桥式起重机设计计算讲义

一、通用桥式起重机箱形主梁强度计算(双梁小车型)1、受力分析作为室内用通用桥式起重机钢结构将承受常规载荷G P 、Q P 和H P 三种基本载荷和偶然载荷S P ，因此为载荷组合Ⅱ。

其主梁上将作用有G P 、Q P 、H P 载荷。

主梁跨中截面承受弯曲应力最大，为受弯危险截面；主梁跨端承受剪力最大，为剪切危险截面。

当主梁为偏轨箱形梁时，主梁跨中截面除了要计算整体垂直与水平弯曲强度计算、局部弯曲强度计算外，还要计算扭转剪切强度，弯曲强度与剪切强度需进行折算。

2、主梁断面几何特性计算上下翼缘板不等厚,采用平行轴原理计算组合截面的几何特性。

图2-4注：此箱形截面垂直形心轴为y-y 形心线，为对称形心线。

因上下翼缘板厚不等，应以x ’— x ’为参考形心线,利用平行轴原理求水平形心线x —x 位置c y 。

① 断面形状如图2-4所示,尺寸如图所示的H 、1h 、2h 、B 、b 、0b 等。

② 3212F F F F ++=∑ [11Bh F =，02bh F =，23Bh F =] ③ Fr q ∑= (m kg /)④ 321232021122.)21(2)2(F F F h F h h F h H F Fy F y ii c +++++-=∑⋅∑=(cm ) ⑤ 223322323212113112212)(212y F Bh y F h h H b y F Bh J x ⋅++⋅+--+⋅+= (4cm ) ⑥ 202032231)22(21221212bb F h b B h B h J y ++++= (4cm ) ⑦c X X y J W /=和c X y H J -/(3cm ) ⑧ 2BJ W yy =(3cm ) 3、许用应力为 ][σ和 ][τ。

4、受力简图1P 与2P 为起重小车作用在一根主梁上的两个车轮轮压，由Q P 和小车自重分配到各车轮的作用力为轮压。

如P P P 21==时，可认为P 等于Q P 和小车自重之和的四分之一。

5. 主梁跨中集中载荷(轮压1P 和2P )产生最大垂直弯矩M p4)(212SP P Mp +=φ (N ·m) 1P ≠2P 时简算22bS PMp -=φ (N ·m) P P P 21==时 22bS P Mp -=φ (N ·m) 1P ≠2P 时，可近似取221P P P +=注：建议当1P ≠2P 时，采用221P P P +=计算为佳。

6. 跨中均布载荷(自重G P )产生最大垂直弯矩M q88211qS SP Mq G φφ==(N ·m)7. 主梁跨中垂直最大弯矩M 垂Mq Mp M +=垂8. 主梁跨中水平惯性载荷产生弯矩水M)23(24)21(42rSS q r S S P M -+-=惯惯水 (N ·m)式中： y y J J Bl c S r 21233·28++= y J 1——主梁端截面的)(4cm J y y J 2——端梁截面的)(4cm J yZZ P P 151=惯)(21Q P P +=小车自重 1Z ——起重机大车驱动轮数Z ——总轮数ZZ q q 151=惯9. 主梁跨中截面弯曲强度计算34.1][4sII YX W M W M σσφσ==+=水垂10. 主梁跨端剪切强度计算跨端最大剪力max Q2)1(21max qSS b P P Q +-+= 跨端最大剪应力τ3][][ 2·10max II II x J S Q στδτ=≤=0S ——主梁跨端截面的静面矩（中性轴以上面积对中性轴的静面矩，各面积乘以形心至中性轴距离；3cm ）δ——腹板厚（cm ）x J 1——截面的水平惯性矩（4cm ）1. 垂直静刚度垂f][48)(321f EJ S P P f x≤+=垂——简算][12)75.0( )(2221f EJ l S l P P f x≤-+=垂——精算l 为小车轮压至主梁支承处距离，见下图所示。

当P P P 21==时][6)75.0( P 22f EJ l S l f x≤-=垂注：① 1P 、2P 不乘以系数φ。

② 均布载荷（自重G P ）产生的垂直静刚度不予以计算，因无法检测。

2. 水平静刚度水f 参看图2-6。

2000][)45(384)31(4843Sf r S EJ S q r S EJ S P f y y =≤-+-=水惯惯水水f 不检测，只作为设计计算用。

整体稳定性一般不作计算，因为是简支梁，不可能发生失稳造成前倾与侧翻，通常情况下只要计算出主梁水平刚度2000][Sf f =≤水水时即可免算。

以箱形受弯构件局部稳定性为例，作为简支梁箱形截面主梁，弯曲时只有腹板受压区和受压翼缘板处才有局部失稳的可能。

保证不失稳的办法是设置加劲肋。

1. 腹板的局部稳定性计算分两种情况处理：一种是正轨(包括半偏轨)箱形梁，局部压应力0=m σ；另一种是偏轨箱形梁，局部压应力0≠m σ(轮压作用在腹板上)。

(1) 横向加劲肋间距a 的确定 ① 当shh σδ23580≤时，0h ——腹板高，h δ——腹板厚，s σ——材料屈服极限。

0=m σ时，可不设置加劲肋。

0≠m σ时，按结构适当增设加劲肋。

② 当shsh σδσ235100235800≤<时，应设置横向加劲肋，此时取h a 5.2≤。

③ 当shsh σδσ235170235100≤<时，应设置横向加劲肋。

当0=m σ时： a) 当12000≤ητδhh 时，取02h a ≤b) 当150012000≤<ητδhh 时，取100050000-≤ητδhh h ac) 当15000>ητδhh 时，取500100000-≤ητδhh h a上式中η可查下表2-4。

表2-4表2-4中1σ为腹板与受压翼缘板接触处的弯曲应力如图2-10所示。

上式中00m ax h Q δτ=(max Q ——最大剪力，对简支梁A R Q 21max =，A R 为支反力) 当0≠m σ时：41003K h h K a h-≤σδ注：3K 和4K 查表2-5表2-5上表中m σ——局部压应力。

][ σδσ≤=cP mP ——轮压δ——翼缘板厚y h a c 2+=mm a 50≈y h 为轨道高度。

④ 当shsh σδσ235240235170≤<时，此时除应设置横向加劲肋，同时应增设一条纵向加劲肋。

当0=m σ时，01)41~51(h h =102h h h -=当1002≤hh δ时，25.2h a ≤当12002≤τδhh 时，22h a ≤150012002≤<τδhh 时，100050022-≤τδhh h a15002>τδhh 时，500100022-≤τδhh h a当0≠m σ时，01)41~51(h h =，2221K h h K a h-≤τδ 上述当计算出的a 值大于h 2。

或出现负值时取22h a ≤即可。

上式中的1K 和2K 如表2-6所示。

表2-6⑤ 当shsh σδσ2353202352400≤<时，此时应加横向加劲肋，同时增设二道纵向加劲肋。

01)2.0~15.0(h h = 02)2.0~175.0(h h =a 按④部分0=m σ和0≠m σ时a 公式计算确定。

⑥shh σδ235320>时应加横向加劲肋和同时增设多道纵向加劲肋，这种情况为高腹板、大起重量、超大跨起重机时才这样处理，详细计算请见起重机设计手册564页相应部分，一般不会出现这种情况。

⑦ 腹板加劲肋的结构要求和截面设计 a) 加劲肋间距的构造要求只有横向加劲肋时，0)2~5.0(h a =，且不大于2m 。

同时设置横向和纵向加劲肋时，202~5.0h h a =，且不大于2m ，需要加横向短加劲肋1a 时，1175.0h a ≥，1h 和2h 均为021)41~51(h h h ==，一般情况是加一个横向加劲肋再加一个短横向加劲肋。

b) 加劲肋的截面形式横向加劲肋采用钢板，纵向加劲肋采用扁钢，角钢等。

c) 加劲肋截面尺寸与惯性矩仅设横向加劲肋时，如图2-13所示。

横向加劲肋宽度4030+≥h b (工字形主梁) )4030(2.10+≥h b (箱形主梁) 横向加劲肋厚度15b ≥δ 同时设有横向、纵向加劲肋时横向加劲肋除应满足间距a 要求时，还应满足应具有一定惯性矩1Z I 。

要求3013h Z h I δ≥1Z I ——横向加劲肋截面对腹板厚中心线的惯性矩。

纵向加劲肋惯性矩2Z I 当85.00≤h a时，3025.1h Z h I δ≥ 85.00>h a 时，320202)45.05.2(h Z h a h a I δ-≥22·x F I Z =F ——角钢截面积x ——角钢垂直形心线至腹板中心线距离 2. 受压翼缘板局部稳定性计算(1)sb σδ23515≤——工字梁——不加纵向加劲肋(2)sb σδ23540≤——箱形梁——不加纵向加劲肋(3) 当sb σδ23515>和sb σδ23540>时，应加纵向加劲肋。

纵向加劲肋应保证有一定的惯性矩要求。

mb a b a I Z 31213)09.064.0(δ+≥3Z I ——纵向加劲肋惯性矩，为纵向加劲肋面积乘以水平形心线至翼缘板水平中心线距离的平方。

m ——纵向加劲肋个数1b ——翼缘板总宽 a ——横向加劲肋间距δ——翼缘板厚度(4) 纵向加劲肋材料多采用扁钢、角钢和T 字钢等。

四、通用桥式起重机端梁的设计计算通用桥式起重机端梁都是采用钢板组焊成箱形端梁，并在水平面内与主梁刚性连接。

端梁承受有二种主要载荷：一是承受主梁的最大支承压力m ax V ；二是承受桥架偏斜侧向载荷s P 。

)(2121max Q G G P P P V ++=小，此时为起重小车行至主梁跨端，式中G P 为一根主梁自重，小G P 为起重小车自重，Q P 为起重量。

上述载荷将使端梁产生垂直弯矩和剪力，并认为两主梁的压力相同。

小车水平制动载荷和端梁的自重影响很小，可忽略不计，端梁的受力图如图2-16所示。

图2-16中B 为轮距（基距），0B 为两主梁中心距，C 为车轮中心至主梁中心的距离。

端梁计算将按图2-16中的危险截面Ⅰ-Ⅰ,Ⅱ-Ⅱ,Ⅲ-Ⅲ分别计算，Ⅰ-Ⅰ截面为端梁最大弯矩截面，Ⅱ-Ⅱ为支承截面，Ⅲ-Ⅲ为薄弱截面。

1. Ⅰ-Ⅰ截面弯曲应力与剪应力：C V M V ⋅=max C P M s H ⋅=剪力 max V Q V =Ⅰ-Ⅰ截面应力[] σσ≤+=yHx V W M W M 剪应力一般不大，可忽略不计。

2. Ⅱ-Ⅱ截面弯曲应力与剪应力：Ⅱ-Ⅱ截面水平弯矩和垂直弯矩近似为零。