吊耳设计(顶部大抗弯截面系数)
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吊耳布置及焊缝计算主纵梁、横隔板(分段)、横隔板(整体)均采用两点吊,吊点均设置在钢梁翼缘顶面、主腹板与肋板交点位置,吊耳耳板与主腹板线行重合。
吊耳与顶板翼缘采用双面1.5cm角焊缝连接,耳板正对钢梁腹板,底部三角筋板正对钢梁肋板。
吊耳包含两种尺寸,其中大尺寸吊耳适用于主纵梁、横隔板(整体)所有节段,配合40t卡环使用;小尺寸适用于横隔板(分段)所有节段,配合20t卡环适用。
起吊时钢丝绳与水平夹角须大于60°。
吊耳布置、具体尺寸及计算如下所示:一、吊耳布置图1、主纵梁吊耳布置图图2、横隔板(整体)吊耳布置图图3、横隔板(分段)吊耳布置图二、吊耳尺寸图4、大尺寸吊耳细部图图5、小尺寸吊耳细部图三、大尺寸吊耳受力计算大尺寸吊耳适用于主纵梁及横隔板(整体),最大杆件重量为25t,采用两点吊,钢丝绳与水平面夹角为60°。
吊耳最大荷载: N=25×0.7×1.1×tan60°×104=333×103N。
耳板孔净截面处抗拉强度:σ=N2tb1≤fb1=min (2t+16,b−d0 3 )t=30mm,d0=75mm,b=80mm,b1=55mmσ=N2tb1=333×1032×30×55=100.9MPa≤f=215MPa耳板端部截面抗拉(劈开)强度:σ=N2t(a−2d03)=333×1032×30×(80−2×753)=185MPa≤f =215MPa耳板抗剪强度:Z=√(a+d0/2)2−(d0/2)2=√(80+75/2)2−(75/2)2=111.4mmτ=N2tZ=333×1032×30×111.4=49.8MPa≤f v=125MPa焊缝验算:N y=25×0.7×1.1×104=192.5×103NN x =N 2=333×1032=166.5×103N√(σf βf )2+τf 2=√(N y ∑l w ℎe )2+(N x∑l w ℎe)2=√(192.5×1032×240×10.5)2+(166.5×1032×240×10.5)2=50.5MPa ≤f f w=160MPaβf ——正面角焊缝强度增大系数,动载时取1.0;ℎe ——焊缝有效高度,ℎe =0.7ℎf =0.7×15=10.5mm ;l w ——角焊缝有效长度,l w =270−2ℎf =240mm ; f f w ——角焊缝承载力设计值,采用自动焊、半自动焊和E43XX 型焊条的手工焊接Q235钢构件时取160MPa四、小尺寸吊耳受力计算小尺寸吊耳适用于横隔板(分段),最大杆件重量为15t ,采用两点吊,钢丝绳与水平面夹角为60°。
夹紧吊耳的设计--非强制性附录NM4-100 范围这个非常强制性的附录为环向缠绕或者第二次粘接而附着的吊耳提供了设计方法。
建议连续荷载由金属带或者双环支撑的吊耳来处理,可参考非强制性附录NM-5所述。
当向前卷的吊耳承受间歇或者偶然荷载时,比如:起重时由风或小洪灾引起的荷载,建议层压板中复合应力的设计因子为5。
如果向前卷的吊耳承受连续荷载,例如:对名义直径不超过4英尺的容器的支撑力,或者对受由内压产生上浮力的平底容器的支撑力,层压板复合应力状态下通常的设计因子为10。
用于锚固容器的夹紧吊耳易于受到由内压产生的上浮力荷载。
设计者应注意,按照3A-260中的规定,平底水槽的底部没有够足的刚度可以允许用水槽中液体的重量抵抗风载或者是地震倾覆力。
这种夹紧系统应该以总的基底力矩来进行设计。
NM4-200 术语B,C,D:螺栓圆直径,in.(英寸)D:名义容器直径,ft(英尺)D i:容器内直径,in.D0:容器外直径,in.d:钢筋直径,in.E ax:轴向拉伸模量,psi(磅/平方英寸)E hp:环向拉伸模量,psie:荷载偏心距,in.(参见图NM4-1,NM4-2A和NM4-2B)F:吊耳的总荷载或者总反力,lb(磅)F H:水平方向的力(径向),lbG:风载,psf(磅/平方英尺)H:容器直边高度,ftH D:上封头的高度,fth:吊耳的高度,in.h min=吊耳的最小高度,in.h l:缠绕外包裹层或覆盖层高度,in.L:钢筋的长度,in.M ax:轴向力矩,in.-lbM hp:环向力矩,in.-lbM L::力矩系数,无量纲(见图NM4-3)M Q:风载引起的弯矩,ft-lbN:吊耳的数量P:由力矩引起的总的径向荷载,lbP*:单位荷载,lb/in.p:压力,psiR m:上卷的平均半径,in.S a:许可拉伸应力,取10倍的安全系数,psiS f:风荷载形状系数,无量纲,圆柱形容器取0.7T:总上卷拉力,lbt b:容器底部的厚度,in.t k:连接部位厚度(t w+ t b,仅对A型),in.t lug:吊耳的厚度,in.t w:容器壁的厚度,in.t1: 缠绕外包裹层或覆盖层的厚度,in.U net:净上浮力,lbW:总荷载,lbW max:外包裹层上的单位径向荷载,lb/in.W v:容器重量,lbw:吊耳宽带,in.β:弯曲系数,in.-1μ:泊松比,无量纲σ:拉伸应力,psiτw:沿容器壁的剪切应力,psiNM4-300 缠绕吊耳设计此设计分析是基于以下假设:吊耳要么离容器封头的顶部或底部很远,要么离任意刚性支撑环很远。
1.1.零件的工艺分析
由零件图可知,其材料为:35号钢,优质碳素结构钢有良好的塑性和适当的强度,工艺性能较好,焊接性能尚可,大多在正火状态和调质状态下用。
由后钢板弹簧吊耳零件图知可将其分为两组加工表面。
它们相互间有一定的位置要求。
现分析如下:
(1)以∅30mm两外圆端面为主要加工表面的加工面。
这一组加工表面包括:∅30mm两外圆端面的铣削,加工∅37mm的孔,其中∅30mm两外圆端面表面粗糙度要求为Ra6.3,∅37mm的孔表面粗糙度要求为Ra1.6
(2)以∅30mm孔为主要加工表面的加工面。
这一组加工表面包括:2个以∅30mm的孔,2个∅10.5mm的孔、2个∅30mm孔的内外两侧面的铣削,宽度为4mm 的开口槽的铣削、表面粗糙度要求为Ra50,2个∅30mm在同一中心线上数值为∅0.01的同轴度要求。
其中2个∅30mm的孔表面粗糙度要求为Ra1.6μm,2个∅10.5mm的孔表面粗糙度要求12.5Ramm,2个∅10.5mm孔的内侧面表面粗糙度要求为12.5Ramm,2个∅30孔的外侧面表面粗糙度要求为50Ramm,宽度为4mm的开口槽的表面粗糙度要求为50Ramm。
2.弹簧吊耳零件的技术要求。
轴式吊耳计算书计算依据:1、《建筑施工起重吊装安全技术规范》JGJ276-20122、《起重吊装计算及安全技术》主编卜一德3、《钢结构设计标准》GB50017-2017一、计算参数二、计算示意图轴式吊耳示意图三、吊耳验算1、吊耳竖向荷载:F v=K×F k=1.65×391.48=645.942kN2、吊耳横向荷载:F H=F v×tanα=645.942×tan15°=173.08kN3、吊索方向荷载:F L=F v/cosα=645.942/cos15°=668.728kN4、径向弯矩:M= Fv×L=645.942×0.25=161.486kN·m5、吊耳强度校核:吊耳抗弯模量:筋板长:L1=((D0-2S)2-T2)0.5=((630-2×18)2-2102)0.5=555.64mmI0=π×(D04- (D0-2S)4)/64=π×(6304- (630-2×18)4)/64=1621668878.05mm4I1=L1×S3/12=555.64×183/12=270041.04mm4I2=S×L13/12=18×555.643/12=257318947.869mm4I= I0+ 2(I1+ L1×S×T2/4)+2I2=1621668878.05+2×(270041.04+555.64×18×2102/4)+2×257318947.869=2357380 371.868mm4W=I/(0.5D0)= 2357380371.868/(0.5×630)= 7483747.212mm3吊耳横截面积:A=π(D0-S)×S+4SL1=π×(630-18)×18+4×18×555.64=74613.865mm2吊耳拉应力:σLa= F H/A=173.08×103/74613.865=2.32N/mm2吊耳剪应力:τLa= F V/A=645.942×103/74613.865=8.657N/mm2吊耳最大弯曲应力:σLb=M/W=161.486×106/7483747.212=21.578N/mm2组合应力:σLa=((σLa+σLb)2+τLa2)0.5=((2.32+21.578)2+8.6572)0.5=25.418N/mm2≤[σ]=140.6N/mm2满足要求!6、吊耳角焊缝应力校核:角焊缝面积(偏安全,仅考虑管轴周边焊缝):A=π(D0-S)×S=π×(630-18)×18=34607.785mm2角焊缝的拉应力:σa= F H/A=173.08×103/34607.785=5.001N/mm2角焊缝的剪应力:τa= F V/A=645.942×103/34607.785=18.665N/mm2角焊缝的弯曲应力:W= I0/(0.5D0)= 1621668878.05/(0.5×630)= 5148155.168mm3σab=M/W=161.486×106/5148155.168=31.368N/mm2组合应力:σ=((σa+σab)2+4τa2)0.5=((5.001+31.368)2+4×18.6652)0.5=52.117N/mm2≤[σ]=140.6N/mm2满足要求!。
计算容器重量W lb 冲击系数IF -吊耳材料屈服强度YSL psi 容器材料屈服强度YSV psi 吊耳孔径DH in 外圆半径R in 吊耳宽度B in 吊耳板厚TL in 吊耳加强圈厚TW in 吊孔高度H in 角焊缝尺寸——吊耳与筒体LW in 理论角焊缝尺寸——加强圈与吊耳LR in 实际角焊缝尺寸——加强圈与吊耳LP in 加强圈外径= 2 x (R - LP - 0.125)DW in每个吊耳上所受的垂直负载每个吊耳的设计负载 (FV1或FV2中的较大值)FV lb 推荐的吊钩型式 - Crosby type -推荐的吊钩轴直径DP in校核吊耳横向受力FH lb 弯曲应力 = FH x H / (TL x B 2 / 6)OK 许用弯曲应力= 0.66 x SYL 剪应力= FH / (TL x B)OK 许用剪应力 = 0.577 x Sa 组合应力 = (Sb 2+ 4 x Ss 2)0.5OK 许用组合应力 = 0.66 x SYL16,6001.0000.0000.375吊耳计算书1,50016,6001.800.0006.0002.0000.3752.0000.0003.7501,350G21307790.3125吊耳校核计算理论最小吊耳半径 = 1.5 x DH Rminin 实际吊耳半径R in OKH1 = R - DH / 2H1in H2 = (DW - DH) / 2H2in 实际吊耳截面积 = H1 x TLA1in 2实际加强圈截面积 = 2 x H2 x TW A2in 2总截面积 = A1 + A2A in 2至中心轴的半径Term 1 = (2 x TW + TL) x ln[(H2 + DH/2) / (DH/2)]tr1in Term 2 = TL x ln[(H1 + DH/2) / (H2 + DH/2)]tr2in 半径 = A / ( tr1 + tr2)NR in 偏心距 = [A1x(H1+DH) + A2x(H2+DH)] / (2xA) - NR e in 弯矩 = FV x NR / 2MB in-lb 单位负载 = FV + MB x (R - NR) / (R x e)UL lb 所需的最小截面积 = UL / (0.66 x YSL)ALmin in 2所需的最小加强圈截面积 = Almin - A1AWmin in 2理论加强圈最小板厚 = Awmin / (2 x H2)实际加强圈板厚OK 实际应力 = UL / (TL x H1 + 2 x TW x H2)OK 许用应力= 0.66 x YSL撕裂应力 = 0.5 x FV / [H2 x (TL + 2 x TW)]OK 许用应力 = 0.577 x Sa支承应力 = FV / [DP x (TL + 2 x TW)]OK 许用支承应力 = 0.85 x YSL0.001.502.001.501.380.567300.560.500.021.080.1733460.310.00加强圈角焊缝校核作用在加强圈处的负载 = FV x TW / (TL + 2 x TW)FW lb 剪应力 = FW / (p x DW x LP)OK 容许剪应力= 0.577 x Sa Sasw吊耳与容器壳体间焊缝校核焊缝高度 = 0.7071 x LW WTin 焊缝面积 = 2 x WT x B AW in 2焊缝阻力模数SWin 3吊耳与容器壳体间的剪应力校核剪应力 = FH / AWSsw OK 容许剪应力 = 0.577 x Sa Sasw吊耳与容器壳体间的弯曲应力校核最大弯曲应力 = FH x H / AW OK 容许剪应力 = 0.66 x SYL Sasw 吊耳与容器壳体间的组合应力校核组合应力 = (Sbw 2 + 4 x Ssw 2)0.5OK 容许组合应力 = 0.66 x SYL0.273.182.2500.00焊接校核吊耳弯曲应力吊耳剪应力吊耳当量应力吊耳/壳体焊缝弯曲应力吊耳/壳体焊缝剪应力吊耳/壳体焊缝当量应力吊耳曲面所受的应力吊耳撕裂应力吊耳支承应力加强圈焊缝剪应力设计:_____________________校核:_____________________审定:_____________________版本:_____________________日期:_____________________24534669398010,9568495948应力计算值 (psi)693位置13090.00115206321.61210,9566,32210,956109566321.61210,9566321.61214110描述计算值容许值。
第二章 起重吊耳一、起重吊耳的强度计算 (1) 吊耳的允许负荷按下式计算 nCDP =式中: P − 吊耳允许负荷D − 起重量(包括工艺加强材料) C − 不均匀受力系数 C =1.5~2 n − 同时受力的吊耳数 (2) 吊耳的强度按下列公式校验1、正应力 ][minσσ<F P=Ksσσ=][2、切应力 ][minττ<A P=][6.0][στ=式中: min F − 垂直于P 力方向的最小截面积(毫米2) min A − 平行于P 力方向的最小截面积(毫米2) [σ] − 材料许用正应力(牛/毫米 2 ,即兆帕) K − 安全系数,一般取K =2.5~3.0 s σ− 钢材的屈服极限,按选用的钢材厚度取值。
Q235 δ≤16mm, s σ=235Mpa; δ>16~40mm, s σ=225Mpa;δ>40~60mm, s σ=215Mpa;16Mn δ≤16mm, s σ=345Mpa; δ>16~25mm, s σ=325Mpa; δ>25~36mm, s σ=315Mpa; δ>36~50mm, s σ=295Mpa; δ>50~100mm, s σ=275Mpa 。
3、吊耳的挤压强度[]s s s d Fσσσσδσ42.07.06.0'6.0*=⨯=⨯<==厚度铰轴挤压在一般情况下吊耳强度仅校验其剪切强度即可,当有必要时也可校验其弯曲强度。
(3) 吊耳的焊缝强度计算 1、吊耳装于面板之上i 、开坡口、完全焊透。
22=a K K 7.0=][σσ≤=dlp单吊耳 ][σσ≤=∑F p有筋板吊耳 ii 、不开坡口 ][ττ≤=∑la p式中: P − 作用于吊耳的垂直拉力(N)。
∑F − 焊接于面板的所有吊耳板和筋板面积总和(mm 2)。
∑l − 焊缝总长度(mm)。
[σ]− 焊缝许用正应力(N/mm 2)。
附录5、大中型设备吊装工艺计算书:1.1、T2101有关吊装技术参数1.2、T2101抬头状态的受力计算(参见设计图)T2101抬头时溜尾吊车吊钩受力F 2 T2101抬头时主吊车吊钩受力F 1F 1=G-F 2=107-56.5=50.5t1.3、水平吊装状态时筒体弯曲应力计算:水平吊装状态时简体弯曲应力就对这台设备进行校核计算。
经计算: h=17m (重心位置到溜尾吊耳距离)。
).(.28.6.min 22max max h H S D H W M i -==θσ 将:)(000,107min kg =θ )(3600cm H = )(240cm D i =)(6.1cm S = )(1700cm h = 代入上式得:)/(101.126)(101012612624m N mN ⨯=⨯=- )(1.126MPa =查GB150-98得:()mm MnR 1616≤δ在C 020≤时的许用应力)(345MPa s =σ[]MPa 2305.1345==σ则:[])(2301.133max MPa MPa =<=σσ 满足强度要求安全,所以水平吊装时,按吊装塔顶时塔体并不弯曲。
1.4、设备壳体上局部应力的计算t5.5617001900019000107000F 2=+⨯=)/(1261)17003600(6.1)240(28.6)3600(107000222max cm kgf =-⨯⨯⨯⨯=σ水平吊装状态时塔体吊耳焊接处的应力计算:主吊力:)(505001kg F = 溜尾力:)(5650012kg F G F =-=在主吊力1F 的作用下对设备壳体产生的应力计算如下:686875.012005.0875.05.0=⨯=≥m R d 为吊耳补墙板直径)式中d R d (263.01200720438.0438.0=⨯==β 75161200===t R γ力矩:)(40400)(404000016025050021m N mm kg F M ⋅=⋅=⨯=⨯=式中: 为主吊力相对于筒体外缘的力臂单位mm ,按mm 160= 计算 根据263.0=β和75=γ查有关表得(利用中间插值法):058.0)(=c M R M βθ 025.0)(=cx M R M β 2.2)(2=c M R N βθ 2.6)(2=cx M R N β 将)(39840m N M ⋅= )(2.1m R = 263.0=β 代入以上四式得:)/(7425263.02.140400058.0058.0m m N R M M ⋅≈⨯⨯=⨯=βθ )/(3073263.02.140400024.0024.0m m N R M M x ⋅≈⨯⨯=⨯=β主吊耳受力图)/(234685263.02.1404002.22.222m N R M N ≈⨯⨯=⨯=βθ )/(661414263.02.1404002.62.622m N R M N x ≈⨯⨯=⨯=β 上式中:θM ,x M ,θN ,x N 分别为在周向力矩M 作用下产生的周向弯矩、纵向弯矩、周向薄壳力、纵向薄壳力。