设计的原则与要求
吊车梁设计的原则
吊车梁设计应遵循安全可靠、经济合理、技术先进的原则， 确保吊车梁能够承受各种可能的载荷组合，满足厂房的正常 使用和安全性能要求。
04
吊车梁的抗震设计
吊车梁的抗震设防目标
防止吊车梁在地震中发生严重破坏，确保厂房的正常使用和 安全。
保证吊车在地震中的安全运行，防止因吊车梁破坏而引起的 设备损坏或人员伤亡。
吊车梁的抗震措施
选择合适的材料
采用高强度钢材，提高吊车梁的承载能力和抗变 形能力。
起重机传动零件疲劳计算基准载荷及载荷谱系数(0709)
起重机传动零件疲劳计算基准载荷及载荷谱系数*朱大林 郑小玲 方子帆摘要 本文讨论起重机传动零件疲劳计算方法问题。
讨论了区分机构和零件的载荷谱系数的必要性，指出应以零件的载荷谱作为零件疲劳计算的依据。
从实用的角度，提出以弹性振动最大载荷作为疲劳计算基准载荷并给出了相应的载荷谱系数定义。
本文还对零件的应力循环次数计算问题进行了分析。
关键词 起重机 机构 零件 疲劳计算 基准载荷 载荷谱系数１ 引言起重机传动机构零部件的疲劳寿命计算是起重机设计的重要内容，起重机设计规范(GB3811-83)[1]（以下简称规范）对此给出了一些原则规定。
起重机传动件的疲劳计算方法原则上与一般机械零件相同，但由于起重机的工作特点，决定了其零件的疲劳计算具有以下两个特点：1) 零件承受的载荷是变幅交变载荷，并具有随机变化的特性，从而使起重机零件的疲劳计算必须引入应力谱或载荷谱的概念，采用变幅疲劳的计算方法。
零件疲劳计算的依据是零件的载荷谱，而规范给出的是机构的载荷谱，对零件的载荷谱问题并未叙及。
2) 零件的应力循环次数通常小于材料的基本循环次数N 0，属于有限寿命疲劳计算。
这就要求正确计算零件的应力循环次数，对此，规范的规定也不尽完善。
本文将就以上问题进行讨论，并提出笔者的建议。
２ 起重机传动零件疲劳计算与载荷谱规范采用名义应力法和疲劳损伤的线性累积理论，规定了起重机传动零件的疲劳计算方法，推荐的计算公式为：eq rk n σσ≤/Ⅰ (1)式中，σeq —考虑变幅应力和有限寿命的零件等效应力;σrk —考虑循环特性和应力集中后的零件无限寿命疲劳强度限；n Ⅰ—疲劳计算安全系数。
规范规定，零件的等效应力σeq 根据零件承受的等效载荷计算，对传动零件，等效载荷计算公式为：T eq ＝k n k m T Ⅰmax (2)式中，T Ⅰmax —机构启动时零件的静力矩与刚体惯性力矩之和；k m —载荷系数，m m m k K =,K m 为载荷谱系数；k n —有限寿命系数，n m k N N =/0，(N<N 0)；N 0—材料的基本应力循环次数；N —机构零件的工作应力循环次数；当k n k m 〉1时，取k n k m ＝1 。
混凝土吊车梁计算书
混凝土吊车梁计算书设计：____________校核：____________审核___________日期________一、基本数据（一）、吊车及吊车梁基本数据吊车数据：1、吊车起重量Q= 16 t2、吊车跨度= 16.5 m3、吊车总重G=15 t4、小车重量g= 1.37 t5、最大轮压Pmax= 12.5 kN6、吊车总宽B= 2.8 m7、吊车轮距W= 2.5 m8、吊车数量n= 两台吊车梁数据：1、吊车梁宽b= 200 mm2、上翼缘宽bf= 200 mm3、吊车梁高h= 500 mm4、上翼缘高hf= 0 mm5、吊车梁跨度L= 6000 mm（二）、材料信息混凝土材料：C30 f c=14.3 N/mm2f t=1.43 N/mm2f tk=2.01 N/mm2钢筋：纵筋：HRB 335 f y=300 N/mm2箍筋：HRB 335 f yv=300 N/mm2（三）、其他信息吊车工作级别：A4 中级动力系数μ:1.05钢筋混凝土保护层厚度：25 mm裂缝宽度限制：0.2 mm挠度计算限制：1/600 Lo二、正截面设计（一）计算吊车梁的绝对最大弯矩位置计算长度取为：L0= 5.8 m由结构力学可判断，吊车轮按上述作用时才能产生绝对最大弯矩计算可得：合力R = 3×μ×Pmax = 52.5 kNa0 = B-W2= 0.15 m（二）正截面配筋计算1、内力计算吊车梁自重：q1 = 25×[b×h+(b f-b)×h f] = 2.5 kN/m轨道联结重：q2 = 1.5 kN/m自重总和：q = q1 + q2 = 4 kN/m由自重在k点产生的弯矩：Mqk = qx2(Lo-x) = 16.81 kN・m由吊车荷载在k点产生的弯矩：Mpk = R(L0-a0)24L0= 39.43 kN・m总弯矩：M maxk = M qk + M pk= 56.24 kN・m2、按T型梁计算配筋按照混凝土规范7.2.2条a s = 35 mmh0 = h-2a s = 430 mmM = f c b f h f(h0-h f/2) = 0 < M maxk = 56.24 属于II类T型截面3验算垂直截面的双向受弯强度每个轮子产生的刹车力：T = 0.25×α（Q+g）×9.8 = 4.26 kN为简化计算，假设每个轮子都作用在吊车梁跨中，由水平力产生的弯矩为：M H =nT4Lo = 24.708 kN ・m 可见，水平方向产生的弯矩很小，双向受弯强度验算可以忽略 三、斜截面设计（一）复核截面条件吊车梁自重荷载作用下产生的剪力： V 1 = 0.5×q×Lo = 11.6 kN 吊车荷载按下图作用时产生最大剪力：由结构力学可知：V 2 = μP max (4-2B+WLo ) = 28.51 kN 最大总剪力：V = V 1 + V 2 = 40.11 kN 由混凝土规范7.5.1条：0.25βc f c bh 0 = 307.45 kN > V 截面满足要求 （二）计算所需箍筋1、确定计算方法y a = ΣI y y iΣI y = 112 h f b f 3×12 h f +112 (h-h f )b 3×(h/2+h f /2)112 h f b f 3+112 (h-h f )b 3= 250 mm 每个吊车轮产生的扭矩： m t = 0.7[μP max ×0.02+T(y a +0.2)] = 1.53 kN ・m则支座截面产生的最大扭矩为：T = 1.4×m t ×(4-2B+2WLo ) = 4.65 kN ・m 构件截面信息腹板： W tw = b 2(3h-b)/6 = 8666666.66666667mm 3 翼缘： W tf = h f 2(b f '-b)/2 = 0mm 3W t = W tw + W tf = 8666666.66666667 mm 3 由混凝土规范7.6.1V bh 0 + T0.8W t= 1.1371 < 0.25βc f c = 3.575截面尺寸满足按弯剪扭共同作用的构件计算腹板受扭矩： T w = W twW t ×T = 4.650 kN ・m翼缘受扭矩： T f ' = W tfW t×T = 0.000 kN ・m2、腹板配筋计算A cor = b cor h cor = 67500 mm 2 u cor = 2×(b cor + h cor ) = 1200 mma.腹板受扭箍筋计算，按混凝土规范7.6.8：T = 0.35f t βt W t + 1.2ζ f yv A st1A cor sβt =1.51+0.5 VW tTbh 0= 0.93 A st1s = T w -0.35βt f t W tw1.2ζ f yv A cor= 0.032136 mm 2/mm b.腹板受剪箍筋计算，按混凝土规范7.6.8：A sv1s = V -0.7(1.5-βt )f t bh 01.25f yv h 0= 0.045301 mm 2/mm腹板所需单肢箍筋总面积为：A st1s + A sv1s= 0.0547865 mm 2/mm实际配置：8@100 满足c.腹板抗扭纵筋计算，按混凝土规范7.6.4-2：A stl = ζf yv A st1u corf y s= 23.14 mm 2 构造配置钢筋3、翼缘配筋计算b 'cor = b f - b - 50 = -50 mm h 'cor = h f - 50 = -50 mmA 'cor = b 'cor ×h 'cor = 2500 mm 2 U 'cor = 2(b 'cor + h 'cor ) = -200 mm a.翼缘抗扭箍筋计算，按混凝土规范7.6.8：A st1s = T f -0.35βt f t W tf1.2ζ f yv A cor= 0.000 mm 2/mm 实际配置：8@100 满足b.翼缘抗扭纵筋计算，按混凝土规范7.6.4-2：A stl = ζf yv A st1u corf y s= 0.00 mm 2 构造配置钢筋四、验算吊车梁疲劳强度（一）验算正截面疲劳强度1、验算受压区混凝土边缘纤维的应力 一台吊车产生的最大弯矩：由结构力学可判断，吊车轮按上述作用时才能产生绝对最大弯矩计算可得：合力R = 2×μ×Pmax = 26.25 kNa0 = B-W2= 0.15 m由自重在k点产生的弯矩：Mqk = qx2(Lo-x) = 16.82 kN・m由吊车荷载在k点产生的弯矩：Mpk = μP max(L0-a0)22L0= 38.06 kN・m总弯矩：M maxk = M qk + M pk= 54.88 kN・mαf E= E sE f c= 13.33先假定中和轴通过翼缘，换算截面的受压区高度：b2x02 - αfE A s(h0 - x0) = 0 公式见《钢筋混凝土结构计算手册》P624简化：Ax02 + Bx0 + C = 0 其中：A = 100B = 20593.2504C = -9266962.68解方程得：x0 = 218.39mm >h f = 0 mm 所以须按下列公式重新计算:b f2x02 - αfE A s(h0 - x0)-(b f - b)(x0 - h f)22= 0简化：Ax02 + Bx0 + C = 0 其中：A = 100B = 20593.2504C = -9266962.68 解方程得：x0 = 218.39mmI fo=h f x033-(b f - b)(x0 - h f)33+αfE A s(h0 - x0)2 = 1799083328.02ρfc=ρfcminρfcmax=MqkMqk+Mpk= 0.317589268845645查混凝土规范表4.1.6得： γρ = 0.86σf cmax = M f max x 0I fo = 6.662 < f fc = γρf c = 12.298满足要求 2、验算受拉钢筋的应力σf simin = αf E M f min (h 0-x 0)I f o = 30.342 N/mm 2σf simax = αf E M fmax (h 0-x 0)I f o = 65.196 N/mm 2Δσf si = σf simax - σfsimin = 34.854 N/mm 2 ρf s= σfsiminσfsimax = 0.465根据混凝土规范表4.2.5-1，可查得：Δf f y = 135 > Δσfsi = 34.854 满足要求（二）验算斜截面疲劳强度 1、验算中和轴处的主应力 计算从略2、验算弯起钢筋所需面积 计算从略五、验算吊车梁裂缝宽度σρsk = M maxk0.87h 0A s= 92.9862630983486 N/mm 2A te = 0.5bh = 50000 mm 2 ρte = A s /A te = 0.0308976d eq = Σn i d i 2Σn i νd i= 18.2222222222222 mmψ=1.1-0.65f tkρte σρsk= 0.645257156827881由混凝土规范8.1.2得： αcr = 2.1 c=20 ψ=1.0ωmax = αcr ψσρsk E s 1.9c+0.08d eqρte= 0.0536640377934194 < 0.2 满足规范要求六、验算吊车梁挠度由混凝土规范8.2.3：B s = E s A s h 021.15ψ+0.2+6αE ρ1+3.5γf'其中： ψ=1.0 αE = 13.33 E s = 200000 A s = 1544.88 h 0 = 430 γf ' = 0ρ= A sbh 0= 0.0171653333333333代入公式可得：B s = 27027886193474.9 由混凝土规范8.2.2：B = M kM q (θ-1)+M k B s其中： θ=1.6 M k = 38.06 M q = 16.82 代入公式可得：B = 21128148926726.3f=5qlo 4384B= 2.78964728702648f/Lo=1/1981 < 1/600 满足要求七、验算吊车梁配筋率计算从略。
吊车梁设计
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。
吊车梁的竖向荷载标准值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动力系数。
对悬挂吊车（包括电动葫芦）及工作级别A1~A5的软钩吊车，动力系数可取1.05；对工作级别A6~A8的软钩吊车、硬钩吊车和其他特种吊车，动力系数可取为1.1。
吊车的横向水平荷载由小车横行引起，其标准值应取横行小车重量与额定起重量之和的下列百分数，并乘以重力加速度：1）软钩吊车：当额定起重量不大10吨时，应取12%；当额定起重量为16~50吨时，应取10%；当额定起重量不小于75吨时，应取8%。
2）硬钩吊车：应取20%。
横向水平荷载应等分于桥架的两端，分别由轨道上的车轮平均传至轨道，其方向与轨道垂直，并考虑正反两个方向的刹车情况。
对于悬挂吊车的水平荷载应由支撑系统承受，可不计算。
手动吊车及电动葫芦可不考虑水平荷载。
计算重级工作制吊车梁及其制动结构的强度、稳定性以及连接（吊车梁、制动结构、柱相互间的连接）的强度时，由于轨道不可能绝对平行、轨道磨损及大车运行时本身可能倾斜等原因，在轨道上产生卡轨力，因此钢结构设计规范规定应考虑吊车摆动引起的横向水平力，此水平力不与小车横行引起的水平荷载同时考虑。
二、吊车梁的形式吊车梁应该能够承受吊车在使用中产生的荷载。
竖向荷载在吊车梁垂直方向产生弯矩和剪力，水平荷载在吊车梁上翼缘平面产生水平方向的弯矩和剪力。
吊车的起重量和吊车梁的跨度决定了吊车梁的形式。
吊车梁一般设计成简支梁，设计成连续梁固然可节省材料，但连续梁对支座沉降比较敏感，因此对基础要求较高。
吊车梁的常用截面形式，可采用工字钢、H 型钢、焊接工字钢、箱型梁及桁架做为吊车梁。
钢结构理论与设计(设计部分)：第十章 疲劳计算和吊车梁设计
吊车梁
吊车梁工程实例
格构柱
吊车梁
吊车梁 格构柱
1. 吊车梁系统的组成
吊车梁类型：
按计算简图：简支梁 / 连续梁 按构造： 焊接梁 / 高强度螺栓桁架梁 / 栓-焊梁 按构件类型：实腹梁 / 吊车桁架
➢ 型钢截面 ➢ 焊接工字形截面 ➢ 箱形截面 ➢ 上行式直接支承吊车桁架： 吊车轨道直接铺设在桁架上弦上 ➢ 上行式间接支承吊车桁架： 桁架梁上弦放置节点间短梁，以承受吊车荷载
② 最大水平弯矩
制动结构为制动板时：按竖向轮压下最大弯矩相同轮位计算
制动结构为制动桁架时：Mymax应转换为翼缘的附加轴力，且应
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国内外试验证明，除了个别在疲劳计算中不起控制作用类别 的疲劳强度有随钢材的强度提高而稍有增加外，大多数焊接连 接类别的疲劳强度不受钢材强度的影响，这一点，通过表达式 （10.3）也能说明。
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C n
(10.3)
疲劳计算采用容许应力幅法，按弹性状态计算应力进行计 算。计算只适用于无高温（t≤150℃）、无严重腐蚀环境中的高周
柱
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吊车
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起重机类型
桥式吊车
抓斗
起重机技术规格
桥式吊车
1. 吊车梁系统的组成
组成：
➢ 吊车梁(或吊车桁架) ➢ 制动结构 ➢ 辅助桁架 ➢ 支撑
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吊车梁及制动结构的组成
1-吊车梁； 2-制动梁； 3-制动桁架； 4-辅助桁架；5-水平支撑；6-垂直支撑
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n2106
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重级钢构吊车梁的疲劳设计
重级钢构吊车梁的疲劳设计摘要：重级钢构吊车梁是工业厂房的一大关键部件，其在工业材料运输、工业机械装配等厂房生产运行中扮演着十分重要的角色。
确保重级钢构吊车梁处于正常、可靠的工作状态是有效确保生产安全的必要前提，然而，一系列数据显示，目前我国重级钢构吊车梁常处于超负荷频繁运行状态，由此导致吊车梁出现疲劳损坏。
为此，本文将针对重级钢构吊车梁的疲劳设计展开研究。
关键词：重级钢构；疲劳设计；吊车梁；破坏；裂缝疲劳破坏并不是短期形成的，疲劳裂缝一旦产生，长期忽略则可能引起构架断裂，甚至产生更严重的结果。
实行定时检查项目，开展维修加固，从某种程度来说，能够有效规避裂缝危险，确保安全性。
作为钢吊车梁金属构件的一种，重级钢构吊车梁直接负载着压力，金属疲劳产生的可能性较大。
所以，在进行重级钢构吊车梁设计时，也同样要将其金属疲劳问题考虑进去。
尽可能地减少其产生疲劳破坏的风险，还要对其开展定期检查和维修加固，确保生产万无一失。
1 重级钢构吊车梁的疲劳破坏原因研究1.1 应力幅的差别重级钢构吊车梁性能状况，及所能产生的疲劳抵抗力等，与应力幅的大小、发生频率息息相关。
依据《钢结构设计规范》，应力幅可进行具体核算，但由于仅局限在步骤方面，因此其计算结果并不可靠。
还需要考虑到：吊车梁竖向剪应力作用、吊车梁加劲助与上翼缘连接不好导致腹板上部的高应力区出现、吊车梁上翼缘局部扭转产生的附加弯曲应力作用、吊车梁受弯扭等联合作用、燥缝残余拉应力的作用、施工过程中焊缝质量问题以及轮压的取用情况等因素。
1.2 受力分析不全面在进行重级钢构吊车梁受力具体分析时，主要关注其受力荷载、起重荷载、强度、刚度等要素，并对这些要素进行计算。
通常情况下，计算完成或留有余地则意味着安全，但从实际状况来看，由于吊车梁设计时计算次数较多,且板件相对较薄，一旦吊车起重荷载产生一点偏差，将会直接引起其上翼缘、腹板等的应力幅数值的变动。
在实际铺设过程中，是无法确保百分百精确的。
某重级工作制吊车梁设计与计算
某重级工作制吊车梁设计与计算【摘要】本文通过某重级工作制硬钩吊车吊车梁设计实例，介绍钢吊车梁设计与计算的一般方法和内容，就如何通过影响线确定吊车梁最大弯矩进行了探讨和分析，并总结了重级工作制吊车梁设计的注意事项。
【关键词】重级工作制；吊车梁；硬钩；强度；疲劳一、概况某钢铁冶金厂房为多跨单层排架结构，柱距24m，由于工艺需要布置多台大吨位重级工作制硬钩桥式吊车。
下面就以其中一跨为例，介绍该跨吊车梁的一般设计方法，吊车资料如下表：二、吊车梁形式钢结构吊车梁系统通常由吊车（支承）梁、制动结构、辅助桁架以及支撑等构件组成。
吊车（支承）梁一般以吊车桁架、焊接工字型吊车梁或箱型吊车梁形式为多见，又以焊接工字型吊车梁最为常见。
由于其制作简单，结构受力性好，因此本工程采用焊接工字型吊车梁形式。
三、吊车梁设计与计算1、吊车荷载计算吊车竖向荷载: Pk=480kN; P=μrQPk=1.1*1.4*480=739.2kN吊车横向水平荷载:按荷载规范计算荷载：Hk=(94+120)*9.85*0.2/12=35.1kN; H=rQHk=1.4*35.1=49.2kN按卡轨力计算荷载：Hk=αPk=0.2*480=96kN; H=rQHk=1.4*96=134.4kN其中μ为动力系数；rQ 为荷载分项系数；α为卡轨力系数。
2、跨中最大竖向弯矩点的确定和最大竖向弯矩计算根据经验知道，简支型吊车梁在吊车轮压作用下，跨中最大弯矩位置（C点）位于吊车车轮荷载作用点，同时该位置左右侧剪力变号。
如下图所示，RA=∑P(L-X-a)/L, 跨中最大弯矩位置Mc= RAX-Mkc=∑P(L-X-a)X/L- Mkc；Mkc 为C点左侧梁上荷载P相对与C点的力矩和，为一与X无关常数。
当Mc为极大值时，根据极值条件=∑P(L-X-a)/L=0,解得X= (L-a)/2。
这表明，跨中最大弯矩位置C点与合力∑P对称于梁中心线。
根据以上结论，可以按以下方式找到一组集中荷载作用下的跨中最大弯矩C点位置:先求得该组集中荷载合力点位置，并将合力点和其紧邻的集中荷载对称布置在梁中心线两侧（如图1.1），求出支座反力；复核紧邻的集中荷载位置左右侧剪力是否变号，若变号，即可确认该集中荷载位置为跨中最大弯矩C点位置；否则需要将合力中心和下一个邻近的集中荷载对称布置在梁中心线两侧（如图1.2），继续复核直至找到最终找出符合条件的集中荷载位置，最后根据弯矩影响线求出最大弯矩。
吊车梁设计(钢结构)
2.1吊车梁系统的组成2.2吊车梁上的荷载2.3吊车梁内力计算2.4吊车梁截面验算(4)其他荷载(2)吊车横向水平荷载(1)吊车竖向荷载(3)吊车纵向水平荷载(1)简支吊车梁(2)连续吊车梁2.4.2强度计算2.4.1一般规定2.4.3腹板及横向加劲肋强度补充计算2.4.4整体稳定计算2.4.5刚度计算2.4.6疲劳计算122.5吊车梁连接计算及构造要求2.5.4其它构造要求2.5.1梁腹板与翼缘板连接2.5.2支座加劲肋与腹板、翼缘板连接2.5.3吊车梁与柱的连接2.7 车挡2.6吊车轨道3横行小车吊车梁柱吊车桥架4吊车是厂房中常见的起重设备，按照吊车的利用次数和荷载大小，国家标准《起重机设计规范》(GB3811)将其分为八个工作级别，称为A1～A8。
工作制等级轻级中级重级特重级工作级别A1～A3A4、A5A6、A7A8工作制等级和工作级别的对应关系许多文献习惯将吊车以轻、中、重和特重四个工作制等级来划分，它们之间的对应关系如下：5《起重机设计规范》GB3811-1983附录A6●吊车梁(或吊车桁架)●制动结构●辅助桁架●支撑1-吊车梁；2-制动梁；3-制动桁架；4-辅助桁架；5-水平支撑；6-垂直支撑吊车梁及制动结构的组成组成：7吊车梁类型：按计算简图：●简支梁●连续梁按构造：●焊接梁●高强度螺栓桁架梁●栓-焊梁按构件类型：●实腹梁●型钢截面●焊接工字形截面●箱形截面●上行式直接支承吊车桁架：●上行式间接支承吊车桁架：吊车轨道直接铺设在桁架上弦上桁架梁上弦放置节点间短梁，以承受吊车荷载●吊车桁架8制动结构：●制动梁●制动桁架●承受横向水平荷载，保证吊车梁的整体稳定●可作为人行走道和检修平台作用：宽度：●应依吊车起重量﹑柱宽以及刚度要求确定。
●一般不小于0.75m 。
●宽度≤1.2m 时，常用制动梁●宽度＞1.2m 时，宜采用制动桁架制动结构选用：对于硬钩吊车的吊车梁，其动力作用较大，均宜采用制动梁。
钢结构的疲劳和焊接实腹吊车梁的裂缝 产生初探
金 属构件的疲劳破坏 是局部范性应变集 中所引起的 ，而应变集 中 则 是 因构件 中存在 着各 种缺 陷 （ 气 孔 ，夹渣 ，蜂窝 ，大 的表 面划 伤 ， 接头处 的磨蚀 ，原 子错位等 ） 而造成 的 ， 还 有环境介 质的侵入 。这些 缺 陷本 身就是 一些 “ 胚芽 ”型的裂纹 ，在循 环应力 的作用下 ，都会 导 致应 变集 中，成为 真正 的疲 劳裂缝 ，如 在许 多合金 和多相材料 中 ，粗 大 的第二 相质 点 （ 夹 杂物 ） 的存 在 ，对裂 纹 的产生起 着重要 的作 用 ， 夹 杂物是有较 高的应力集 中作用 ，从而在很 低 的公称 应力下 出现局部 的范性 变形。应变集 中在疲 劳破 坏过程 中不 例外地是 由于应力集 中所 导致 的。减少这些应变集中是防止疲劳的首要条件 。 当循环应力值达 到其 一定值时 ，上述缺 陷处的集中应力值将 达到 很 大，使 得在某一 瞬间缺 陷处突然撕裂 ，生成初始 裂痕。这种高应 力 对 物体强行破 坏的撕裂作用 ，开始时产 生的裂痕甚小 。等进行到相 当 多 的次数以后 ，两个 裂面 同环境 介质侵入 和微量变形 等影 响而无法重 新 “ 粘合 ” 。这时在过程的重复进行 中，微观裂纹就会开始 发展 成较大 的裂纹 。较大裂 纹 （ 临界尺寸 ） ，发展所需时 同，亦立 即产生一个 可见 度 的裂 纹所需 的循 环次数 ，取决于载荷 振幅和材料性 能。这就是疲 劳 破坏需要一定时间和一定循 环次数 的原 因 ， 也是微裂开展 的机理所在。
建筑 与发展
・
预应力混凝土吊车梁的疲劳强度验算
2 静力及截面力学特性计算 2 ． 1 静力计算
由于吊车梁跨度较短， 进行正截面疲劳强度验算时， 只需考 虑吨位较大的吊车作用时的状况 。 当吊车只有一个轮子作用在 吊车梁上时， 经计算最大弯矩点距梁端 2． 92 m， 最大弯矩 M k = 484． 63 kN·m， 而当两个轮子都作用在吊车梁上， 经计算最大弯 矩点距梁端 1． 44 m， 最大弯矩 M k = 360． 05 kN·m。综合考虑， 取 对距梁 吊车只有一个轮子作用在吊车梁上的不利情况进行计算， f 端 2． 92 m 截面进行疲劳验算， 则自重产生的弯矩标准值： M Q = 34． 95 kN · m， 取 用 的 活 荷 载 标 准 值 所 产 生 的 弯 矩 值： M
2 500 N / mm2 ， 压区强度设计值为 f py ' = 190 N / mm 。
=
449． 68 kN·m。疲劳验算时每个轮子产生的扭矩 t = Ψ c · T QK = 0． 7 × 16． 77 = 11． 74 kN / m。
2． 2
截面力学特性
截面力学特性的计算主要采用换算截面法， 预应力钢筋与 C30 混凝土弹性模量之比 α E = E S / E C = 6． 67 ， 净截面重心至下边 缘的距离 y n = 590． 43 mm， 换算截面重心至下边缘的距离 y0 =
80 25
① （ 2） ③
50 80
570
4 2 净截面 An=24.84×10 mm 重心轴 In=2.512 4×1010 mm4
②
900 1 020
547.18
④
590.43
图 1 吊车梁立面图
吊车梁及制动结构的设计要点
吊车梁及制动结构的设计要点摘要：文章结合钢吊车梁及制动结构设计的经验，论述在钢吊车梁及制动结构设计过程中应注意的重点问题。
关键词：钢吊车梁；制动结构；设计要点一、研究背景吊车梁是工业厂房的重要组成部分，属于厂房内的重要构件，吊车梁出现问题很可能造成重大的工程事故。
现今的工程绝大部分均采用钢结构吊车梁。
本文通过理论同时结合本人设计过的一些重型汽车工业厂房钢吊车梁及制动结构的经验，论述在钢吊车梁及制动结构设计过程中应注意的几个重点。
二、钢吊车梁及制动系统设计要点1.关于吊车梁计算的荷载取值：《建筑结构荷载规范》中规定吊车横向水平荷载标准值是根据小车重量和额定起重量之和乘以不同的百分数确定的，但在《钢结构设计标准》中规定，验算重级工作制吊车梁及制动结构的强度、稳定性及连接的强度时，应考虑吊车摆动引起的水平力，并给出了计算公式，并且与《荷载规范》中的水平力不同时考虑，此时应取其中大值进行计算，当遇到重级别工作制吊车梁设计时应引起注意。
《荷载规范》中规定动力系数的取法，但并不是所有计算中都要乘动力系数，《钢结构设计标准》中规定只有在计算强度和稳定性时，动力荷载设计值应乘以动力系数；在计算疲劳和变形时，动力荷载标准值不乘动力系数。
《钢结构设计标准》中规定计算吊车梁及其制动结构的疲劳和挠度时，吊车荷载应按作用在跨间内荷载效应最大的一台吊车确定，而在计算强度和稳定时，一般按两台最大吊车的最不利组合考虑；并且只有在重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架才进行疲劳验算。
在选取吊车的最大轮压时，一定要注意吊车的形式。
例如50T桥式吊车在不同的吊车样本中轮子数量是不一致的。
有些样本中轮子的数量为4个，有些样本中轮子数量则为8个。
如果将8轮式吊车的最大轮压值当作4轮式吊车的荷载用于计算吊车梁，将会造成荷载取值严重偏小。
所以我们在进行最大轮压的取值时，样本不应作为我们取值的唯一依据，而应当通过吊车起重量吊车自重等主要参数估算最大轮压是否与样本接近。
疲劳计算与吊车梁设计
吊车梁下翼缘板因只受Mx产生的纤维拉应力， 在双轴对称工字形截面中其应力小于上翼缘板的，因 而不需再验算下翼缘板的强度。 图10.7(b)至图10.7( d)所示均为边列柱时 的吊车粱组成。当为中列柱时，因柱两侧跨间均有吊 车梁，此时只需将两侧的吊车粱上翼缘板间连以制动 粱或制动桁架即可，如图10.9所示。吊车梁的计算与 前面所述相同。
—欠载效应的等效系数
e f
n210
6
—循环次数为n=2×106次的容许应力幅, 按50年考虑。
【例题10.1】某由双角钢组成的轴心受拉构件，钢材为Q235-B，截面为2∠75
x8，截面积A=2x11.50=23.Ocm2。节点板厚12mm，与角钢用四条侧面角焊缝相 连如图10.5所示。拉杆承受等幅循环荷载，预期应力循环次数n =1.5E6次， 最大荷载标准值Nkmax= 370kN，最小荷载标准值Nkmin=220kN，最大荷载设计值 Nmax= 490kN。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
二、吊车梁截面的组成及验算
（1）.单轴对称工字形截面 适用于Q≤ 30t，L≤ 6m
此时竖向轮压产生的弯矩设计值Mx由整个梁截面承受横向水平力T 产生的弯矩设计值My则假定单由上翼缘承受，因而不用考虑T引起 的扭转影响。
强度和稳定的验算公式分别为
抗弯刚度 上翼缘
下翼缘
整体稳定（上翼缘）
W1nx、W2nx和W1x分别为整个梁截面的净截面和毛截面对x轴 的弹性截面模量，1和2分别指对上翼缘和下翼缘。 W1ny和W1y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 ɸb为单向弯曲时梁的整体稳定系数
2)疲劳验算 对重级工作制时的吊车粱和重级、中级工作制时的吊车桁架， 还需疲劳计算。对焊接吊车粱的疲劳计算，主要包括下列内容：
浅谈钢结构的疲劳计算
35科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 建 筑 科 学钢结构的疲劳是微观裂纹在连续重复载荷作用下不断扩展直至最后达到临界尺寸时出现的突发性断裂破坏,破坏时塑性变形很小,因此,疲劳破坏属于没有明显变形的脆性破坏,有着较大的危险性。
钢结构的疲劳按照其断裂前的应变大小和应力循环次数可分为高周疲劳和低周疲劳。
车辆的断裂、压力容器破裂(压力的波动)、弹簧、传动轴等多属于高周疲劳。
其特征是应变小,应变循环次数多。
承受剧烈反复的载荷作用的杆件,例如:压力容器、燃气轮机零件等,也能使其产生疲劳,其应变大,循环次数少,故属于低周疲劳。
钢结构只考虑应变循环次数n ≥5×104次的高周疲劳,计算范围仅限于直接承受动力载荷重复作用的构件(如:吊车梁、吊车桁架、工作平台梁等)及其连接。
另外,由于高温和腐蚀环境的疲劳破坏机理及表达式与常温、无严重腐蚀的情况不一样,故在此要求结构环境应为常温,且无严重腐蚀作用。
在以往较长的时期,对钢结构的疲劳计算一直采用最大应力σm ax 或应变比σm i n /σm a x 准则,近年来,随着工程实践和实验技术的提高,逐渐认识到对焊接结构疲劳强度计算,应考虑残余应力的影响,其计算应采用应力幅准则。
即影响焊接结构疲劳强度的因素除应力集中和应力循环次数外,再就是应力幅Δσ=σm a x -σm i n ,而ρ和σm a x 对其并无明显影响。
1 疲劳计算《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)规定n ≥5×104为疲劳寿命底限,因此,对承受动力载荷重复作用的钢结构构件(如:吊车梁)及其连接,当应力变化的循环次数n ≥5×104次时,应进行高周疲劳计算。
由于现阶段对不同类型构件和连接的疲劳裂缝的形成、扩展以至于断裂这一全过程的极限状态研究不足,掌握的疲劳强度数据只是结构抗力表达式中的材料强度部分,故《规范》规定疲劳计算应采用容许应力幅法。
吊车梁设计总结
吊车梁设计总结[转贴]一、吊车梁所承受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。
吊车梁的竖向荷载标准值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动力系数。
对悬挂吊车（包括电动葫芦）及工作级别A1~A5的软钩吊车，动力系数可取1.05；对工作级别A6~A8的软钩吊车、硬钩吊车和其他特种吊车，动力系数可取为1.1。
吊车的横向水平荷载由小车横行引起，其标准值应取横行小车重量与额定起重量之和的下列百分数，并乘以重力加速度：1）软钩吊车：当额定起重量不大于10吨时，应取12%；当额定起重量为16~50吨时，应取10%；当额定起重量不小于75吨时，应取8%。
2）硬钩吊车：应取20%。
横向水平荷载应等分于桥架的两端，分别由轨道上的车轮平均传至轨道，其方向与轨道垂直，并考虑正反两个方向的刹车情况。
对于悬挂吊车的水平荷载应由支撑系统承受，可不计算。
手动吊车及电动葫芦可不考虑水平荷载。
计算重级工作制吊车梁及其制动结构的强度、稳定性以及连接（吊车梁、制动结构、柱相互间的连接）的强度时，由于轨道不可能绝对平行、轨道磨损及大车运行时本身可能倾斜等原因，在轨道上产生卡轨力，因此钢结构设计规范规定应考虑吊车摆动引起的横向水平力，此水平力不与小车横行引起的水平荷载同时考虑。
二、吊车梁的形式吊车梁应该能够承受吊车在使用中产生的荷载。
竖向荷载在吊车梁垂直方向产生弯矩和剪力，水平荷载在吊车梁上翼缘平面产生水平方向的弯矩和剪力。
吊车的起重量和吊车梁的跨度决定了吊车梁的形式。
吊车梁一般设计成简支梁，设计成连续梁固然可节省材料，但连续梁对支座沉降比较敏感，因此对基础要求较高。
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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。
（1）吊车梁的竖向荷载
吊车梁的竖向荷载标准值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 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动力系数。 作用在吊车梁上的最大轮压设计值:
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
（1）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 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：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， 危险性较大。 疲劳断裂分为三个阶段：裂纹的形成、裂纹缓慢扩展与 最后迅速断裂。
1
(10.5)
公式10.5是根据总的损伤按线性叠加计算
（4）吊车梁疲劳计算
• 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
f n210
f
6
（10.6）
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 的光滑区和余下的粗糙区。
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， 被突然拉断的断口为粗糙区。
（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；
上面(1)-(3)是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 方面还应包括下列各点： 1)刚度验算 吊车粱的竖向挠度应满足下式要求：
Mxk为由自重和不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 容许挠度[VT]可按本书附表1.7项次1查得 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， 其跨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 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1/2200。
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
设计中要考虑疲劳问题
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）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。
静力荷载
脉冲循环
完全对称循环
变幅循环
2）应力幅 ——在循环荷载作用下，应力从最大max 到最 小min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 =maxmin 上图中b到e图为等幅循环
（5）应力循环次数（n）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 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。
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 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50%;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 保证率为97.7%
（3）变幅疲劳计算
• 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。按 下式进行计算
吊车梁下翼缘板因只受Mx产生的纤维拉应力， 在双轴对称工字形截面中其应力小于上翼缘板的，因 而不需再验算下翼缘板的强度。 图10.7(b)至图10.7( d)所示均为边列柱时 的吊车粱组成。当为中列柱时，因柱两侧跨间均有吊 车梁，此时只需将两侧的吊车粱上翼缘板间连以制动 粱或制动桁架即可，如图10.9所示。吊车梁的计算与 前面所述相同。
依《建筑结构荷载规范》(GB 50009)的规定， 作用于每个吊车横向水平荷载的设计值：
Q —吊车额定起重量 Q1--小车重量 n --桥式吊车的总轮数 g —重力加速度
吊车工作级别为A6 ～ A8（重级工作制吊车梁）时，吊车运行时摆动 引起的水平力比刹车更为不利,钢结构设计规范(GB50017)规定：吊车 横向水平力标准值：
Wnx为吊车粱的净截面对x轴的弹性截面模量 W'ny为制动梁截面在吊车梁上翼缘 外侧对y轴的净截面弹性截面模量
(3)带制动桁架的吊车梁
适用于吊车梁跨度 L≥12m(A6～A8) L≥18m(A1～A5) 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 车梁同样高度的辅助桁架。 在吊车梁的下翼缘和辅助桁架的 下弦平面内设置水平支撑，使吊车 梁和制动梁系构成一箱型截面。 为增加截面刚度，在吊车梁的跨 度的L/3-L/4处还需设置垂直交叉支 撑。
0.1 α1=
软钩吊车
0.15 抓斗或磁盘吊车
0.2
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 应取式（10.8）和式（10.9）中的较大者
3.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
—欠载效应的等效系数
e f
n210
6
—循环次数为n=2×106次的容许应力幅, 按50年考虑。
【例题10.1】某由双角钢组成的轴心受拉构件，钢材为Q235-B，截面为2∠75
x8，截面积A=2x11.50=23.Ocm2。节点板厚12mm，与角钢用四条侧面角焊缝相 连如图10.5所示。拉杆承受等幅循环荷载，预期应力循环次数n =1.5E6次， 最大荷载标准值Nkmax= 370kN，最小荷载标准值Nkmin=220kN，最大荷载设计值 Nmax= 490kN。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
竖向荷载 横向水平荷载
吊车梁 制动桁架
当制动梁宽度B≥1.2m时，为节约钢材，常把制动梁改成制动桁架，见图10.8
当为制动梁时，吊车梁的抗弯刚度可按前述的（10.13）式计算 当为制动桁架时，吊车梁上翼缘板的强度按下式验算：
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 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My产生的 轴向压力N1和节间局部弯矩My‘。局部弯矩My’常按下式近似算出
2)疲劳验算 对重级工作制时的吊车粱和重级、中级工作制时的吊车桁架， 还需疲劳计算。对焊接吊车粱的疲劳计算，主要包括下列内容：
①受拉翼缘连接焊缝附近的主体金属； ②受拉翼缘板上螺栓孔附近的主体金属； ⑧横向加劲肋端部的主体金属； ④受拉翼缘与腹板的连接角焊缝； ⑤梁端突缘支承加劲肋与腹板的连接角焊缝
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。
(1)荷载设计值作用下的静力强度验算
1) 构件的抗拉强度 2）角钢背角焊缝的强度 3）角钢趾尖角焊缝的强度
（2）疲劳计算
1）侧面角焊缝端部主体金属（角钢）的疲劳 2）角钢背角焊缝的疲劳 3）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。10.5吊车梁的设计要点
一、吊车梁的荷载 二、吊车梁截面的组成及验算
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
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 等级的对应关系：A1-3级，相当于轻级工作制，A4-5为中级工作制，A6-7 为重级工作制， A8为超重级工作制吊车
2.吊车的横向水平荷载
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
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 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
（4）应力循环
1）应力比 ＝min/max 连续重复荷载之下应力从最大到最小重复一周叫做一个循环。 应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。 =－1时，称为完全对称循环； =0时，称为脉冲循环； =1时，为静荷载； 0＜＜1时，为同号应力循环； －1＜＜0时，为异号应力循环。