1、吊车梁设计
1. 1 设计资料
威远集团生产车间,跨度30m ,柱距6m ,总长72 m,吊车梁钢材采用Q235钢,焊条为E43型,跨度为6m ,计算长度取6m ,无制动结构,支撑于钢柱,采用突缘式支座,威远集团生产车间的吊车技术参数如表2-1所示:
表2-1 吊车技术参数
台数 起重量 级别 钩制 吊车跨度 吊车总量 小车重 最大轮压 2
5t
中级
软钩
28.5m
19.2t
1.8t
8.5t
吊车轮压及轮距如图1-1所示:
46503550
图1-1吊车轮压示意图
1. 2 吊车荷载计算
吊车荷载动力系数05.1=α,吊车荷载分项系数Q γ=1.40。 则吊车荷载设计值为
竖向荷载设计值 Q P γα?=m a x P ?=1.05?1.4?83.3=122.45kN 横向荷载设计值 =H Q
γn g Q )(12.0+?=1.4?4
8
.9)8.15(12.0?+?=2.80kN
1. 3 内力计算
1.3.1 吊车梁中最大竖向弯矩及相应剪力
1) 吊车梁有三个轮压(见图1-2)时,梁上所有吊车轮压∑P 的位置为:
P
P
P
P
B
C
A
a2
3000
3000a5a5a1
图1-2 三个轮压作用到吊车梁时弯矩计算简图
mm W B a 1100355046501=-=-= mm W a 35502==
mm a a a 3.4086
1100
35506125=-=-=
。 自重影响系数β取1.03,则 C 点的最大弯矩为:
c
M max =W β?
???
???
???--∑12
5)2(Pa l a l P =1.03×???
????--??100.145.1226)408.03(45.12232
=284.94m kN ?
2) 吊车梁上有两个轮压(见图1-3 )时,梁上所有吊车轮压∑P 的位置为:
P
P
B
C
A
a1
3000
3000P
a4a4
图1-3 三个轮压作用到吊车梁时弯矩计算简图
mm W B a 1100355046501=-=-=
m m a a 2754
1
4==
则C 点的最大弯矩值为:
c M max =W
βl a l P ∑-24)2( =1.03×6)275.03(45.12222-??=m kN ?18.312 可见由第二种情况控制,则在max M 处相应的剪力为
C
V =W βl
a l
P ∑-)2(4=1.03×6)275.03(45.1222-??=114.51kN 。
1.3.2 吊车梁的最大剪力 荷载位置如图1-4,
1350
3550
1100
P P
B
A
3000
3000
P
图1-4 两个轮压作用到吊车梁时剪力计算简图
A R =1.03×122.45×kN 5.257)16
9
.4635.1(=++,kN V 5.257max =。
1.3.3 水平方向最大弯矩
c
H M P
H M max
==03.118.31245.12280.2?=6.93 m kN ?。 1 . 4 截面选择
1.4.1 梁高初选
容许最小高度由刚度条件决定,按容许挠度值(600
l
v =
)要求的最小高度为:≥min h mm mm v
l
l f 4.4641060060002156.010][][6.066=????=--
由经验公式估算梁所需要的截面抵抗矩
366
max 1074.12151018.3122.12.1mm f M W ?=??==
梁的经济高度为:
mm W h 93.5413001074.173007363=-?=-=。取mm h 600= 1.4.2 确定腹板厚度 经验公式确定:mm h t w w 23.211
600
11
==
=
按抗剪强度要求:mm f h V
t v w w 12.4125
600105.2572.13
=???==α
取mm t w 10=
1.4.3 确定翼缘尺寸
为使截面经济合理,选用上下截面不对称工字型截面。所需翼板总面积按下
式计算:263800)6
600
106001074.1(2)6(2mm h t h W A w w w =?-??=-=
上下翼缘按总面积60%及40%分配。上翼缘面积22802
mm ,下翼缘面积15202
mm
初选上翼缘)mm 396012330-2=?(面积,下翼缘)(面积2
mm 276012
230-=? 翼板的自由外伸宽度mm mm f t
y 165180235
235
121523515a ≥=?=≤ 翼板满足局部稳定要求,同时也满足轨道连接mm 320b >(无制动结构)的要求,取下翼缘
宽230mm,厚度为12mm,初选截面如图1-5所示
350
576d=23.5d=23.5
12
12
600
125125
图1-5 吊车梁截面
1. 5 截面特性
1.5.1 毛截面特性
2
12480
122501233010576mm A =?+?+?=∑ mm y .332812480
300
10576612230594123300=??+??+??=
48232
32310302.7)2
600.3328(1057657610121)6.3328(1223012230121)6.3328600(123301212330m m I x ?=-??+??+-??+??+--??+?=上翼缘对中和轴的毛截面面积矩
3
6210398.1210).332812600().33286600(12330mm S ?=?--+--??=
上翼缘最外纤维截面模量
368
1088.62)
.3328600(10302.7mm W X ?=-?=
上翼缘对y 轴的截面特性
4731094.5333012121mm I y ?=??=,3521018.23301261
mm W y ?=??=
1.5.2 净截面特性
∑=?+?+??-=211952105761223012)222330(mm A n
mm y n .531611952
300
1057661223059412)222330(0=??+??+???-=
492
323231069.0)
2
600.5316(1057657610121)6.5316(122301223012
1
)6.5316600(12)222330(12)222330(121mm I nx ?=-??+??+-??+??+--???-+??-?=
3691043.2.53166001069.0mm W
nx
?=-?=)(上,3691018.2.5
3161069.0mm W nx ?=?=下 上翼缘对y 轴的截面特性:
2343212)222330(mm A n =??-=4723107.72125122223301212
1
mm I ny ?=???-??=
357
101.22330
1065.32mm W ny ?=??=
1. 6 吊车梁截面承载力验算
1.6.1 强度验算 1) 正应力 上翼缘正应力:
2
25
666max 21583.159101.221093.61043.21018.312mm N f mm N W M W M ny H nx =<=??+??=+=上σ 下翼缘正应力
2
26
6max 2150.21431018.21018.312mm N f mm N W M nx =<=??==下σ 2)剪应力 计算支座处剪应力
223
max 12565.5310576105.2572.12.1mm N f mm N t h V v w w =<=???=?=τ
3)局部压应力
采用120QU 钢轨,轨高mm 170。
mm h h a l R y z 45017021255025=?+?+=++=;集中荷载增大系数0.1=ψ, 计算的腹板局部压应力为
223
21521.27450
101045.1220.1mm N f mm N l t P
z w c =<=???=?=ψσ
4)折算应力
腹板与受压翼缘交点处需要计算折算应力,为计算方便偏安全的取最大正应
力和最大剪应力验算。2
83.159mm N =σ,265.53mm N =τ
则折算应力为
2
12
2
222225.2362151.185.17465.53321.2783.15921.273.81593mm
N f mm N c c eq =?=≤=?+?-+=+?-+=βτσσσσσ
f β——当σ与c σ同号时,f β取1.1 1.6.2 梁的整体稳定性验算
1318330
60001
>==b
l ,应计算梁的整体稳定性,因集中荷载作用在跨中(跨
中无侧向支承)附近的上翼缘, 0.2379.0576
33012
6000111<=??=??=
h b t l ξ 798.0379.018.073.018.073.01=?+=+=ξβb
4
7324731102167.123012121
10937.533301212
1
m m I m m I ?=??=?=??=
5.6968.06260008.06212480
10)2167.1937.53(395
.0)1747.02(8.0)12(8.0747.017
212
11
====?+=+=
=-??=-?==+=
y
y y b b b i l m m A I I i I I I λαηα
梁的整体稳定性系数:
6
.050.1395.06004.4105.69611088.62600124805.6964320798.04.41432026
222>=???
?????+??? ????+????=???
???
??+???? ??+??=b w y x y b b h t W h A ηλλβ? 882.050
.1282
.007.1282
.007.1/=-
=-
=b
b ?? 计算整体稳定性
225
6
66/max 21547.1631018.21093.61088.62882.01018.312mm kN mm kN W M W M y H x b <=??+???=+?? 满足要求
1.6.3 腹板局部稳定验算
80235806.57105760=<==y
w f t h ,因有局部压应力,则应按构造配置横向加劲肋,在腹板的两侧对称布置。加劲肋的间距应满足0025.0h a h ≤≤
mm h mm h 115257622,2885765.05.000=?==?=,所以mm a mm 1152288≤≤ 取加劲肋间距为mm a 1000=。 加劲肋截面尺寸按下列经验公式确定 外伸宽度:mm h b s 2.594030
576
40300=+=+≥
,取mm b s 90=。 厚度:mm b t s s 95.315
2.5915==≥
,取为6mm 。 为了减少焊接残余应力,避免焊缝的应力过分集中,横向加劲肋的端部应切去宽约
3
s
b (但不大于40mm ),高约2
s
b (但不大于60mm )的斜角,在该设计中
切角取宽30mm ,高45mm 。
加劲肋计算简图如图1-6所示
1212600
30
45
90
80
4969595
175175125
125
图1-6 加劲肋计算简图
1.6.4 翼缘局部稳定验算
受压翼缘自由外伸长度1b 与其厚度t 之比为:
15235
15
.31312
2103301
=<=?
?? ?
?-=y
f t b 局部稳定满足要求 1.6.5 疲劳验算
该吊车为中级工作制吊车,因此只需要采取以下措施来满足疲劳强度的要求:
(1)上翼缘与腹板采用焊透的T 形对接焊缝,质量等级为一级。
(2)加劲肋下端一般在距吊车梁下翼缘(受拉翼缘)
50~100mm mm 处断开,不与受拉翼缘焊接,以改善梁的抗疲劳性能。 本设计中取80mm ;吊车梁横向加劲肋的上端应与上翼缘刨平顶紧并焊接。
1.6.6 挠度计算
等截面简支吊车梁计算挠度时按标准值计算,由荷载计算出的设计值换算成标准值并乘以动力系数,则计算吊车梁的挠度为: 竖向最大挠度
6]1000
[8.054.105.110302.7102061060001018.312108
3262=<=????????==l EI l M l v x x x 满足。
横向水平荷载作用产生的挠度
6]1000
[9.224.105.11094.53102061060001093.6107
3262
=<=????????==l
EI l M l v y y y
满足 1. 7 连接计算
1) 上翼缘板与腹板连接焊缝采用焊透的T 形对接焊缝连接,因其与母材强度相同,强度可不验算。 2) 下翼缘与腹板连接焊缝
2160mm N f W f =
下翼缘截面对中和轴的面积距
3611089548.80)6.3328(12230mm S ?=-??=
mm I f S V h x w t f 40.110302.71607.021089548.80105.2577.028631max =???????=??=
下翼缘实际采用mm h f 6=。 3) 上翼缘与柱的连接螺栓计算
采用8.8级高强度摩擦型螺栓,并采取喷砂处理摩擦面,抗滑移系数取
45.0=μ。
考虑到一个吊车轮作用于此处,按一个吊车轮的横向水平力作用计算:
kN H 80.2=
按柱宽及螺栓排列要求采用162M 螺栓,每螺栓承载力设计值(kN P 80=)
kN P n N f b v 4.328045.019.09.0=???=?=μ 满足要求。
4) 支座加劲肋与腹板的连接焊缝
设mm h f 6=,mm f l n R h w
f w f 02.1160)62576(47.0105.2577.03
max =??-???=???= ,采用mm h f 6=。
1. 8 支座加劲肋计算
取突缘支座加劲板的宽度为mm 180,厚度为mm 10,伸出翼缘下面18mm 小于2t =20mm 计算简图如图1-7
180
150
10
图1-7 支座加劲肋计算简图
承压面积:2180010180mm A ce =?= 计算支座加劲肋的端面承载力:
2233251.1431800105.257mm N f mm N A R ce ce ce =<=?==σ
对于突缘支座
99
.1443
.3857643
.383300108725.4108725.41015012
1
18010121330010150101806
46332====?==?=??+??=
=?+?=Z w Z Z Z Z i h A I i m m I m m A λ
由轴心受压截面分类确定为b 类,查表得983.0=?,
N R 3105.257?=,则计算支座加劲肋在腹板平面外的稳定性为
22321537.793300
983.0105.257mm N f mm N A R =<=??=?,均满足要求。 吊车梁施工图见附录图纸。