3.4.吊车梁设计

§3.4吊车梁设计(DesignofCranegirder)起重机的工作级别是按起重机利用等级和载荷状态划分，是表明起重机工作繁重程度的参数。工作制等级轻级中级重级特重级工作级别A1～A3A4,A5A6,A7A8吊车的工作制等级与工作级别的对应关系格构柱吊车梁主要承受吊车竖向及水平荷载，并将这些荷载传到横向框架和纵向框架上。何为吊车梁？按支撑情况分简支梁——应用最广。连续梁——经济，受柱的不均匀沉降影响明显，很少使用。简支梁连续梁吊车梁的类型按结构体系分实腹式焊接组合梁——应用较广型钢梁——适用于跨度6m，起重量≤10t的情况。下撑式桁架式下撑式——用钢量少，制造费工。适用于跨度6m，起重量≤5t桁架式——用钢量少，制造费工。适用于跨度≥18m，起重量≤75t桁架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吊车梁制动梁加劲肋吊车梁制动桁架水平支撑辅助桁架垂直支撑制动结构的作用：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正在建设的门式刚架工程实例山墙抗风柱吊车梁天窗架单轴对称工字形截面(加强上翼缘）Q≤30t，L≤6m，A1～A5级适用范围：带制动梁的吊车梁横向水平荷载吊车梁制动梁受力情况：适用范围：制动梁吊车梁上翼缘制动板槽钢竖向荷载制动梁宽度：1200mm带制动桁架的吊车梁竖向荷载横向水平荷载吊车梁制动桁架当L≥12m(A6～A8)L≥18m(A1～A5)对边列柱增设辅助桁架、水平支撑和垂直支撑。受力情况：适用范围：制动桁架吊车梁上翼缘角钢腹杆双角钢制动宽度：1200mm3.4.3吊车梁的荷载计算和内力分析竖向荷载FFFTLTLTT横向水平荷载（刹车力及卡轨力）:T纵向水平荷载（刹车力）TL→传递给柱间支撑，不影响吊车梁FFTL1、吊车梁的荷载)12.3(max,1kQPP式中：α1——动力系数，对悬挂吊车及A1~A5的软钩吊车，取1.05，对A6~A8的软钩吊车硬钩吊车其他特种吊车；γQ——可变荷载分项系数，一般取1.4；Pk，max——吊车每个车轮的最大轮压，查吊车资料1）吊车竖向荷载，设计值取1.12）吊车横向水平荷载小车沿桥架移动时因刹车引起的制动力：式中：——系数；γQ——可变荷载分项系数，一般取1.4；当Q≤10t时，=0.12;当Q≤15~50t时，=0.1;当Q≥75t时，ξ=0.08;软钩吊车硬钩吊车=0.2横向水平荷载考虑两个方向的刹车情况。)13.3(/)(1nQQTQQ——吊车额定起重量；Q1——小车重量；n——桥式吊车的总轮数；对于A6~A8级吊车，应考虑由吊车摆动引起的横向水平力，不与小车沿桥架移动时因刹车引起的制动力同时考虑。α2—系数，软钩吊车0.1抓斗吊车0.15硬钩吊车0.2注意：)14.3(PH,maxkQ23）吊车纵向水平荷载吊车桥架沿吊车梁运行时因制动引起的制动力：式中:γQ─可变荷载分项系数，一般取1.4；Tk1─吊车每个制动轮的纵向水平制动力，取0.1Pk,max,maxkQ1kQLP1.0TT4）其他荷载自重：吊车梁和制动结构、支撑等重量，可通过乘系数来考虑表3.9。竖向荷载全部由吊车梁主体承受横向水平荷载由制动梁、制动桁架承受（含吊车梁上翼缘）纵向水平荷载由吊车梁与柱的连接及柱间支撑承受，梁偏压不计。吊车梁截面部件受力：计算项目计算力吊车台数组合轻、中级吊车重级吊车吊车梁及制动结构的强度和稳定按实际情况，不多于两台轮压处腹板局部压应力、腹板局部稳定不多于两台吊车梁和制动结构的疲劳强度—一台最大吊车吊车梁的竖向挠度一台最大吊车计算力及吊车台总数组合表取大者,maxkPFmax,1kQPFmax,1kQPFnQQT/)(4.11,maxkQ2PHmax,1kQPF,maxkPF,maxkPFmax,1kQPFnQQT/)(4.11nQQT/)(1计算项目计算力吊车台数组合轻、中级吊车重级吊车制动结构的水平挠度—一台最大吊车梁上翼缘、制动结构与柱的连接按实际情况，不多于两台柱间支撑处吊车下翼缘与柱的连接按实际情况，不多于两台计算力及吊车台总数组合表取大者,maxkQ2FH,maxkQLF1.0T,maxkQLF1.0TnQQT/)(1n/)gQ(4.1THnQQT/)(4.112.7.3吊车梁的内力计算吊车荷载为移动荷载确定最不利轮压位置计算最大内力采用影响线法根据影响线法，计算弯矩时的吊车的最不利轮距布置为：轮子的排列位置应使所有梁上轮压的合力作用线与最近一个轮子间的距离被梁中心线平分，且此轮压所在位置即为为最大竖向弯矩的截面位置。计算弯矩时的计算简图计算剪力时的计算简图6123aaa412aa确定绝对最大弯矩:2l2lP1P2…PkR…Pnxal-x-aABC2020/5/250()MRRlxalBA由()()PMxRxMRlxaxMlKAKK左左作用点的弯矩为()()d0dd20dMMxxMRlxaxl当为极大时,22=laxlxax得轮子的排列位置应使所有梁上轮压的合力作用线与最近一个轮子间的距离被梁中心线平分，且此轮压所在位置即为为最大竖向弯矩的截面位置。注意：附加轴力的计算：用桁架内力分析方法计算制动桁架节间局部弯矩按以下近似公式：4dTMH1y轻中级工作制吊车：重级工作制吊车：当吊车梁采用制动桁架时，需要计算附加轴力和局部弯矩。1maxbMNyaTHd3dTMH1y3.4.5焊接实腹式吊车梁的截面选择焊接吊车梁的截面设计方法同普通焊接梁，考虑强度、刚度、整体稳定和局部稳定各个方面满足要求。确定吊车梁的高度mm300W7h3xe][.minlvl10f56oh6建筑高度确定腹板厚度0wh5.31twvwhfVt/2.1max)612.1(22max确定翼缘板尺寸hb)5/1~3/1(yfttb235151强度验算整体稳定验算刚度验算疲劳验算截面验算1、强度验算MyAMyN1xyxyxxyy15twMyxxy1y1TMxMxMxb1dA1)正应力加强上翼缘吊车梁受压区：A点最不利fWMWMnyy1nxx受拉区：fWM2nxxW’ny—吊车梁上翼缘截面对y轴的净截面抵抗矩。A点最不利fWMWM1nyy1nxxWny1—制动梁截面对其形心轴y1的净截面抵抗矩。带制动梁的吊车梁带制动桁架的吊车梁fANWMWMn1'ny'ynxxA点最不利An—吊车梁上翼缘及腹板15tw的净截面面积之和。制动结构形式正应力σ剪应力τ腹板计算高度边缘的局部压应力σc腹板计算高度边缘的折算应力上翼缘处下翼缘处无制动结构一般截面突缘支座处截面重级吊车梁其他吊车梁轮压影响范围内轮压影响范围外制动梁制动桁架fWMnxx2vwxwmaxftISVvwwfthV21.ftlF35.1wzftlFwzfcc12223f1223fWMWM'nyy1nxxfWMWM'1nyynxxfANWMWMn1'ny'ynxxfltFzwcF——集中力,对动力荷载应考虑动力系数；——集中荷载增大系数，重级工作制吊车1.35，其他1.0；lz--集中荷载在腹板计算高度边缘的假定分布长度：twh0hyalz=a+5hyaa1twhyhRhylzσclz=a+5hy+2hRlz=a+2.5hy+a1局部压应力2、稳定验算设有制动结构的吊车梁，其侧向弯曲刚度很大，整体稳定得到保证，不需验算。加强上翼缘的吊车梁，应按下式验算其整体稳定。fWMWMyyxbx-依梁在最大刚度平面内弯曲所确定的整体稳定系数GB50017-2017局部稳定性验算yftb235151根据腹板高厚比设置腹板加劲肋。1—支承加劲肋；2—横向加劲肋；3—纵向加劲肋；4—短加劲肋thw=h0twt1b1bb1b1bwt122444331）翼缘板2）腹板直接承受动力荷载的吊车梁及类似构件,或其他不考虑屈曲后强度的组合梁，按以下原则布置腹板加劲肋：②时，配置横向加劲肋,计算其间距或腹板局部稳定性。yw/f/th235800yw/f/th2358000c0c①时，的梁，宜按构造配置横向加劲肋；的梁，可不配置加劲肋。③（受压翼缘受到约束）时，yw/f/th2351700yw/f/th2351500（受压翼缘扭转未受到约束）时，或者计算需要，应在弯矩较大区格的受压区配置纵向加劲肋，局部压应力很大的梁必要时尚应在受压区配置短加劲肋，并均应按规范计算加劲肋间距或计算腹板的局部稳定性。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：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][102vEIlMvxkx《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。22001012maxlEIlMuyky注意：4、疲劳验算构造上：选用合适的钢材标号和冲击韧性要求。构造细部选用疲劳强度高的连接形式。例：对于A6~A8级和起重量Q≥50t的A4，A5级吊车粱，其腹板与上翼缘的连接应采用焊透的K形焊缝。A6～A8级吊车梁和重、中级吊车桁架且循环次数≥5×104次，应进行疲劳验算，验算部位：1.受拉翼缘的连接焊缝处12.受拉区加劲肋端部23.受拉翼缘与支撑连接处的主体金属34.连接的角焊缝4采用一台起重量最大吊车的荷载标准值，不计动力系数，按常幅疲劳问题计算。fαf——欠载效应的等效系数Δσ——对焊接部位为应力幅，Δσ=σmax-σmin对非焊接部位折算应力幅，Δσ=σmax-0.7σmin[Δσ]——循环次数n=2×106次时的容许应力幅。式中：循环次数n为2×106次的容许应力幅（N/mm2）构件和连接类别1234567817614411810390786959GB50017-2017GB50017-2017有14个分类【例题】一简支吊车梁，跨度12m，钢材Q345，承受两台起重量为50／10t，级别A6的桥式吊车，吊车跨度31.5m，吊车最大轮压标准值及轮距如图，横行小车自重Q’为15.4t。吊车粱的截面初步尺寸如图，为固定吊车轨，在梁上翼缘板上有两螺栓孔，为了连接下翼缘水平支承，在下翼缘板的右侧有一个螺栓孔，孔径均d＝24M(M22)。试验算此截面是否满足要求。解：1、荷载计算1)竖向荷载kNPk491max用于挠度计算：kNngQQTk02.164/8.9)4.1550(1.0/)('kNPTkk1.494911.01.0maxkNPPkQ14.7564911.14.1max,12)横向水平荷载用于强度、稳定性和连接计算：kNPTk68.744911.01.41.01.4max2、内力计算1)两台吊车荷载作用下的内力mkNMk2.2864)26585.0933.3(4916585.63.871max竖向轮压作用：kNVk8.115112/)1270.1045.5(491max横向水平力作用：用于承载能力极限状态的计算：mkNMky4.286491/1.492.2864kNHk2.115491/1.498.11512)一台吊车荷载作用下的内力mkNMk1.17988675.46.383max竖向轮压作用：kNVk2.76712/)1275.6(491max横向水平力作用：mkNMky8.179491/1.491.1798kNHk7.76491/1.492.767吊车梁的内力汇总表用于横