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:
吊车轮压及轮距如图1-1所示:
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1.05,吊车荷载分项系数Q=1.40。 则吊车荷载设计值为
竖向荷载设计值 PQPmax=1.051.483.3=122.45kN 横向荷载设计值 HQ
0.12(Qg)0.12(51.8)9.8
=1.4=2.80kN
n4
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:
A
图1-2 三个轮压作用到吊车梁时弯矩计算简图
a1BW465035501100mm
a2W3550mm
a5
a2a135501100
408.3mm。 66
自重影响系数取1.03,则 C点的最大弯矩为:
l2
P(a)5c
Pa1 Mmax=W
l
3122.45(30.408)2
=1.03×122.451.100
6=284.94kNm
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:
A
图1-3 三个轮压作用到吊车梁时弯矩计算简图
a1BW465035501100mm
a4
a1
275mm 4
则C点的最大弯矩值为:
lP(a4)22122.45(30.275)2c =1.03×=312.18kNm Mmax=W
6l可见由第二种情况控制,则在Mmax处相应的剪力为
l
P(a4)2122.45(30.275)C
V=W=1.03×=114.51kN。
6l
1.3.2 吊车梁的最大剪力 荷载位置如图1-4,
A
图1-4 两个轮压作用到吊车梁时剪力计算简图
1.354.9
RA=1.03×122.45×(1)257.5kN,Vmax257.5kN。
66
1.3.3 水平方向最大弯矩
2.80312.18Hc
==6.93 kNm。 MHMmax
122.451.03P
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(v
l
)要求的最小高度为:600
l
hmin0.6[f]l[]106mm0.62156000600106464.4mm
v
由经验公式估算梁所需要的截面抵抗矩
1.2Mmax1.2312.18106
W1.74106mm3
f215梁的经济高度为:
h73007.74106300541.93mm。取h600mm 1.4.2 确定腹板厚度 经验公式确定:tw
hw11
2.23mm 11
1.2257.5103
按抗剪强度要求:tw4.12mm
hwfv600125
V
取tw10mm
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
Wtwhw1.7410610600
式计算:A2()2()3800mm2
hw66006
上下翼缘按总面积60%及40%分配。上翼缘面积2280mm,下翼缘面积1520mm
2
2
(面积2760mm)初选上翼缘-33012 (面积3960mm2),下翼缘-23012
翼板的自由外伸宽度a15t
2
235235
1512180mm165mm fy235
翼板满足局部稳定要求,同时也满足轨道连接b320mm(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
图1-5 吊车梁截面
1. 5 截面特性
1.5.1 毛截面特性
mm A57610330122501212480
2
y0
3301259423012657610300
328.3mm
12480
3301231Ix33012(600328.36)223012323012(328.36)2
12121600210576357610(328.3)7.302108mm4122
上翼缘对中和轴的毛截面面积矩
S33012(6006328.3)(60012328.3)21.398106mm3
上翼缘最外纤维截面模量
7.302108
WX2.688106mm3
(600328.3)
上翼缘对y轴的截面特性
11
Iy1233033.594107mm4,Wy1233022.18105mm3
1261.5.2 净截面特性
2 A(330222)12230125761011952mmn
yn0
(330222)1259423012657610300
316.5mm
11952
11
(330222)123(330222)12(600316.56)22301231212
16002
23012(316.56)210576357610(316.5)
122
0.69109mm4Inx
W
上nx
0.691090.6910963下2.4310mm,Wnx2.18106mm3 (600316.5)316.5
上翼缘对y轴的截面特性:
An(330222)123432mm2
Iny
1
1233032221212522.77107mm4 12
23.65107
Wny2.21105mm3
330
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:
MmaxMH312.181066.9310622
上159.83Nmmf215Nmm 65
Wny2.43102.2110Wnx下翼缘正应力
Mmax312.1810622
下143.20Nmmf215Nmm6
Wnx2.18102)剪应力 计算支座处剪应力
1.2Vmax1.2257.5103
53.65Nmm2fv125Nmm2
hwtw576103)局部压应力
采用QU120钢轨,轨高170mm。
lza5hy2hR505122170450mm;集中荷载增大系数1.0, 计算的腹板局部压应力为
1.0122.45103
c27.21Nmm2f215Nmm2
twlz10450
P
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
2
159.83Nmm力和最大剪应力验算。,53.65Nmm2
则折算应力为
eq2c2c32.83227.212159.8327.21353.652
174.85Nmm1f1.1215236.5Nmm
2
2
f——当与c同号时,f取1.1 1.6.2 梁的整体稳定性验算
l1
1813,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, 1
l1t600012
0.3792.0 b1h330576
b0.730.1810.730.180.3790.798
1
1233033.5937107mm412
1
I21223031.2167107mm4
12I1
b
I1
0.747I1I2
I1I2(3.59371.2167)107
62.08mmA12480
b0.8(2b1)0.8(20.7471)0.395
iy
yl1.0896.65y
梁的整体稳定性系数:
2ytw4320Ah
bb2byWx4.4h
243201248060096.651010.7980.395 26
96.652.688104.4600
1.500.6
b/1.07
0.282
b
1.07
0.282
0.882 1.50
计算整体稳定性
MmaxMH312.181066.93106
163.47kNmm2215kNmm2 /65
bWxWy0.8822.688102.1810满足要求
1.6.3 腹板局部稳定验算
h057623557.68080,因有局部压应力,则应按构造配置横向加劲肋,tw10fy
在腹板的两侧对称布置。加劲肋的间距应满足0.5h0a2h0
0.5h00.5576288mm,2h025761152mm,所以288mma1152mm 取加劲肋间距为a1000mm。 加劲肋截面尺寸按下列经验公式确定 外伸宽度:bs
h0576
404059.2mm,取bs90mm。 3030
厚度:ts
bs59.23.95mm,取为6mm。 1515
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
bs
(但不大于40mm),高约bs
(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
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b1与其厚度t之比为:
b1
33010
2
13.315
235
15 局部稳定满足要求 fy
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。
50mm~100mm(2)加劲肋下端一般在距吊车梁下翼缘(受拉翼缘)
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
vxMxl2312.1810660002l5.08[]6满足。 38
l10EIx10206107.302101.051.41000
横向水平荷载作用产生的挠度
vy
6.9310660002l
2.29[]6满足 37
l10EIy10206103.594101.051.41000
Myl2
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
ffW160Nmm2
下翼缘截面对中和轴的面积距
S123012(328.36)0.889548106mm3
VmaxS1257.51030.889548106hf1.40mm
20.7ftwIx20.71607.302108下翼缘实际采用hf6mm。 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
0.45。
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:
H2.80kN
按柱宽及螺栓排列要求采用2M16螺栓,每螺栓承载力设计值(P80kN)
bNv0.9nfP0.910.458032.4kN
满足要求。
4) 支座加劲肋与腹板的连接焊缝
Rmax257.5103
1.02mm ,采用设hf6mm,hfw
0.7nlwff0.74(57626)160hf6mm。
1. 8 支座加劲肋计算
取突缘支座加劲板的宽度为180mm,厚度为10mm,伸出翼缘下面18mm小于2t=20mm 计算简图如图1-7
180
图1-7 支座加劲肋计算简图
承压面积:Ace180101800mm2
计算支座加劲肋的端面承载力:
R257.5103
ce143.1Nmm2fce325Nmm2 Ace1800
对于突缘支座
A18010150103300mm2
IZ111018031501034.8725106mm4
1212IZ4.8725106
iZ38.43A3300
h576Zw14.99iZ38.43
由轴心受压截面分类确定为b类,查表得0.983, R257.5103N,则计算支座加劲肋在腹板平面外的稳定性为 R257.5103
79.37Nmm2f215Nmm2,均满足要求。 A0.9833300
吊车梁施工图见附录图纸。