疲劳计算与吊车梁设计

钢吊车梁疲劳可靠性分析与评估根据有关统计,我国80%的工业吊车梁发生破坏是由于疲劳问题。

结构设计理论已由容许应力发展到引入可靠度概念的概率极限状态,但疲劳设计仍使用容许应力法进行设计。

由于疲劳问题的破坏机理的复杂性,使得钢吊车梁的疲劳可靠性受到很多因素的影响,包括:疲劳荷载的多样性、几何构造形式、材料的疲劳强度、结构的使用环境等。

因此研究钢吊车梁的疲劳可靠度性对于我国钢吊车梁的设计、使用、维护和加固都具有工程实际意义。

本文以结构可靠性理论为基础,将钢结构吊车梁整个使用过程视为随机过程,将钢吊车梁上的作用效应和抗力视为随机变量,对基于Miner线性累积损伤理论的疲劳动态可靠度计算模型进行了研究。

并用疲劳动态可靠度计算模型对影响钢吊车梁疲劳可靠性的因素进行分析。

具体的研究内容主要包括以下几个方面:1.对钢结构吊车梁的疲劳应力幅的随机分布类型进行研究,并对分布参数的选取做了分析。

通过与国家工业建筑诊断与改造工程计算研究中心对某钢厂现场应力测试和实验的数据进行对比,得出钢结构吊车梁的应力幅服可用威布尔分布描述,并且当钢结构吊车梁的跨度、截面类型、吊车荷载、工作环境相似时,进行疲劳可靠度分析时可参考相似结构威布尔分布的参数进行疲劳可靠度计算的结论。

2.对国内外现行钢结构规范中的S-N曲线进行对比分析。

通过对GB5007-2003中八类连接的曲线和IIW建议的S-N曲线进行对比分析,并考虑实际使用情况弱化了低应力幅的影响,对GB5007-2003中的S-N曲线进行修正。

并对修正前后S-N曲线对疲劳可靠度计算结果的进行比较。

3.运用疲劳动态可靠度分析模型在FE-safe软件中对变截面支座的形式和细部构造的尺寸、封板的形式、表面粗糙度、残余应力、轨道偏心和温度对钢结构吊车梁的疲劳可靠性的影响规律进行了计算分析。

并根据影响规律对钢吊车梁的疲劳设计、使用和维护提出参考意见。

简支吊车梁验算计算书==================================================================== 计算软件：TSZ结构设计系列软件 TS_MTSTool v4.6.0.0计算时间：2016年04月10日 07:07:07====================================================================一. 设计资料1 基本信息:验算依据：钢结构设计规范(GB 50017-2003)建筑结构荷载规范(GB 50009-2012)吊车梁跨度：l=6000 mm吊车梁平面外计算长度：l0=6000 mm吊车梁所在柱列：边列柱吊车梁所在位置类型：中间跨2 吊车信息:吊车梁上有两台不同吊车同时运行第一台吊车基本信息(参图Ⅰ)吊车类型:T5t105_中级软钩吊车吊车跨度:10500 mm吊车自重:12.715 t小车重量:2.126 t吊车起重量:5 t工作级别:A4~A5(中级)吊钩形式:软钩吊车单侧轮子数:2个最大轮压:74 kN最小轮压:26.3 kN制动轮子数：1个轨道类型:43Kg/m吊车宽度:5050 mm吊车额定速度:90 m/min小车额定速度:40.1 m/min吊车轮距C1:3400 mm第二台吊车基本信息(参图Ⅱ)吊车类型:T5t105_重级软钩吊车吊车跨度:10500 mm吊车自重:13.9 t小车重量:2.762 t吊车起重量:5 t工作级别:A6(重级)吊钩形式:软钩吊车单侧轮子数:2个最大轮压:63.7 kN最小轮压:29 kN制动轮子数：1个轨道类型:38Kg/m吊车宽度:5622 mm吊车额定速度:90 m/min小车额定速度:40.1 m/min吊车轮距C1:3850 mm3 荷载信息:吊车竖向荷载增大系数：ηv=1.03吊车荷载分项系数：γc=1.4当地重力加速度值：g=9.8附加竖向均布活载标准值：0 kN/m附加水平均布活载标准值：0 kN/m吊车一动力系数：μ1=1.05吊车一横向水平刹车力系数：β1=0.12吊车一摆动力系数：α1=0吊车二动力系数：μ2=1.1吊车二横向水平刹车力系数：β2=0.12吊车二摆动力系数：α2=0.14 验算控制信息:吊车梁竖向挠度允许值：l/1000吊车梁水平挠度允许值：l/22005 吊车梁截面信息:截面型号:H-750*300*10*12用户自定义截面截面材料类型:Q235截面每米质量:113.51 kg/m截面几何参数如下:截面高度 H=750 mm上翼缘宽度 B1 =300 mm下翼缘宽度 B2 =300 mm腹板厚度 T w =10 mm上翼缘厚度 T f1=12 mm下翼缘厚度 T f2=12 mm截面力学参数如下:x轴毛截面惯性矩 I x =129932.658 cm^4 x轴净截面惯性矩 I nx =122646.136 cm^4 x轴上翼毛截面抵抗矩 W x =3464.871 cm^3 x轴上翼净截面抵抗矩 W nx =3155.656 cm^3 x轴下翼净截面抵抗矩 W nx1 =3394.155 cm^3 y轴上翼毛截面抵抗矩 W y =360.403 cm^3y轴上翼净截面抵抗矩 W ny =152.003 cm^3上翼缘有效净面积 A ne =30.84 cm^2净截面中和轴高度 C ny =361.345 mm吊车梁截面为梯形渐变式变腹板高度截面:截面端部高度 h d =400mm端部x轴毛截面惯性矩 I d =31536.341 cm^4端部x轴毛截面静矩 S d =875.12 cm^3端部x轴上翼缘静矩 S du =698.4 cm^3端部x轴下翼缘静矩 S dd =698.4 cm^36 吊车梁制动结构信息:吊车梁采用制动板结构制动结构宽度：B=1000 mm制动板搭在吊车梁上间距：70 mm制动板厚度：T=6 mm制动板宽度：B b=924.9 mm边梁截面选用：C-160*63*6.5*10制动板搭在边梁上间距：=50mm边梁面积：A e=21.95 cm^2边梁Y向惯性矩：I ye=73.4 cm^4边梁X向惯性矩：I xe=866.2 cm^4边梁形心到右下点X向距离：C xe=1.79 cm边梁形心到右下点Y向距离：C ye=8 cm制动结构绕y轴净截面惯性矩：I ny=174485 cm^4制动结构对梁上翼缘边净抵抗矩：W ny1=2769.05 cm^3制动结构对边梁翼缘边净抵抗矩：W ny2=3242.49 cm^3制动结构绕y轴毛截面惯性矩：I y=186286 cm^4吊车梁上翼缘对y轴的毛截面静矩：S y=1651.83 cm^37 吊车梁截面焊缝信息:吊车梁腹板与上翼缘采用焊透的T形组合焊缝吊车梁腹板与下翼缘采用部分焊透的T形组合焊缝下翼缘坡口深度：s d=5 mm吊车梁腹板与翼缘焊缝采用：自动焊8 腹板加劲肋信息：横向加劲肋布置方式：两侧成对布置横向加劲肋端部焊接方式：连续回焊，不断弧横向加劲肋选用：SB6_Q235横向加劲肋间距：a=1200 mm变截面区段横向加劲肋间距：a'=1200 mm横向加劲肋宽度：65 mm横向加劲肋端部到下翼缘距离：50 mm吊车梁不配纵向加劲肋和横向短加劲肋9 支座信息：吊车梁采用的支座类型：全部平板式支座，吊车梁下翼缘直接与牛腿栓接平板支座加劲肋选用：SB6_Q235平板支座加劲肋宽度：65 mm加劲肋焊缝焊脚高度：7 mm平板支座选用：SB20_Q235平板支座宽度：90 mm平板支座长度：540 mm10 计算参数：梁截面材料屈服强度：f y=235 N/mm^2梁截面材料转换系数：C F=(235/235)^0.5=1上翼缘截面抗拉强度：f t=215 N/mm^2下翼缘截面抗拉强度：f b=215 N/mm^2梁腹板截面抗剪强度：f v=125 N/mm^2梁腹板端面承压强度：f ce=325 N/mm^2吊车梁焊缝抗剪强度：f w=160 N/mm^2二. 验算结果一览受压(上)翼缘宽厚比 12.08 最大15.0 满足腹板高厚比 72.60 最大250.0 满足上翼缘受压强度比 0.37 最大1.0 满足下翼缘受拉强度比 0.33 最大1.0 满足端部腹板剪应力强度比 0.53 最大1.0 满足腹板局部承压强度比 0.16 最大1.0 满足腹板折算应力强度比 0.28 最大1.0 满足整体稳定强度比设制动结构不需验算满足竖向挠度计算值(mm) 1.72 最大6.0 满足水平挠度计算值(mm) 0 不需验算满足上翼缘焊缝强度比 T形组合焊缝不验算满足下翼缘焊缝强度比 0.76 最大1.0 满足下翼处金属应力幅(N/mm2) 19.53 最大118.0 满足下翼角焊缝剪应力幅(N/mm2) 6.51 最大59.0 满足肋端金属应力幅(N/mm2) 16.84 最大103.0 满足区格Ⅰ局稳强度比 0.27 最大1.0 满足区格Ⅱ局稳强度比 0.25 最大1.0 满足区格Ⅲ局稳强度比 0.22 最大1.0 满足区格Ⅳ局稳强度比 0.20 最大1.0 满足加劲肋布置方式双侧成对重级满足横向加劲肋间距(mm) 1200.00 最大1452.0 满足横向加劲肋间距(mm) 1200.00 最小363.0 满足横向加劲肋间距1(mm) 1200.00 最大1452.0 满足横向加劲肋间距1(mm) 1200.00 最小363.0 满足横向加劲肋外伸宽度(mm) 65.00 最小64.2 满足横向加劲肋厚度(mm) 6.00 最小4.3 满足无纵向加劲肋时ho/Tw 72.60 最大170.0 满足平板加劲肋稳定强度比 0.34 最大1.0 满足平板加劲肋焊缝强度比 0.22 最大1.0 满足平板加劲肋外伸宽度(mm) 65.00 最小64.2 满足横向加劲肋厚度(mm) 6.00 最小4.3 满足平板加劲肋焊脚高度(mm) 7.00 最小6.0 满足平板加劲肋焊脚高度(mm) 7.00 最大7.0 满足上翼柱侧板件正应力(MPa) 25.6 最大215 满足上翼柱侧角焊缝应力(MPa) 21.0 最大160 满足上翼柱侧角焊缝焊脚高度(mm) 4.00 最小4.00 满足上翼柱侧角焊缝焊脚高度(mm) 4.00 最大6.00 满足上翼梁柱连接板正应力(MPa) 31.0 最大215 满足上翼梁柱螺栓承担剪力(kN) 8.92 最大62.8 满足上翼梁柱螺栓轴向边距(mm) 35.0 最小33.0 满足上翼梁柱螺栓轴向边距(mm) 35.0 最大88.0 满足上翼梁柱螺栓垂向边距(mm) 45.0 最小44.0 满足上翼梁柱螺栓垂向边距(mm) 45.0 最大88.0 满足牛腿最大正应力(Mpa) 74.3 最大215 满足牛腿最大剪应力(Mpa) 110 最大125 满足牛腿最大折算应力(Mpa) 176 最大237 满足牛腿翼缘宽厚比 10.1 最大15.0 满足牛腿集中力截面剪应力(Mpa) 124 最大125 满足牛腿局部承压应力(Mpa) 83.4 最大325 满足牛腿综合应力(MPa) 149 最大160 满足牛腿焊脚高度(mm) 8.00 最大9.60 满足牛腿焊脚高度(mm) 8.00 最小4.74 满足支座螺栓承担剪力(kN) 49.5 最大62.8 满足支座螺栓轴向边距(mm) 55.0 最小44.0 满足支座螺栓轴向边距(mm) 55.0 最大96.0 满足支座螺栓垂向边距(mm) 55.0 最小33.0 满足支座螺栓垂向边距(mm) 55.0 最大96.0 满足支座螺栓垫板正应力(MPa) 206 最大215 满足支座螺栓垫板角焊缝应力(MPa) 58.7 最大160 满足支座螺栓垫板焊脚高度(mm) 8.00 最小7.00 满足支座螺栓垫板焊脚高度(mm) 8.00 最大9.00 满足上翼柱加劲肋板件宽厚比 14.0 最大14.9 满足上翼柱加劲肋板件剪应力(MPa) 1.69 最大180 满足上翼柱加劲肋焊缝剪应力(MPa) 2.95 最大200 满足牛腿处柱加劲肋板件宽厚比 14.5 最大14.9 满足牛腿处柱加劲肋板件剪应力(MPa) 23.2 最大180 满足牛腿处柱加劲肋焊缝剪应力(MPa) 40.5 最大200 满足纵向连接螺栓承担剪力(kN) 9.64 最大126 满足纵向连接螺栓轴向边距(mm) 45.0 最小44.0 满足纵向连接螺栓轴向边距(mm) 45.0 最大88.0 满足纵向连接螺栓竖向边距(mm) 35.0 最小33.0 满足纵向连接螺栓竖向边距(mm) 35.0 最大88.0 满足纵向连接螺栓间距(mm) 70.0 最小66.0 满足纵向连接螺栓间距(mm) 70.0 最大96.0 满足车挡截面自由外伸宽厚比 8.00 最大15.0 满足车挡截面腹板宽厚比 53.3 最大80.0 满足车挡截面最大剪应力(MPa) 40.9 最大125 满足车挡截面最大正应力(MPa) 131 最大215 满足车挡截面折算应力(MPa) 140 最大237 满足车挡集中力处板件宽厚比 10.0 最大14.9 满足车挡集中力处板件剪应力(MPa) 21.2 最大180 满足车挡集中力处焊缝剪应力(MPa) 15.8 最大200 满足车挡截面最大拉应力(MPa) 141 最大215 满足车挡截面最大压应力(MPa) -141 最小-215 满足车挡截面综合应力(MPa) 141 最大160 满足车挡截面腹板焊脚高(mm) 6.00 最大7.20 满足车挡截面腹板焊脚高(mm) 6.00 最小3.67 满足三. 吊车梁截面内力计算:1 吊车梁支座处最大剪力Vd计算(参图Ⅲ)：竖向附加活载作用下端部剪力V da=0 kN吊车考虑动力系数后最大轮压标准值：P=1.05×74=77.7 kN吊车竖向荷载作用下端部剪力：V dc=1.4×1.03×77.7×(2×6000-1711)/6000=197.7 kN端部最大剪力计算值：V d=197.7 kN2 跨中最大竖向弯矩Mvm计算(参图Ⅳ)：竖向附加活载作用下跨中弯矩M va=0 kN·m吊车考虑动力系数后单轮竖向作用力标准值：P=1.05×74=77.7 kN吊车荷载合力：F=77.7×2=147.8 kN左支座反力：R=147.8×2594/6000=63.89 kN吊车梁跨中弯矩M vc计算：M vc=1.4×1.03×63.89×2594×10^-3=239 kN·m跨中最大弯矩计算值：M vm=239 kN·m3 跨中最大竖向弯矩对应剪力Vm计算(参图Ⅳ)：自重和竖向附加活载作用下端部剪力：V ma=(1.4*g v+1.2*q s)*S/l0=(1.4×0+1.2×1.135)×2594/6000×10^-3=0 kN 吊车考虑动力系数后单轮竖向作用力标准值：P=1.05×74=77.7 kN吊车荷载合力：F=77.7×2=147.8 kN左支座反力：R=147.8×2594/6000=63.89 kN最大弯矩点左侧剪力计算：V ml=1.4×1.03×63.89=92.14 kN最大弯矩点右侧剪力计算：V mr=V ml-1.4×1.03×77.7=(-19.91) kN跨中最大弯矩对应的剪力计算值：V m=92.14 kN4 吊车梁跨中最大水平弯矩Mhm计算(参图Ⅴ)：水平附加活载作用下跨中弯矩M ha=0 kN·m吊车考虑卡轨力系数后单轮横向作用力标准值：Q=0.1×63.7=6.37 kN吊车荷载合力：F=6.37×1=6.37 kN左支座反力：R=6.37×3000/6000=3.185 kN吊车梁跨中弯矩M hc计算：M hc=1.4×3.185×3000×10^-3=13.38 kN·m跨中最大水平弯矩计算值：M hm=13.38 kN·m5 跨中最大竖向弯矩标准值Mvk计算(参图Ⅵ)：竖向附加活载作用下跨中弯矩M vka=0 kN·m吊车单轮最大轮压标准值：P=1.0×74=74 kN吊车荷载合力：F=74×2=148 kN左支座反力：R=148×3850/6000=94.97 kN吊车梁跨中弯矩M vkc计算：M vkc=1×1.03×(94.97×3850-74×3400)×10^-3=117.4 kN·m 跨中最大弯矩计算值：M vk=117.4 kN·m6 跨中最大水平弯矩标准值Mhk计算(参图Ⅵ)：水平附加活载作用下跨中弯矩M hka=0 kN·m吊车考虑刹车力系数及其放大后单轮横向作用力标准值：P=0.12×(5+2.126)/2×g/2=2.095 kN吊车荷载合力：F=2.095×2=4.19 kN左支座反力：R=4.19×3850/6000=2.689 kN吊车梁跨中弯矩M hkc计算：M hkc=1×(2.689×3850-2.095×3400)×10^-3=3.228 kN·m 跨中最大水平弯矩计算值：M hk=3.228 kN·m7 跨中最大竖向弯矩标准值Mvp计算(参图Ⅶ)：竖向附加活载作用下跨中弯矩M vpa=0 kN·m吊车单轮最大轮压标准值：Q=1.0×63.7=101.9 kN吊车荷载合力：F=63.7×1=63.7 kN左支座反力：R=63.7×3000/6000=31.85 kN吊车梁跨中弯矩M vpc计算：M vpc=1×31.85×3000×10^-3=95.55 kN·m跨中最大弯矩计算值：M vp=95.55 kN·m8 支座最大竖向剪力标准值Vp计算(参图Ⅷ)：竖向附加活载作用下端部剪力V pa=0 kN吊车最大轮压标准值：Q=1.0×63.7=101.9 kN吊车竖向荷载作用下端部剪力：V pc=1×1.03×101.9×(2×6000-3850)/6000=55.7 kN 端部最大剪力计算值：V p=55.7 kN四. 吊车梁板件宽厚比验算:1 受压(上)翼缘宽厚比验算:受压翼缘宽厚比限值：[b0/t]=15*(235/f y)^0.5=15翼缘自由外伸宽度：b0=145 mm翼缘宽厚比：b0/T f1=145/12=12.082 腹板高厚比验算:腹板高厚比限值：[h0/t]=250腹板计算高度：h0=726 mm腹板高厚比：h0/T w=726/10=72.6五. 吊车梁截面强度验算:1 上翼缘受压强度验算:吊车梁采用制动板吊车梁须验算疲劳强度或b0/T f1=12.08>13，取γx=1.0吊车梁须验算疲劳强度，取γy=1.0ξ=(M vm/W nx/γx+M hm/W ny1/γy)/f t=(239/3156/1+13.38/2769/1)×10^3/215=0.37482 下翼缘受拉强度验算:ξ=M vm/W nx1/f b=239×10^3/3394/215=0.32763 端部腹板剪应力强度验算:考虑截面削弱系数1.2τ=V d*S dx/(I dx*T w/1.2)/f v=197.7×875.1/(3.154e+004×10/1.2)/125×10^2=0.52684 最大轮压下腹板局部承压强度验算:考虑集中荷载增大系数后的最大轮压设计值按第二台吊车计算：吊车最大轮压：P max=63.7 kN轻、中级工作制吊车梁，依《钢规》4.1.3取增大系数：ψ=1.0 F=γc*ψ*μ*P max=1.4×1.35×1.1×63.7=132.4 kN 梁顶到腹板计算高度上边缘距离：h y=T f1=12 mm轨道高度：h R=140 mm集中荷载沿跨度方向支承长度取为：50 mm集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度：l z=50+5*h y+2*h R=50+5×12+2×140=390 mmσc=F/T w l z=132.4×10^3/10/390=33.96 N/mm^2腹板抗压强度设计值：f=215 N/mm^2局部承压强度比ξ=σc/f=33.96/215=0.15795 腹板与上翼缘交接处折算应力强度验算:按跨中最大弯矩及其对应的剪力和最大轮压计算计算点局部压应力：σc=33.96 N/mm^2(参见腹板局部承压验算) 计算点正应力计算计算点到中和轴的距离：y1=H-C ny-T f1=376.7 mmσ=M vm/I n*y1=239/1.226e+005×376.7×10^2=73.41 N/mm^2计算点剪应力计算上翼缘对中和轴静矩：S1=(y1+0.5*T f1)*B1*T f1×10^-3=1378 cm^3τ=V m*S1/I x/T w=92.14×1378/1.299e+005/10×10^2=9.768 N/mm^2σ与σc同号，强度设计值增大系数：β1=1.1折算应力强度比ξ=(σ^2+σc^2-σ*σc+3*τ^2)^0.5/(β1*f)=(73.41^2+33.96^2-73.41×33.96+3×9.768^2)^0.5/(1.1×215) =0.27846 吊车梁整体稳定性验算吊车梁设置了制动结构，整体稳定不需验算。

起重机传动零件疲劳计算基准载荷及载荷谱系数*朱大林 郑小玲 方子帆摘要 本文讨论起重机传动零件疲劳计算方法问题。

讨论了区分机构和零件的载荷谱系数的必要性，指出应以零件的载荷谱作为零件疲劳计算的依据。

从实用的角度，提出以弹性振动最大载荷作为疲劳计算基准载荷并给出了相应的载荷谱系数定义。

本文还对零件的应力循环次数计算问题进行了分析。

关键词 起重机 机构 零件 疲劳计算 基准载荷 载荷谱系数１ 引言起重机传动机构零部件的疲劳寿命计算是起重机设计的重要内容，起重机设计规范(GB3811-83)[1]（以下简称规范）对此给出了一些原则规定。

起重机传动件的疲劳计算方法原则上与一般机械零件相同，但由于起重机的工作特点，决定了其零件的疲劳计算具有以下两个特点：1) 零件承受的载荷是变幅交变载荷，并具有随机变化的特性，从而使起重机零件的疲劳计算必须引入应力谱或载荷谱的概念，采用变幅疲劳的计算方法。

零件疲劳计算的依据是零件的载荷谱，而规范给出的是机构的载荷谱，对零件的载荷谱问题并未叙及。

2) 零件的应力循环次数通常小于材料的基本循环次数N 0，属于有限寿命疲劳计算。

这就要求正确计算零件的应力循环次数，对此，规范的规定也不尽完善。

本文将就以上问题进行讨论，并提出笔者的建议。

２ 起重机传动零件疲劳计算与载荷谱规范采用名义应力法和疲劳损伤的线性累积理论，规定了起重机传动零件的疲劳计算方法，推荐的计算公式为：eq rk n σσ≤/Ⅰ (1)式中，σeq —考虑变幅应力和有限寿命的零件等效应力;σrk —考虑循环特性和应力集中后的零件无限寿命疲劳强度限；n Ⅰ—疲劳计算安全系数。

规范规定，零件的等效应力σeq 根据零件承受的等效载荷计算，对传动零件，等效载荷计算公式为：T eq ＝k n k m T Ⅰmax (2)式中，T Ⅰmax —机构启动时零件的静力矩与刚体惯性力矩之和；k m —载荷系数，m m m k K =,K m 为载荷谱系数；k n —有限寿命系数，n m k N N =/0，(N<N 0)；N 0—材料的基本应力循环次数；N —机构零件的工作应力循环次数；当k n k m 〉1时，取k n k m ＝1 。

混凝土吊车梁计算书设计：____________校核：____________审核___________日期________一、基本数据（一）、吊车及吊车梁基本数据吊车数据：1、吊车起重量Q= 16 t2、吊车跨度= 16.5 m3、吊车总重G=15 t4、小车重量g= 1.37 t5、最大轮压Pmax= 12.5 kN6、吊车总宽B= 2.8 m7、吊车轮距W= 2.5 m8、吊车数量n= 两台吊车梁数据：1、吊车梁宽b= 200 mm2、上翼缘宽bf= 200 mm3、吊车梁高h= 500 mm4、上翼缘高hf= 0 mm5、吊车梁跨度L= 6000 mm（二）、材料信息混凝土材料：C30 f c=14.3 N/mm2f t=1.43 N/mm2f tk=2.01 N/mm2钢筋：纵筋：HRB 335 f y=300 N/mm2箍筋：HRB 335 f yv=300 N/mm2（三）、其他信息吊车工作级别：A4 中级动力系数μ:1.05钢筋混凝土保护层厚度：25 mm裂缝宽度限制：0.2 mm挠度计算限制：1/600 Lo二、正截面设计（一）计算吊车梁的绝对最大弯矩位置计算长度取为：L0= 5.8 m由结构力学可判断，吊车轮按上述作用时才能产生绝对最大弯矩计算可得：合力R = 3×μ×Pmax = 52.5 kNa0 = B-W2= 0.15 m（二）正截面配筋计算1、内力计算吊车梁自重：q1 = 25×[b×h+(b f-b)×h f] = 2.5 kN/m轨道联结重：q2 = 1.5 kN/m自重总和：q = q1 + q2 = 4 kN/m由自重在k点产生的弯矩：Mqk = qx2(Lo-x) = 16.81 kN・m由吊车荷载在k点产生的弯矩：Mpk = R(L0-a0)24L0= 39.43 kN・m总弯矩：M maxk = M qk + M pk= 56.24 kN・m2、按T型梁计算配筋按照混凝土规范7.2.2条a s = 35 mmh0 = h-2a s = 430 mmM = f c b f h f(h0-h f/2) = 0 < M maxk = 56.24 属于II类T型截面3验算垂直截面的双向受弯强度每个轮子产生的刹车力：T = 0.25×α（Q+g）×9.8 = 4.26 kN为简化计算，假设每个轮子都作用在吊车梁跨中，由水平力产生的弯矩为：M H =nT4Lo = 24.708 kN ・m 可见，水平方向产生的弯矩很小，双向受弯强度验算可以忽略 三、斜截面设计（一）复核截面条件吊车梁自重荷载作用下产生的剪力： V 1 = 0.5×q×Lo = 11.6 kN 吊车荷载按下图作用时产生最大剪力：由结构力学可知：V 2 = μP max (4-2B+WLo ) = 28.51 kN 最大总剪力：V = V 1 + V 2 = 40.11 kN 由混凝土规范7.5.1条：0.25βc f c bh 0 = 307.45 kN > V 截面满足要求 （二）计算所需箍筋1、确定计算方法y a = ΣI y y iΣI y = 112 h f b f 3×12 h f +112 (h-h f )b 3×(h/2+h f /2)112 h f b f 3+112 (h-h f )b 3= 250 mm 每个吊车轮产生的扭矩： m t = 0.7[μP max ×0.02+T(y a +0.2)] = 1.53 kN ・m则支座截面产生的最大扭矩为：T = 1.4×m t ×(4-2B+2WLo ) = 4.65 kN ・m 构件截面信息腹板： W tw = b 2(3h-b)/6 = 8666666.66666667mm 3 翼缘： W tf = h f 2(b f '-b)/2 = 0mm 3W t = W tw + W tf = 8666666.66666667 mm 3 由混凝土规范7.6.1V bh 0 + T0.8W t= 1.1371 < 0.25βc f c = 3.575截面尺寸满足按弯剪扭共同作用的构件计算腹板受扭矩： T w = W twW t ×T = 4.650 kN ・m翼缘受扭矩： T f ' = W tfW t×T = 0.000 kN ・m2、腹板配筋计算A cor = b cor h cor = 67500 mm 2 u cor = 2×(b cor + h cor ) = 1200 mma.腹板受扭箍筋计算，按混凝土规范7.6.8：T = 0.35f t βt W t + 1.2ζ f yv A st1A cor sβt =1.51+0.5 VW tTbh 0= 0.93 A st1s = T w -0.35βt f t W tw1.2ζ f yv A cor= 0.032136 mm 2/mm b.腹板受剪箍筋计算，按混凝土规范7.6.8：A sv1s = V -0.7(1.5-βt )f t bh 01.25f yv h 0= 0.045301 mm 2/mm腹板所需单肢箍筋总面积为：A st1s + A sv1s= 0.0547865 mm 2/mm实际配置：8@100 满足c.腹板抗扭纵筋计算，按混凝土规范7.6.4-2：A stl = ζf yv A st1u corf y s= 23.14 mm 2 构造配置钢筋3、翼缘配筋计算b 'cor = b f - b - 50 = -50 mm h 'cor = h f - 50 = -50 mmA 'cor = b 'cor ×h 'cor = 2500 mm 2 U 'cor = 2(b 'cor + h 'cor ) = -200 mm a.翼缘抗扭箍筋计算，按混凝土规范7.6.8：A st1s = T f -0.35βt f t W tf1.2ζ f yv A cor= 0.000 mm 2/mm 实际配置：8@100 满足b.翼缘抗扭纵筋计算，按混凝土规范7.6.4-2：A stl = ζf yv A st1u corf y s= 0.00 mm 2 构造配置钢筋四、验算吊车梁疲劳强度（一）验算正截面疲劳强度1、验算受压区混凝土边缘纤维的应力 一台吊车产生的最大弯矩：由结构力学可判断，吊车轮按上述作用时才能产生绝对最大弯矩计算可得：合力R = 2×μ×Pmax = 26.25 kNa0 = B-W2= 0.15 m由自重在k点产生的弯矩：Mqk = qx2(Lo-x) = 16.82 kN・m由吊车荷载在k点产生的弯矩：Mpk = μP max(L0-a0)22L0= 38.06 kN・m总弯矩：M maxk = M qk + M pk= 54.88 kN・mαf E= E sE f c= 13.33先假定中和轴通过翼缘，换算截面的受压区高度：b2x02 - αfE A s(h0 - x0) = 0 公式见《钢筋混凝土结构计算手册》P624简化：Ax02 + Bx0 + C = 0 其中：A = 100B = 20593.2504C = -9266962.68解方程得：x0 = 218.39mm >h f = 0 mm 所以须按下列公式重新计算:b f2x02 - αfE A s(h0 - x0)-(b f - b)(x0 - h f)22= 0简化：Ax02 + Bx0 + C = 0 其中：A = 100B = 20593.2504C = -9266962.68 解方程得：x0 = 218.39mmI fo=h f x033-(b f - b)(x0 - h f)33+αfE A s(h0 - x0)2 = 1799083328.02ρfc=ρfcminρfcmax=MqkMqk+Mpk= 0.317589268845645查混凝土规范表4.1.6得： γρ = 0.86σf cmax = M f max x 0I fo = 6.662 < f fc = γρf c = 12.298满足要求 2、验算受拉钢筋的应力σf simin = αf E M f min (h 0-x 0)I f o = 30.342 N/mm 2σf simax = αf E M fmax (h 0-x 0)I f o = 65.196 N/mm 2Δσf si = σf simax - σfsimin = 34.854 N/mm 2 ρf s= σfsiminσfsimax = 0.465根据混凝土规范表4.2.5-1，可查得：Δf f y = 135 > Δσfsi = 34.854 满足要求（二）验算斜截面疲劳强度 1、验算中和轴处的主应力 计算从略2、验算弯起钢筋所需面积 计算从略五、验算吊车梁裂缝宽度σρsk = M maxk0.87h 0A s= 92.9862630983486 N/mm 2A te = 0.5bh = 50000 mm 2 ρte = A s /A te = 0.0308976d eq = Σn i d i 2Σn i νd i= 18.2222222222222 mmψ=1.1-0.65f tkρte σρsk= 0.645257156827881由混凝土规范8.1.2得： αcr = 2.1 c=20 ψ=1.0ωmax = αcr ψσρsk E s 1.9c+0.08d eqρte= 0.0536640377934194 < 0.2 满足规范要求六、验算吊车梁挠度由混凝土规范8.2.3：B s = E s A s h 021.15ψ+0.2+6αE ρ1+3.5γf'其中： ψ=1.0 αE = 13.33 E s = 200000 A s = 1544.88 h 0 = 430 γf ' = 0ρ= A sbh 0= 0.0171653333333333代入公式可得：B s = 27027886193474.9 由混凝土规范8.2.2：B = M kM q (θ-1)+M k B s其中： θ=1.6 M k = 38.06 M q = 16.82 代入公式可得：B = 21128148926726.3f=5qlo 4384B= 2.78964728702648f/Lo=1/1981 < 1/600 满足要求七、验算吊车梁配筋率计算从略。

吊车在吊车梁上运动产生三个方向的动力荷载：竖向荷载、横向水平荷载和沿吊车梁纵向的水平荷载。

纵向水平荷载是指吊车刹车力，其沿轨道方向由吊车梁传给柱间支撑，计算吊车梁截面时不予考虑。

吊车梁的竖向荷载标准值应采用吊车最大轮压或最小轮压。

吊车沿轨道运行、起吊、卸载以及工件翻转时将引起吊车梁振动。

特别是当吊车越过轨道接头处的空隙时还将发生撞击。

因此在计算吊车梁及其连接强度时吊车竖向荷载应乘以动力系数。

对悬挂吊车（包括电动葫芦）及工作级别A1~A5的软钩吊车，动力系数可取1.05；对工作级别A6~A8的软钩吊车、硬钩吊车和其他特种吊车，动力系数可取为1.1。

吊车的横向水平荷载由小车横行引起，其标准值应取横行小车重量与额定起重量之和的下列百分数，并乘以重力加速度：1）软钩吊车：当额定起重量不大10吨时，应取12%；当额定起重量为16~50吨时，应取10%；当额定起重量不小于75吨时，应取8%。

2）硬钩吊车：应取20%。

横向水平荷载应等分于桥架的两端，分别由轨道上的车轮平均传至轨道，其方向与轨道垂直，并考虑正反两个方向的刹车情况。

对于悬挂吊车的水平荷载应由支撑系统承受，可不计算。

手动吊车及电动葫芦可不考虑水平荷载。

计算重级工作制吊车梁及其制动结构的强度、稳定性以及连接（吊车梁、制动结构、柱相互间的连接）的强度时，由于轨道不可能绝对平行、轨道磨损及大车运行时本身可能倾斜等原因，在轨道上产生卡轨力，因此钢结构设计规范规定应考虑吊车摆动引起的横向水平力，此水平力不与小车横行引起的水平荷载同时考虑。

二、吊车梁的形式吊车梁应该能够承受吊车在使用中产生的荷载。

竖向荷载在吊车梁垂直方向产生弯矩和剪力，水平荷载在吊车梁上翼缘平面产生水平方向的弯矩和剪力。

吊车的起重量和吊车梁的跨度决定了吊车梁的形式。

吊车梁一般设计成简支梁，设计成连续梁固然可节省材料，但连续梁对支座沉降比较敏感，因此对基础要求较高。

吊车梁的常用截面形式，可采用工字钢、H 型钢、焊接工字钢、箱型梁及桁架做为吊车梁。

重级钢构吊车梁的疲劳设计摘要：重级钢构吊车梁是工业厂房的一大关键部件，其在工业材料运输、工业机械装配等厂房生产运行中扮演着十分重要的角色。

确保重级钢构吊车梁处于正常、可靠的工作状态是有效确保生产安全的必要前提，然而，一系列数据显示，目前我国重级钢构吊车梁常处于超负荷频繁运行状态，由此导致吊车梁出现疲劳损坏。

为此，本文将针对重级钢构吊车梁的疲劳设计展开研究。

关键词：重级钢构；疲劳设计；吊车梁；破坏；裂缝疲劳破坏并不是短期形成的，疲劳裂缝一旦产生，长期忽略则可能引起构架断裂，甚至产生更严重的结果。

实行定时检查项目，开展维修加固，从某种程度来说，能够有效规避裂缝危险，确保安全性。

作为钢吊车梁金属构件的一种，重级钢构吊车梁直接负载着压力，金属疲劳产生的可能性较大。

所以，在进行重级钢构吊车梁设计时，也同样要将其金属疲劳问题考虑进去。

尽可能地减少其产生疲劳破坏的风险，还要对其开展定期检查和维修加固，确保生产万无一失。

1 重级钢构吊车梁的疲劳破坏原因研究1.1 应力幅的差别重级钢构吊车梁性能状况，及所能产生的疲劳抵抗力等，与应力幅的大小、发生频率息息相关。

依据《钢结构设计规范》，应力幅可进行具体核算，但由于仅局限在步骤方面，因此其计算结果并不可靠。

还需要考虑到：吊车梁竖向剪应力作用、吊车梁加劲助与上翼缘连接不好导致腹板上部的高应力区出现、吊车梁上翼缘局部扭转产生的附加弯曲应力作用、吊车梁受弯扭等联合作用、燥缝残余拉应力的作用、施工过程中焊缝质量问题以及轮压的取用情况等因素。

1.2 受力分析不全面在进行重级钢构吊车梁受力具体分析时，主要关注其受力荷载、起重荷载、强度、刚度等要素，并对这些要素进行计算。

通常情况下，计算完成或留有余地则意味着安全，但从实际状况来看，由于吊车梁设计时计算次数较多,且板件相对较薄，一旦吊车起重荷载产生一点偏差，将会直接引起其上翼缘、腹板等的应力幅数值的变动。

在实际铺设过程中，是无法确保百分百精确的。