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吊车梁设计

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吊车梁设计

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。

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