起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu).ppt

1、起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu),教材：起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)，陳瑋璋主編，人民交通出版社，1995 主要參考書： 1.起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范，GB 3811-83，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1984 2.金屬結(jié)構(gòu)，徐克晉主編，機(jī)械工業(yè)出版社，1993 3.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，GBJ 17-88，中國(guó)計(jì)劃出版社，1989 4.Edwin H.Gaylord 5.Chailes G.Salmen,John E.Johnson ,緒論,結(jié)構(gòu) 能夠承受載荷的構(gòu)件。 由以上定義可知，結(jié)構(gòu)件一定是幾何不變系統(tǒng)。注意幾何不變系統(tǒng)和幾何可變系統(tǒng)，與靜定系統(tǒng)和超靜定系統(tǒng)之間的區(qū)別。 根據(jù)組成結(jié)構(gòu)的材料不同，可以分為土木結(jié)構(gòu)、石材結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和金

2、屬結(jié)構(gòu)（絕大多數(shù)意指鋼結(jié)構(gòu)）。,0.1金屬結(jié)構(gòu)概述,金屬結(jié)構(gòu)的一般定義 金屬結(jié)構(gòu)是由型材、板材、鑄件和鍛件等金屬制件，通過(guò)一定的連接手段所制成的并滿足一定使用要求工程結(jié)構(gòu)。 型材包括：角鋼、槽鋼、工字鋼、圓管等。 連接手段有：鉚接、焊接、螺栓連接（普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓）和鉸軸連接等。,0.1金屬結(jié)構(gòu)概述,二、金屬結(jié)構(gòu) 的特點(diǎn) 自重輕； 工業(yè)化程度高； 維護(hù)使用費(fèi)用高。 三、金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍 土建中-鋼筋混凝土 化工-容器 水電閘門、鐵塔 海洋工程鉆井平臺(tái) 國(guó)防-導(dǎo)彈發(fā)射架,0.2在起重機(jī)械中的應(yīng)用,一、例子 橋式起重機(jī),0.2在起重機(jī)械中的應(yīng)用,2龍門起重機(jī),0.2在起重機(jī)械中的應(yīng)用,3.裝

3、卸橋,0.2在起重機(jī)械中的應(yīng)用,4.門座式起重機(jī),0.2在起重機(jī)械中的應(yīng)用,5.塔式起重機(jī),0.2在起重機(jī)械中的應(yīng)用,二、金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件的分類 根據(jù)基本元件的特點(diǎn)分為：桿系結(jié)構(gòu)和板式結(jié)構(gòu)，或者稱之為格構(gòu)式結(jié)構(gòu)和實(shí)腹式結(jié)構(gòu)。 根據(jù)基本元件之間的連接特點(diǎn)分為：鉸接、剛接和混合連接。 根據(jù)外力與結(jié)構(gòu)的幾何位置關(guān)系：平面結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)。 根據(jù)結(jié)構(gòu)件的功能分：門架、轉(zhuǎn)臺(tái)、底架（盤）、臂架、象鼻梁等。,0.2在起重機(jī)械中的應(yīng)用,二、金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件的分類 根據(jù)結(jié)構(gòu)件的受力性質(zhì)分： 軸心受力構(gòu)件力作用線通過(guò)機(jī)構(gòu)截面的幾何中心線。只受軸向載荷。又可細(xì)分為軸心受拉和軸心受壓。 受彎構(gòu)件承受橫向載荷的作用。承受彎矩。

4、偏心受力構(gòu)件力作用線不通過(guò)截面的幾何中心，有一定的偏心。既受軸向載荷又受彎矩載荷。,0.2在起重機(jī)械中的應(yīng)用,三，金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容 總體設(shè)計(jì)（確定幾何尺寸、結(jié)構(gòu)形式） 確定計(jì)算力學(xué)模型 載荷計(jì)算和載荷組合 內(nèi)力分析（結(jié)構(gòu)力學(xué)和有限元) 驗(yàn)算（強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性） 構(gòu)造設(shè)計(jì)（細(xì)部設(shè)計(jì)） 連接計(jì)算,0.3起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的基本要求和發(fā)展方向,一，起重機(jī)工作特點(diǎn) 載荷的特點(diǎn)沖擊、動(dòng)態(tài)、變化、周期和間歇載荷 二，基本要求 使用上安全、可靠、耐用和便于維護(hù)保養(yǎng)。 經(jīng)濟(jì)上重量輕、造價(jià)低、便于制造、安裝 高級(jí)要求外形美觀協(xié)調(diào)。,0.3起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的基本要求和發(fā)展方向,三，發(fā)展方向 1. 新的設(shè)計(jì)理論和計(jì)算

5、設(shè)計(jì)方法。 傳統(tǒng)的方法許用應(yīng)力法 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法極限狀態(tài)法、優(yōu)化法、可靠性設(shè)計(jì)法、損傷容限法等。 2. 改造和創(chuàng)造新的結(jié)構(gòu)型式 3. 改進(jìn)制造工藝 4. 合理應(yīng)用新的優(yōu)質(zhì)新型材料 5. 標(biāo)準(zhǔn)化系列化 6. 大型化,第一章 金屬結(jié)構(gòu)材料,了解組成結(jié)構(gòu)的材料特性要求。 學(xué)習(xí)掌握的重點(diǎn) 常用結(jié)構(gòu)鋼的性能指標(biāo) 表示方法 結(jié)構(gòu)材料的選取原則,1.1金屬結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求和常用材料,一，應(yīng)滿足的性能指標(biāo) 1，力學(xué)性能 較高的屈服極限或抗拉強(qiáng)度極限 較高的伸長(zhǎng)率（塑性） 保證一定的沖擊韌性 2，加工性能 優(yōu)良的焊接性能 冷作加工性能,1.1金屬結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求和常用材料,二，常用的結(jié)構(gòu)材料 碳素結(jié)構(gòu)鋼、普通的低

6、合金鋼 鋼材與鋁材的主要區(qū)別 兩者強(qiáng)度接近，但鋁材重量輕，彈性模量低，熱膨脹系數(shù)大，可焊性差，價(jià)格貴,1.2鋼材的性能及影響因素,一，鋼材的力學(xué)性能 1，單向拉伸條件下的性能 a，強(qiáng)度特性 彈性極限e 屈服極限s 強(qiáng)度極限b 比例極限p,1.2鋼材的性能及影響因素,材料進(jìn)入屈服限時(shí)，材料的本構(gòu)關(guān)系已經(jīng)不穩(wěn)定了。所以起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，以材料的屈服限作為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的控制應(yīng)力強(qiáng)度抗力指標(biāo)。對(duì)于沒有明顯屈服限的鋼材，以名義屈服限0.2考慮（即卸載后殘余應(yīng)變0.2%時(shí)的應(yīng)力）。 屈強(qiáng)比（s/b）表征材料局部抵抗超載能力的指標(biāo)。其數(shù)值越大，抵抗超載的能力越小。,1.2鋼材的性能及影響因素,結(jié)構(gòu)的基本許用應(yīng)

7、力拉伸、壓縮和彎曲的許用應(yīng)力 當(dāng) 時(shí)， 當(dāng) 時(shí)， 其中：n與載荷組合有關(guān)的強(qiáng)度安全系數(shù)。 B類載荷組合時(shí)為1.34. 剪切許用應(yīng)力 擠壓許用應(yīng)力,1.2鋼材的性能及影響因素,b，塑性特性 伸長(zhǎng)率：(l1-l0)/l0 x 100%l/ l0 x 100% 斷面收縮率：(A0-A1)/A0 x 100%A/A x 100% 回彈性和韌性：吸收彈性機(jī)械能和機(jī)械能的能力。 材料的剪切應(yīng)力-應(yīng)變曲線類似于拉伸應(yīng)力曲線，不同為直線段的斜率為G剪切彈性模量。 其與彈性模量、泊松比之間的關(guān)系： G=E/（2（1+）,1.2鋼材的性能及影響因素,2，復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的性能 對(duì)于理想彈性體，von-miss強(qiáng)度理

8、論,1.2鋼材的性能及影響因素,討論 由折算應(yīng)力計(jì)算公式可以看出，多向應(yīng)力狀態(tài)，材料強(qiáng)度發(fā)生變化。同時(shí)實(shí)際情況還表明，塑性和韌性也會(huì)發(fā)生變化。特別是在三向拉應(yīng)力狀態(tài)下，材料的塑性幾乎為零。所以應(yīng)盡量避免出現(xiàn)三向拉應(yīng)力狀態(tài)的出現(xiàn)。,1.2鋼材的性能及影響因素,3，疲勞性能 在交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過(guò)多次循環(huán)，在低于強(qiáng)度極限或屈服極限的載荷作用下，發(fā)生的突然破壞。疲勞破壞的特征： （1）交變載荷作用。 （2）多次應(yīng)力循環(huán) （3）低于材料強(qiáng)度極限或屈服極限（b或s） （4）破壞前通常無(wú)明顯塑性變形，突然脆斷。 影響結(jié)構(gòu)鋼材疲勞強(qiáng)度的主要因素：材料，應(yīng)力比，工藝因素和載荷順序和載荷的變化頻率。,1.2鋼材

9、的性能及影響因素,4，脆性特性 脆性斷裂破壞前沒有塑性變形的斷裂。 塑性斷裂破壞前有明顯塑性變形的斷裂。 衡量材料抵抗脆性斷裂的能力指標(biāo)沖擊韌性K，影響因素： 化學(xué)成分、應(yīng)力集中、應(yīng)力狀態(tài)、加工硬化、焊接、低溫環(huán)境。 老規(guī)范規(guī)定：在-20以下地區(qū)工作的起重機(jī)主要承力構(gòu)件，必須使用鎮(zhèn)靜鋼且在相應(yīng)溫度下的沖擊韌性k0.3Nm/mm2。,1.2鋼材的性能及影響因素,新規(guī)范規(guī)定 為使所選構(gòu)件材料具有足夠的抗脆性破壞的安全性，應(yīng)根據(jù)影響材料脆性破壞的條件來(lái)選擇鋼材的質(zhì)量組別，影響因素有： 縱向殘余拉伸應(yīng)力與自重載荷引起的縱向拉伸應(yīng)力聯(lián)合作用。 構(gòu)件構(gòu)件材料的厚度 工作環(huán)境的溫度 評(píng)價(jià)的計(jì)算方法（見規(guī)范P

10、181P182）,1.2鋼材的性能及影響因素,二，鋼材的加工性能 包括切割、切削和彎折和焊接。與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)的： 1，冷彎性能表征鋼材在常溫下承受彎曲的能力。 衡量的指標(biāo)：彎曲角度和彎曲半徑與鋼材厚度的比值。 在材料出現(xiàn)裂紋前，彎曲角度大，比值小，冷彎的性能能就好。 通過(guò)冷彎試驗(yàn)不僅可以檢驗(yàn)冷彎成型的能力，還可以觀察材料的塑性好壞及鋼材的部分微觀組織（顆粒度的大小、非金屬雜質(zhì)情況等）,1.2鋼材的性能及影響因素,2，焊接性能在一定焊接工藝下，焊縫及其相鄰的基本金屬的抗裂性能和焊后性能（強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性和冷彎性能等）的好壞。 衡量指標(biāo)：碳當(dāng)量。 經(jīng)驗(yàn)值：Ceq0.45%時(shí)，焊接性能好。

11、,1.2鋼材的性能及影響因素,三，性能的影響因素 1，化學(xué)成分 C增加，b、s增加，HB增加，、k下降，冷彎性能、焊接性能下降。 Mn增加， b、s增加， HB增加， 、k持平，過(guò)多焊接性能下降。 S增加，材料變脆k下降。 P增加，冷脆增加 所以材料中P、S的成分越少越好。,1.2鋼材的性能及影響因素,2，冷加工的影響 應(yīng)變硬化冷拉、校直、彎曲機(jī)械剪切等，都會(huì)產(chǎn)生塑性變形。從而使材料的s增加，HB增加，、k下降。 應(yīng)變時(shí)效經(jīng)過(guò)應(yīng)變硬化的鋼材，在常溫下放置一段時(shí)間后，鋼材的s進(jìn)一步增加，HB增加，、k下降的現(xiàn)象。 牢記：承受動(dòng)載荷和低溫下的結(jié)構(gòu)嚴(yán)禁冷作加工。 3，溫度的影響 材料在低溫下變脆的現(xiàn)

12、象冷脆。,1.3鋼材的分類和標(biāo)示代號(hào),一，結(jié)構(gòu)鋼分類 二，國(guó)產(chǎn)結(jié)構(gòu)鋼的代號(hào) 1，碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T700-88） 屈服 屈服數(shù)值 質(zhì)量等級(jí) 脫氧方法 Q 195,215,235,255, 275 A,B,C,D F,b,Z,TZ 例：Q195，Q235-AF，Q235-B等 ABCD 含S、P 高低,1.3鋼材的分類和標(biāo)示代號(hào),2，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T699-1999） 含碳量（萬(wàn)分之） 脫氧方法或微量元素 20 A（優(yōu)質(zhì)） 45 40 Mn 3，普通低合金鋼（GB/T1591-1994） 標(biāo)示方法同（GB/T700） Q345-A 4，鑄鋼（GB11352-1989) ZG200-30

13、0 屈服限 強(qiáng)度限,1.4鋼材的選擇和規(guī)格,一，選擇的原則 總則：結(jié)構(gòu)的工作特點(diǎn) 實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn) 鋼材的實(shí)際生產(chǎn)情況 目標(biāo)：安全、可靠、經(jīng)濟(jì)合理。 具體方法： 1）結(jié)構(gòu)的連接方法和方式； 2）載荷的特點(diǎn)； 3）工作溫度； 4）結(jié)構(gòu)的重要程度； 5）受力的性質(zhì) 起重機(jī)中推薦的選材： Q235、Q345、20鋼等。,1.4鋼材的選擇和規(guī)格,二，規(guī)格 板材GB/T709-88 -100025008 等邊角鋼(GB/T9887-1988) L1201206-1200 不等邊角鋼(GB/T9788-1988) L180807.5-1550 槽鋼（GB/T707-1988) 320788-2300 工字鋼(GB/T706-1988) I2001007.0-5000 扁鋼(GB/T704-1988) -