第二章-載荷及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則

第二章載荷及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則

金屬結(jié)構(gòu)是承載結(jié)構(gòu)，為了保證起重機(jī)工作的安全可靠和良好的使用性能，正確地分析計(jì)算結(jié)構(gòu)所受的外載荷是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的重要內(nèi)容之一?！?－1載荷的種類§2－2載荷的確定與計(jì)算§2—4結(jié)構(gòu)承載能力的計(jì)算方法§2—3載荷的計(jì)算組合§2—5強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及許用應(yīng)力§2—6穩(wěn)定性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則§2—7剛性的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：2023/10/251物流工程學(xué)院WHUT§2－1載荷的種類《重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB3811－2008，依載荷的作用概率劃分：基本載荷——永久或經(jīng)常作用在結(jié)構(gòu)上附加載荷——不常作用特殊載荷——偶然作用一、基本載荷：自重（結(jié)構(gòu)、電氣）；起升載；慣性載荷；動(dòng)載效應(yīng)系數(shù)2023/10/252物流工程學(xué)院WHUT非工作狀態(tài)下的最大風(fēng)載，PwⅢ；試驗(yàn)載；安裝載；運(yùn)輸載及地震載等。二、附加載荷：工作狀態(tài)的最大風(fēng)載PwⅡ，側(cè)向力Ps；溫度載荷；冰雪載荷等三、特殊載荷：2023/10/253物流工程學(xué)院WHUT§2－2載荷的確定與計(jì)算一、自重載荷及其動(dòng)載效應(yīng)1、的估算方法：1）參考同類產(chǎn)品的自重進(jìn)行類比（常用，較可靠）2）利用手冊(cè)、資料的經(jīng)驗(yàn)公式，（圖、表及計(jì)算公式）3）逐步逼迫法：建立粗略的力學(xué)模型→計(jì)算內(nèi)力→選截面→考慮構(gòu)造系數(shù)1.3～1.4初算自重→驗(yàn)算→調(diào)整使估算自重與施工設(shè)計(jì)的重量誤差<10%2023/10/254物流工程學(xué)院WHUT2、自重的動(dòng)載效應(yīng)1）起升沖擊系數(shù)起升質(zhì)量突然離地起升或下降制動(dòng)時(shí)，自重載荷產(chǎn)生的沿其加速度相反方向的沖擊作用。計(jì)算載荷為：φ1PG

的取值：0.9≤≤1.12023/10/255物流工程學(xué)院WHUT2）運(yùn)行沖擊系數(shù)

起重機(jī)或部分裝置行經(jīng)不平路面或軌道接頭時(shí)，使運(yùn)動(dòng)質(zhì)量產(chǎn)生鉛垂方向的沖擊作用。計(jì)算載荷為：φ4PG

的取值：有軌運(yùn)行：φ4

＝1.1+0.058Vyh1/2式中：Vy——運(yùn)行速度m/s

h——軌道接頭處兩軌面的高低差mm

一般控制h≤2mm無軌運(yùn)行：運(yùn)行速度20～50km/h

瀝青路：＝1.5石子路：＝2.02023/10/256物流工程學(xué)院WHUT3、自重的作用方式建立力學(xué)模型時(shí)，應(yīng)考慮載荷的分布情況。實(shí)腹式——按均布力來處理桁架——按節(jié)點(diǎn)載荷處理機(jī)、電設(shè)備重量——按集中載荷處理2023/10/257物流工程學(xué)院WHUT二、起升載荷及其動(dòng)載效應(yīng)1、起升載荷1）吊鉤式：＝

——取物裝置

——懸掛長(zhǎng)度大于50m時(shí)起升鋼絲繩重量2）抓斗式：＝

對(duì)于抓斗、電磁鐵、容器式作為取物裝置時(shí)，額定起重量包含2023/10/258物流工程學(xué)院WHUT2、起升載荷的動(dòng)載效應(yīng)1）起升載荷動(dòng)載系數(shù)

起升質(zhì)量突然離地起升或下降制動(dòng)時(shí)，對(duì)承載結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生附加動(dòng)載作用?？紤]此工況的計(jì)算載荷為：

的計(jì)算：

2023/10/259物流工程學(xué)院WHUT離地起升，結(jié)構(gòu)及鋼絲繩滑輪組動(dòng)力學(xué)模型

、——分別表示主梁及小車在懸掛處的換算質(zhì)量及剛度系數(shù)

、——分別表示起升質(zhì)量和鋼絲繩滑輪組的剛度系數(shù)——在起升載荷作用下，起升質(zhì)量懸掛點(diǎn)處的靜撓度（位移）——在起升載荷作用下，鋼絲繩滑輪組的靜撓度（位移）2023/10/2510物流工程學(xué)院WHUT靜位移：動(dòng)位移，則由簡(jiǎn)化后的動(dòng)力學(xué)模型并考慮操作因素的影響后求得：所以經(jīng)過檢驗(yàn)的修正的理論公式。說明:①此式由橋吊主梁跨中用建立力學(xué)模型，所求得用于其它復(fù)雜結(jié)構(gòu)不合適②模型太粗糙忽略了質(zhì)點(diǎn)以外其余結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，計(jì)算出的往往偏小

2023/10/2511物流工程學(xué)院WHUT式中：c—操作參數(shù)由P—29.表2-1查取v—額定起升速度，m/s g—重力加速度.g=9.8m/s—對(duì)橋式起重機(jī).L-跨度，m對(duì)門座起重機(jī).R-最矢幅度。

(H—起升高度)δ—結(jié)構(gòu)質(zhì)量影響參數(shù).:對(duì)橋式起重機(jī)；取為小車質(zhì)量木橋質(zhì)量的一半；對(duì)臂架式起重機(jī)；取為臂架質(zhì)量的1/3:額定起升質(zhì)量；kg;2023/10/2512物流工程學(xué)院WHUT說明：①當(dāng)計(jì)算出＞2時(shí)，應(yīng)在控制方面采取措施，降低貨物的離地速度，并且取=2；②若標(biāo)出＜1.1，則取=1.1。③初步設(shè)計(jì)時(shí)，也可按P29.表2—2推薦的公式計(jì)算④可由理論分析和實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果選用。構(gòu)件名稱橋式門式裝卸橋門座起重機(jī)建筑用塔吊汽車吊輪胎吊有緩沖無緩沖橋架、端梁1.05-1.3(1.5-2.0)橋架、支腿、下橫梁1.1-1.3(1.5)1.5(1.8)-2.01.5(0.8)1.0(2.2)象鼻梁、拉桿、人字架、門架，臂架1.05(1.2)1.05(1.25)1.25(1.45)1.3(1.5)1.2(1.35)1.3(1.55)1.5(1.85)2.0(2.5)起重臂，塔頂、塔中段、平衡臂、塔根1.251.41.55臂架、人字架、轉(zhuǎn)盤1.21.3注：括號(hào)外用于吊鉤式，括號(hào)內(nèi)用于抓斗式。2023/10/2513物流工程學(xué)院WHUT2）運(yùn)行沖擊系數(shù)考慮運(yùn)行不平過軌道接頭工況的起升載荷計(jì)算載荷數(shù)：3）突然卸載沖擊系數(shù)物理意義：起升質(zhì)量部分或全部卸載時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)減載作用.考慮此工況的起升載荷計(jì)算載荷數(shù)：式中：

—系數(shù)：抓斗起重機(jī)=0.5

電磁起重機(jī)=1.02023/10/2514物流工程學(xué)院WHUT三、慣性載荷Pi及其動(dòng)載效應(yīng)慣性載荷—包括旋轉(zhuǎn)，運(yùn)行，變幅時(shí)產(chǎn)生的水平慣性力.1.運(yùn)行慣性力:=1.5m·am—運(yùn)行部分的質(zhì)量，（起升載）kg;a—運(yùn)行起，(制)動(dòng)的平均加速度，a=v—額定運(yùn)行速度，m/st—起（制）動(dòng)時(shí)間，s1.5—考慮猛烈起，制動(dòng)的動(dòng)載效應(yīng)系數(shù)。（a,t可查附錄表2），對(duì)于自動(dòng)式運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)：≤μ(粘著力)，μ—車輪逆向的滑動(dòng)摩擦系數(shù)；μ=0.129（室內(nèi)）～0.15（室外）Pz—主動(dòng)輪的靜輪壓之和，N.Pi的作用位置和分布方式—與相應(yīng)質(zhì)量的重力載荷相同。2023/10/2515物流工程學(xué)院WHUT2.回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)慣性力

（以門座起重機(jī)為例）回轉(zhuǎn)引起：起升質(zhì)量象鼻梁，大拉桿，鼻架，對(duì)重，平衡梁，小拉桿，人字架，轉(zhuǎn)臺(tái)，機(jī)電設(shè)備,產(chǎn)生（1）法向（2）切向質(zhì)量的處理方式：·起升質(zhì)量、活對(duì)重、機(jī)電設(shè)備—按集中質(zhì)量考慮·其余構(gòu)件—計(jì)算自身內(nèi)力時(shí)，按均布質(zhì)量考慮，否則按集中質(zhì)量考慮·格構(gòu)式構(gòu)件—按分布于各節(jié)點(diǎn)的集中質(zhì)量考慮。2023/10/2516物流工程學(xué)院WHUT1）集中質(zhì)量慣性力：法向：=m··r(N)ω—角速度ω=其中n為四桿速度.轉(zhuǎn)/分切向：=m·ω·r(N)ξ—平均角加速度.ξ=說明：（1）通常不忽略法向慣性力（2）起升質(zhì)量的慣性力不能單獨(dú)計(jì)算，化起升繩偏擺角中考慮2023/10/2517物流工程學(xué)院WHUT2）均布質(zhì)量慣性力.（以臂架為例）任意截面Ⅰ—Ⅰ處單位長(zhǎng)的質(zhì)量：—臂架重量該處的單位長(zhǎng)度質(zhì)量慣性力：

說明：·通?？珊鲎ⅲ簩?duì)于裝設(shè)極限的力矩聯(lián)軸器的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，計(jì)算回轉(zhuǎn)部分的最大慣性主矩時(shí)，受打滑條件的限制：∑·r≤MeMe—換算到起重機(jī)回轉(zhuǎn)軸上的極限摩擦力矩。2023/10/2518物流工程學(xué)院WHUT3.變幅運(yùn)動(dòng)慣性力1）用小車變幅時(shí)，小車和起升質(zhì)量慣性力計(jì)算與運(yùn)動(dòng)慣性力相似；2）用臂架變幅時(shí)，臂架的慣性力一般可以忽略；起升質(zhì)量的水平慣性力在起升繩偏擺角中考慮。2023/10/2519物流工程學(xué)院WHUT4.碰撞載荷Pc及其動(dòng)載效應(yīng).

有軌運(yùn)動(dòng)起重機(jī)（或小車），尤其是高速運(yùn)動(dòng)小車，為安全起見，常在軌道終端處裝設(shè)緩沖器；在同一軌道上工作的多臺(tái)起重機(jī)為避免相互間的碰撞也裝有緩沖器。

碰撞型式：（1）小車←→緩沖器或大車←→緩沖器.（緩沖器固定）（2）起重機(jī)（大車）←→起重機(jī)2023/10/2520物流工程學(xué)院WHUT緩沖器種類：（1）碰撞力為線性特性.如：橡膠彈簧.（2）碰撞力為常力特性.如：液壓2023/10/2521物流工程學(xué)院WHUT1)小車（或大車）碰撞緩沖器，假定起重機(jī)（小車）為全剛性，不考慮彈性變形，根據(jù)能量原理.運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的動(dòng)能=緩沖器（壓縮）所做功

E W↓↓1/2（）= 1/2（?s?n）(線特性) ?s?n(常力特性)2023/10/2522物流工程學(xué)院WHUT注：n為同時(shí)撞擊的緩沖器的個(gè)數(shù)

2/ns(線特性)=/ns(常力特性)2)兩起重機(jī)相向碰撞2023/10/2523物流工程學(xué)院WHUT根據(jù)碰撞理論，而運(yùn)動(dòng)質(zhì)量.相向碰撞時(shí)緩沖器的最大。壓縮量發(fā)生在碰撞過程中兩運(yùn)動(dòng)質(zhì)量達(dá)到同步運(yùn)動(dòng)的瞬間。對(duì)m1、m2分別應(yīng)用動(dòng)量原理：

ft=mv物體所受外力的沖量等于物體動(dòng)量的增加(f1與v的方向相反)①②①+②.并整理得：

碰撞后兩運(yùn)動(dòng)質(zhì)量同步移動(dòng)速度2023/10/2524物流工程學(xué)院WHUT碰撞時(shí)的總動(dòng)能-碰撞后還存在的動(dòng)能動(dòng)能的改變量（緩沖器實(shí)際吸收的動(dòng)能）

緩沖器做功：

線特性：

由有：3)碰撞載荷是動(dòng)載效應(yīng)：考慮運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能及起升質(zhì)量動(dòng)能影響和結(jié)構(gòu)彈性振動(dòng)而僅碰撞力增大.

的計(jì)算載荷為：—碰撞載荷動(dòng)載系數(shù).查P36.表2—3.2023/10/2525物流工程學(xué)院WHUT5.風(fēng)載荷與風(fēng)振

風(fēng)載荷對(duì)露天工作的起重機(jī)影響很大，尤其是還上作業(yè)，沿海一帶內(nèi)路段高大的起重機(jī)風(fēng)載影響不可忽視。例：武鋼發(fā)生合龍門吊被吹跑；75年南京鎮(zhèn)江發(fā)生整臺(tái)起重機(jī)被風(fēng)吹入長(zhǎng)江；上海港務(wù)局機(jī)修廠100t門機(jī)被風(fēng)吹跑，上海楊浦燃料站一臺(tái)裝卸橋交接班時(shí)沒有把防風(fēng)裝置鎖緊，突遇大風(fēng)，整機(jī)被風(fēng)吹跑，一腿騰空，幸好撞到終點(diǎn)水泥樁，險(xiǎn)些彈入江中，但造成30多處裂縫。天津港發(fā)生臂架非工作時(shí)被風(fēng)吹斷。2023/10/2526物流工程學(xué)院WHUT:①—工作狀態(tài)的最大風(fēng)載荷②非工作狀態(tài)的最大載荷1）風(fēng)載荷的計(jì)算：式中（1）q—風(fēng)壓，q的取值：①根據(jù)使用地區(qū)的統(tǒng)計(jì)風(fēng)速計(jì)算.

ρ為密度

取平均重度

②根據(jù)地域，工作狀態(tài)等由p37表2-4及表下注明中選取。

2023/10/2527物流工程學(xué)院WHUT（2）c—風(fēng)力系數(shù)（體型系數(shù)）

定義：

ρ—空氣密度.ρ=γ(重度)/g:—由模型（風(fēng)洞）實(shí)驗(yàn)獲得，與構(gòu)造形狀，尺寸等有關(guān)c查p39.表2-82023/10/2528物流工程學(xué)院WHUT(3)kh—風(fēng)壓高度變化系數(shù).實(shí)際工作狀態(tài)風(fēng)載時(shí)：=1計(jì)算工作狀態(tài)風(fēng)載時(shí)，kh查p38表2-5或按下式計(jì)算：=(h/10)0.3(陸上) =（h/10）0.2(海上及海島)（4）A—垂直方向的通風(fēng)面積.（按最不利的通風(fēng)方位計(jì)算）①單片結(jié)構(gòu)：Φ—充實(shí)率，依結(jié)構(gòu)類型查表2-6；—結(jié)構(gòu)外輪廓面積②兩片結(jié)構(gòu)：（并列，等高）;η—擋風(fēng)系數(shù)，根據(jù)萬片結(jié)構(gòu)的Φ及a/h查表2-9。注：多片結(jié)構(gòu)：矩形面格結(jié)構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)，三角形截面寬間架結(jié)構(gòu)的風(fēng)載計(jì)算詳見P40-41.2023/10/2529物流工程學(xué)院WHUT2)風(fēng)振：（高聳塔桅結(jié)構(gòu)）(1）突發(fā)陣風(fēng)的脈沖頻率等于或接近結(jié)構(gòu)發(fā)固有頻率時(shí)產(chǎn)生的順風(fēng)前后的共振現(xiàn)象。β—風(fēng)振系數(shù)，查下表：β的近似值結(jié)構(gòu)的自振頻率f(Hz)4210.660.50.30.2塔型鋼結(jié)構(gòu)，鋼支架1.251.451.551.621.651.701.75

定常氣流繞過結(jié)構(gòu)物的表面，在結(jié)構(gòu)物兩側(cè)產(chǎn)生渦流，當(dāng)渦流交替出現(xiàn)的頻率等于或接近結(jié)構(gòu)固有頻率時(shí)產(chǎn)生垂直于風(fēng)方向的共振現(xiàn)象—卡曼風(fēng)振。2023/10/2530物流工程學(xué)院WHUT例：40年代美國的一座大型懸牽橋固此而導(dǎo)致災(zāi)難性的毀壞

原西德的一座煙窗因此而重建上海港機(jī)廠60年代制造了一臺(tái)援馬爾他的門座式起重機(jī)也發(fā)現(xiàn)了比較嚴(yán)重的的渦振現(xiàn)象同濟(jì)大學(xué)李國豪教授采取了以下措施得以解決：2023/10/2531物流工程學(xué)院WHUT6.偏斜運(yùn)動(dòng)側(cè)向力Ps(有軌)引起偏斜運(yùn)動(dòng)的原因：（1）兩側(cè)電機(jī)為同步；（2）車輪，四支點(diǎn)的制造，安裝誤差；（3）軌道不直、不平。由于影響因素多，定量分析難，通常采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：Ps=(λ∑P)/2,式中；λ—側(cè)向力系數(shù)，由L/B表查P42，圖2-16B—基距，當(dāng)裝有水平輪時(shí)，B取水平輪的間距∑P—受側(cè)向力一側(cè)車輪的最大總輪壓（由和引起，不計(jì)動(dòng)在系數(shù)）2023/10/2532物流工程學(xué)院WHUT7.運(yùn)輸，安裝載荷視具體情況確定（參考P43）8.實(shí)驗(yàn)載荷：見P43.9.溫度，冰雪，地震載荷一般不考慮。10.作用于起升質(zhì)量上各種水平力的綜合簡(jiǎn)化計(jì)算—