大型门式起重机结构设计计算
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第 !" 期 "%%R 年 !" 月
文章编号： !%%! 5 $YY& \ "%%R ] !" 5 %%!& 5 %"
Q7E,4.-HL
机械设计与制造 I-C4/. ‘ Q7.BG7EKBH-
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大型门式起重机结构设计计算
李清刚 " 吴 陈 " 赵 亮 " 李跃升 " （! 武汉大学 城市设计学院，武汉 #$%%&"） （" 中国石油第一建设公司，洛阳 #&!%"$） 杨 正! 薛金保 " 方 彪"
# 来稿日期： "$$I . $( . "I
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 故可不做稳定性计算。 大型结构， 用如此简化的力学模型取代， 不可避免地产生计算的
"H IH % 横梁局部稳定性计算
# 结语
通过以上计算分析可知，该起重机钢结构除柱分肢的局部 稳定性不满足设计要求外， 其余各项强度、 刚度、 稳定性指标均 满足设计要求。为提高柱分肢的局部稳定性，可从结构设计上 入手， 如减小缀条间距、 在分肢角钢上加焊肋板等， 对改善稳定 性均有帮助。 本计算将门架在门架平面内简化为无侧移铰支刚架，在门 架平面外简化为两端铰支的杆件，用传统结构力学和钢结构的 计算方法对其强度、 刚度、 稳定性进行计算。显然， 如此复杂的
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图 " 力学模型
*- " 力学模型的建立
仅对双门 */$4 5 ./6 工况进行计算分析。 按结构力学计算 方法， 由于两门架前后对称， 可将双门架简化为一单门式刚架， （即门架平面 ） （即 视为无侧移铰支刚架，&$% 平面 #$% 平面内 门架平面外 ） 为两端铰支的杆件， 缆风绳对门架的约束用其施加 于门架的拉力 ’ 取代。图 " 为简化后的力学计算模型。 图中 ( )—吊点载荷； * 风 —工作状态风载荷； ’+ 、 ’, 、 ’-—分别为缆风绳拉力 ’ 沿 &、 #、 % 方向的分量； . —主横梁单位长度重量； /—柱单位长度重量； 0—门架跨度； 0’ —吊点间距； 1—门架高度。 &$% 平面内 柱刚度满足要求。 许挠度为 1 5 +)) ! (’- /66，
双门 "#Q) P R#N， !"Q) P R#N、 SQ) P S%N； !RQ) P S%N。
# 来稿日期： "%%R 5 %# 5 !Y
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中图分类号：^@"!"
" 钢结构的设计计算
"T ! 门架的结构设计
整体稳定性满足要求。
*- .- * 柱分肢稳定性计算
在分肢角钢上取相邻两缀条焊接点之间的分肢角钢， 并将其 视为实腹式受压杆进行稳定性计算， 有： ! 7 89’ 5 #’ : ! ’##- . 9 ! 7 ""#$%& 稳定性满足要求。
横梁则取其跨度中点、两吊点和右端部为计算点，计算式 为：
*- .- " 柱分肢局部稳定性计算
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每个门架由两个格构式柱和一个箱型主横梁通过螺栓联 接而成。主横梁采用箱型焊接结构， 主要由上下翼缘板、 前后腹 （7） ，外廓尺寸长 U 宽 U 板和中间隔板等部分构成，截面见图 " 高为 !""%% U !R%% U "%%%NN$ ， 主横梁上两吊耳间距 RT %N。 横梁 以及便于组 材料为 !RQ.。为满足不同尺寸的化工设备的吊装， 装，柱采用若干不同高度的柱节通过螺栓连接而成，根据工作 （ N） …， 。 要求可组合的柱高度可为 ! V W" X "（ " " # %， !， !# ） 各柱节均为格构式结构，四分肢和缀条采用不同规格的等 （ 6） （即门架跨度 ） ， 两柱中心距 边角钢， 柱中部截面示意如图 " YT "N。柱分肢材料为 !WQ.Z[。
! 引言
该大型门式起重机是中石油第一建设公司为适应石油、化 工等行业的快速发展，解决重、大型设备吊装而自主设计制造 的大型起重设备。 该起重机主要由钢结构、起升机构和固定装置构成。起重 机的钢结构是起重机的重要组成部分，其安全可靠性直接决定 了起重机的工作能力和工作质量。该起重机钢结构由两个门式 刚架组成，两门架间由两根联系梁连接。门架底部采用球铰支 座，顶部沿四个方向用缆风绳斜拉至地锚固定。起重机即可单 门架独立工作，也可双门架组合工作，以适应不同设备的吊装 要求， 见图 ! 。
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【摘要】 利用优化的八节点超参数单元法对某型发动机低压压气机转子叶片的振动特性进行了 计算分析， 并结合转子结构和发动机工作状态深入分析了可能发生的危险共振情况， 发现第二级转 子叶片抗振性能不好， 为转子叶片的在线监测与故障预报提供了重要依据。 关键词：压气机； 振动特性； 有限元法； 共振分析 【!"#$%&’$】!"# $%&’()%*+ ,"(’(,)#’%-)%, *. )"# ’*)*’ &/(0# .*’ -*1# )23# /*4 ,*13’#--*’ "($# &##+ ,*15 36)#0 (+0 (+(/27#0 &2 1#(+- *. ( *3)%1%7#0 #%8") +*0#- *$#’ 3(’(1#)#’- .%+%)# #/#1#+)9 :%)" ,*1&%+# )"# ’*)*’ -)’6,)6’# (+0 )"# 4*’;%+8 -)()# *. (#’* < #+8%+# )"# 3*)#+)%(/ (+0 0(+8#’*6- ’#-*+(+,# "($# &##+ (+(/27#0 0##3/29 :# .%+0 )"# 3#’.*’1(+,# *. ’#-%-)%+8 $%&’()%*+ %- +*) 8**09 =) (/-* 3’*$%0#- )"# %13*’)(+,# &(-%- )* 1*+%)*’%+8 %+ -%)# (+0 .(6/) .*’#,(-)9 ()* +,%-#. /,01%)##,%； 23"%&$3,4 ’5&%&’$)%3#$3’6 7343$) )8)0)4$ 0)$5,-6 9)#,4&4’) &4&8*#3# 中图分类号：Q"#!H M" 文献标识码：F
图 " 截面示意图
"T " 计算工况和载荷分类
图 ! 起重机结构示意图
考虑起重机的实际工作状情况和设计吊装能力，计算可分 为以下几种工况： \ ! ] 单门工况： !"Q) P R#N， SQ) P S%N。
起重机设计吊装能力 （ 额定起升荷重 P 柱高度 ） 为单门
: ’1 3
杨
正等： 大型门式起重机结构设计计算
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【摘要】 重点介绍了 "#Q) 大型门式起重机钢结构的强度、 刚度、 稳定性的设计计算， 并根据计 算结果提出了一些建议。 关键词 _ 门式起重机； 强度； 刚度； 稳定性； 有限元 【!"#$%&’$】 $"%& ’()&*+"+ ",%-./01’/ %&’ "#Q) 2*-3’ 4 +1*2’ 3*%’ %5)’ &."+% 1-*,’ +%’’2 +%-01%0-’ ",6 %’,+"%57 %&’ -"3"/"%57 %&’ +%*82’ /’+"3, 1*2102*%".,7 9,/ )0% :.-;*-/ +.(’ )-.).+*2+ *11.-/",3 %. %&’ 1.()0%’/ -’+02%< ()* +,%-#. /&0$%* ’%&0)； 1$%)02$3； 4525-5$*； 1$&"565$*； 7505$) )6)8)0$ 文献标识码：(
（# 沈阳发动机设计研究所， ’ " 沈阳航空工业学院 航空宇航学院， 沈阳 !!$$#(） 沈阳 !!$$!%）
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其中： 2 ! 2 0 3 0’ 3 5 * 。
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参考 《钢结构设计规范 》中重级工作制桥式吊车挠度允许 梁挠度满足要求。 值， 取 7 4’ 8 ! 0 5 ’*)) ! +- +66， 2 * 3 柱刚度计算 在风载和柱顶部横梁弯矩 5 的共同作用下，柱将产生弯 曲， 其右柱 1 5 * 处的挠度为：
! +"- +66 参考《起重机设计规范 》 中梁的挠度 ,/ 6 5 +)) ， 取柱的允
*- . 稳定性计算 *- .- ’ 柱整体稳定性计算
#$% 平面内 ! *"(- #$%&0 ! ! ""#$%&
! "*1- +$%&0 ! ! ""#$%分布情况知柱受压力和弯矩共同作用，故按压弯构 件计算， 且右柱内力较左柱大， 故校核右柱强度， 计算式为；
柱分肢角钢宽厚比为： 计算结果见表 ’ 。 由计算结果知门架强度满足要求。 故分肢局部稳定性略差。
*- # 刚度计算
2 ’ 3 横梁刚度计算 按简支梁计算主横梁的最大挠度， 可得：
*- .- / 横梁整体稳定性计算
《钢结构设计规范 》 由 ， 因横梁有 1 ; 2) ! ’- *# 9 ., 0 ; 2) ! #- 1 9 (# 2 *"# 5 !, 3 ! ++- )
第 !" 期 "$$I 年 !" 月
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O2>0:3-?C
机械设计与制造 6-A:43 P O231E2>@1?-
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低压压气机转子叶片振动特性计算与分析
" 金业壮 ! ， 杜少辉 # 闻邦椿 " （! 东北大学， 沈阳 !!$$!% &
表 ’ 计算结果
第 ’* 期
2 * 3 双门工况： */$4 5 ./6， ’.$4 5 1)6。 计算中考虑的载荷有： 自重载荷、 起升载荷、 起升动载荷、 工 作状态风载荷、 缆风绳拉力。
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横梁 右柱 抗压、 抗弯强度设计值 ! ! *(#$%& 抗拉、 抗压、 抗弯强度设计值 ! ! ""#$%& 抗拉、 抗剪强度设计值 ! " ! ’+)$%& 抗剪强度设计值 ! " ! ’()$%& 计算部位 计算部位 计算应力 , $%& 计算应力 , $%& 跨度中点 ! ! ’"(- ’, " ! *- . ! ! ’+1- ’ #$% 平面内 顶部 底部 左吊点 ! ! ’/"- /0, " ! ’*)- 1 ! ! ’/.- ) 中部 右吊点 ! ! ’"’- #, " ! ’*.- ’ ! ! #(* &$% 平面内 底部 右端部 ! ! *’- ., " ! ’*.- 1 ! ! ’/+- (
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大型门式起重机结构设计计算
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"H IH % 横梁局部稳定性计算
# 结语
通过以上计算分析可知，该起重机钢结构除柱分肢的局部 稳定性不满足设计要求外， 其余各项强度、 刚度、 稳定性指标均 满足设计要求。为提高柱分肢的局部稳定性，可从结构设计上 入手， 如减小缀条间距、 在分肢角钢上加焊肋板等， 对改善稳定 性均有帮助。 本计算将门架在门架平面内简化为无侧移铰支刚架，在门 架平面外简化为两端铰支的杆件，用传统结构力学和钢结构的 计算方法对其强度、 刚度、 稳定性进行计算。显然， 如此复杂的
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图 " 力学模型
*- " 力学模型的建立
仅对双门 */$4 5 ./6 工况进行计算分析。 按结构力学计算 方法， 由于两门架前后对称， 可将双门架简化为一单门式刚架， （即门架平面 ） （即 视为无侧移铰支刚架，&$% 平面 #$% 平面内 门架平面外 ） 为两端铰支的杆件， 缆风绳对门架的约束用其施加 于门架的拉力 ’ 取代。图 " 为简化后的力学计算模型。 图中 ( )—吊点载荷； * 风 —工作状态风载荷； ’+ 、 ’, 、 ’-—分别为缆风绳拉力 ’ 沿 &、 #、 % 方向的分量； . —主横梁单位长度重量； /—柱单位长度重量； 0—门架跨度； 0’ —吊点间距； 1—门架高度。 &$% 平面内 柱刚度满足要求。 许挠度为 1 5 +)) ! (’- /66，
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" 钢结构的设计计算
"T ! 门架的结构设计
整体稳定性满足要求。
*- .- * 柱分肢稳定性计算
在分肢角钢上取相邻两缀条焊接点之间的分肢角钢， 并将其 视为实腹式受压杆进行稳定性计算， 有： ! 7 89’ 5 #’ : ! ’##- . 9 ! 7 ""#$%& 稳定性满足要求。
横梁则取其跨度中点、两吊点和右端部为计算点，计算式 为：
*- .- " 柱分肢局部稳定性计算
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每个门架由两个格构式柱和一个箱型主横梁通过螺栓联 接而成。主横梁采用箱型焊接结构， 主要由上下翼缘板、 前后腹 （7） ，外廓尺寸长 U 宽 U 板和中间隔板等部分构成，截面见图 " 高为 !""%% U !R%% U "%%%NN$ ， 主横梁上两吊耳间距 RT %N。 横梁 以及便于组 材料为 !RQ.。为满足不同尺寸的化工设备的吊装， 装，柱采用若干不同高度的柱节通过螺栓连接而成，根据工作 （ N） …， 。 要求可组合的柱高度可为 ! V W" X "（ " " # %， !， !# ） 各柱节均为格构式结构，四分肢和缀条采用不同规格的等 （ 6） （即门架跨度 ） ， 两柱中心距 边角钢， 柱中部截面示意如图 " YT "N。柱分肢材料为 !WQ.Z[。
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该大型门式起重机是中石油第一建设公司为适应石油、化 工等行业的快速发展，解决重、大型设备吊装而自主设计制造 的大型起重设备。 该起重机主要由钢结构、起升机构和固定装置构成。起重 机的钢结构是起重机的重要组成部分，其安全可靠性直接决定 了起重机的工作能力和工作质量。该起重机钢结构由两个门式 刚架组成，两门架间由两根联系梁连接。门架底部采用球铰支 座，顶部沿四个方向用缆风绳斜拉至地锚固定。起重机即可单 门架独立工作，也可双门架组合工作，以适应不同设备的吊装 要求， 见图 ! 。
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【摘要】 利用优化的八节点超参数单元法对某型发动机低压压气机转子叶片的振动特性进行了 计算分析， 并结合转子结构和发动机工作状态深入分析了可能发生的危险共振情况， 发现第二级转 子叶片抗振性能不好， 为转子叶片的在线监测与故障预报提供了重要依据。 关键词：压气机； 振动特性； 有限元法； 共振分析 【!"#$%&’$】!"# $%&’()%*+ ,"(’(,)#’%-)%, *. )"# ’*)*’ &/(0# .*’ -*1# )23# /*4 ,*13’#--*’ "($# &##+ ,*15 36)#0 (+0 (+(/27#0 &2 1#(+- *. ( *3)%1%7#0 #%8") +*0#- *$#’ 3(’(1#)#’- .%+%)# #/#1#+)9 :%)" ,*1&%+# )"# ’*)*’ -)’6,)6’# (+0 )"# 4*’;%+8 -)()# *. (#’* < #+8%+# )"# 3*)#+)%(/ (+0 0(+8#’*6- ’#-*+(+,# "($# &##+ (+(/27#0 0##3/29 :# .%+0 )"# 3#’.*’1(+,# *. ’#-%-)%+8 $%&’()%*+ %- +*) 8**09 =) (/-* 3’*$%0#- )"# %13*’)(+,# &(-%- )* 1*+%)*’%+8 %+ -%)# (+0 .(6/) .*’#,(-)9 ()* +,%-#. /,01%)##,%； 23"%&$3,4 ’5&%&’$)%3#$3’6 7343$) )8)0)4$ 0)$5,-6 9)#,4&4’) &4&8*#3# 中图分类号：Q"#!H M" 文献标识码：F
图 " 截面示意图
"T " 计算工况和载荷分类
图 ! 起重机结构示意图
考虑起重机的实际工作状情况和设计吊装能力，计算可分 为以下几种工况： \ ! ] 单门工况： !"Q) P R#N， SQ) P S%N。
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【摘要】 重点介绍了 "#Q) 大型门式起重机钢结构的强度、 刚度、 稳定性的设计计算， 并根据计 算结果提出了一些建议。 关键词 _ 门式起重机； 强度； 刚度； 稳定性； 有限元 【!"#$%&’$】 $"%& ’()&*+"+ ",%-./01’/ %&’ "#Q) 2*-3’ 4 +1*2’ 3*%’ %5)’ &."+% 1-*,’ +%’’2 +%-01%0-’ ",6 %’,+"%57 %&’ -"3"/"%57 %&’ +%*82’ /’+"3, 1*2102*%".,7 9,/ )0% :.-;*-/ +.(’ )-.).+*2+ *11.-/",3 %. %&’ 1.()0%’/ -’+02%< ()* +,%-#. /&0$%* ’%&0)； 1$%)02$3； 4525-5$*； 1$&"565$*； 7505$) )6)8)0$ 文献标识码：(
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参考 《钢结构设计规范 》中重级工作制桥式吊车挠度允许 梁挠度满足要求。 值， 取 7 4’ 8 ! 0 5 ’*)) ! +- +66， 2 * 3 柱刚度计算 在风载和柱顶部横梁弯矩 5 的共同作用下，柱将产生弯 曲， 其右柱 1 5 * 处的挠度为：
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*- . 稳定性计算 *- .- ’ 柱整体稳定性计算
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柱分肢角钢宽厚比为： 计算结果见表 ’ 。 由计算结果知门架强度满足要求。 故分肢局部稳定性略差。
*- # 刚度计算
2 ’ 3 横梁刚度计算 按简支梁计算主横梁的最大挠度， 可得：
*- .- / 横梁整体稳定性计算
《钢结构设计规范 》 由 ， 因横梁有 1 ; 2) ! ’- *# 9 ., 0 ; 2) ! #- 1 9 (# 2 *"# 5 !, 3 ! ++- )
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低压压气机转子叶片振动特性计算与分析
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表 ’ 计算结果
第 ’* 期
2 * 3 双门工况： */$4 5 ./6， ’.$4 5 1)6。 计算中考虑的载荷有： 自重载荷、 起升载荷、 起升动载荷、 工 作状态风载荷、 缆风绳拉力。
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横梁 右柱 抗压、 抗弯强度设计值 ! ! *(#$%& 抗拉、 抗压、 抗弯强度设计值 ! ! ""#$%& 抗拉、 抗剪强度设计值 ! " ! ’+)$%& 抗剪强度设计值 ! " ! ’()$%& 计算部位 计算部位 计算应力 , $%& 计算应力 , $%& 跨度中点 ! ! ’"(- ’, " ! *- . ! ! ’+1- ’ #$% 平面内 顶部 底部 左吊点 ! ! ’/"- /0, " ! ’*)- 1 ! ! ’/.- ) 中部 右吊点 ! ! ’"’- #, " ! ’*.- ’ ! ! #(* &$% 平面内 底部 右端部 ! ! *’- ., " ! ’*.- 1 ! ! ’/+- (