起重機械金屬結構.ppt

起重機械金屬結構 教材 起重機械金屬結構 陳瑋璋主編 人民交通出版社 1995主要參考書 1 起重機設計規(guī)范 GB3811 83 中國標準出版社 19842 金屬結構 徐克晉主編 機械工業(yè)出版社 19933 鋼結構設計規(guī)范 GBJ17 88 中國計劃出版社 19894 EdwinH Gaylord5 ChailesG Salmen JohnE Johnson 緒論 結構能夠承受載荷的構件 由以上定義可知 結構件一定是幾何不變系統(tǒng) 注意幾何不變系統(tǒng)和幾何可變系統(tǒng) 與靜定系統(tǒng)和超靜定系統(tǒng)之間的區(qū)別 根據(jù)組成結構的材料不同 可以分為土木結構 石材結構 鋼筋混凝土結構和金屬結構 絕大多數(shù)意指鋼結構 0 1金屬結構概述 金屬結構的一般定義金屬結構是由型材 板材 鑄件和鍛件等金屬制件 通過一定的連接手段所制成的并滿足一定使用要求工程結構 型材包括 角鋼 槽鋼 工字鋼 圓管等 連接手段有 鉚接 焊接 螺栓連接 普通螺栓和高強度螺栓 和鉸軸連接等 0 1金屬結構概述 二 金屬結構的特點自重輕 工業(yè)化程度高 維護使用費用高 三 金屬結構的應用范圍土建中 鋼筋混凝土化工 容器水電 閘門 鐵塔海洋工程 鉆井平臺國防 導彈發(fā)射架 0 2在起重機械中的應用 一 例子橋式起重機 0 2在起重機械中的應用 2龍門起重機 0 2在起重機械中的應用 3 裝卸橋 0 2在起重機械中的應用 4 門座式起重機 0 2在起重機械中的應用 5 塔式起重機 0 2在起重機械中的應用 二 金屬結構構件的分類根據(jù)基本元件的特點分為 桿系結構和板式結構 或者稱之為格構式結構和實腹式結構 根據(jù)基本元件之間的連接特點分為 鉸接 剛接和混合連接 根據(jù)外力與結構的幾何位置關系 平面結構和空間結構 根據(jù)結構件的功能分 門架 轉臺 底架 盤 臂架 象鼻梁等 0 2在起重機械中的應用 二 金屬結構構件的分類根據(jù)結構件的受力性質分 軸心受力構件 力作用線通過機構截面的幾何中心線 只受軸向載荷 又可細分為軸心受拉和軸心受壓 受彎構件 承受橫向載荷的作用 承受彎矩 偏心受力構件 力作用線不通過截面的幾何中心 有一定的偏心 既受軸向載荷又受彎矩載荷 0 2在起重機械中的應用 三 金屬結構的設計內容總體設計 確定幾何尺寸 結構形式 確定計算力學模型載荷計算和載荷組合內力分析 結構力學和有限元 驗算 強度 剛度 穩(wěn)定性 構造設計 細部設計 連接計算 0 3起重機金屬結構的基本要求和發(fā)展方向 一 起重機工作特點載荷的特點 沖擊 動態(tài) 變化 周期和間歇載荷二 基本要求使用上 安全 可靠 耐用和便于維護保養(yǎng) 經(jīng)濟上 重量輕 造價低 便于制造 安裝高級要求 外形美觀協(xié)調 0 3起重機金屬結構的基本要求和發(fā)展方向 三 發(fā)展方向1 新的設計理論和計算設計方法 傳統(tǒng)的方法 許用應力法現(xiàn)代設計方法 極限狀態(tài)法 優(yōu)化法 可靠性設計法 損傷容限法等 2 改造和創(chuàng)造新的結構型式3 改進制造工藝4 合理應用新的優(yōu)質新型材料5 標準化系列化6 大型化 第一章金屬結構材料 了解組成結構的材料特性要求 學習掌握的重點常用結構鋼的性能指標表示方法結構材料的選取原則 1 1金屬結構對材料的要求和常用材料 一 應滿足的性能指標1 力學性能較高的屈服極限或抗拉強度極限較高的伸長率 塑性 保證一定的沖擊韌性2 加工性能優(yōu)良的焊接性能冷作加工性能 1 1金屬結構對材料的要求和常用材料 二 常用的結構材料碳素結構鋼 普通的低合金鋼鋼材與鋁材的主要區(qū)別兩者強度接近 但鋁材重量輕 彈性模量低 熱膨脹系數(shù)大 可焊性差 價格貴 1 2鋼材的性能及影響因素 一 鋼材的力學性能1 單向拉伸條件下的性能a 強度特性彈性極限 e屈服極限 s強度極限 b比例極限 p 1 2鋼材的性能及影響因素 材料進入屈服限時 材料的本構關系已經(jīng)不穩(wěn)定了 所以起重機設計規(guī)范規(guī)定 以材料的屈服限作為結構強度的控制應力 強度抗力指標 對于沒有明顯屈服限的鋼材 以名義屈服限 0 2考慮 即卸載后殘余應變0 2 時的應力 屈強比 s b 表征材料局部抵抗超載能力的指標 其數(shù)值越大 抵抗超載的能力越小 1 2鋼材的性能及影響因素 結構的基本許用應力 拉伸 壓縮和彎曲的許用應力當時 當時 其中 n 與載荷組合有關的強度安全系數(shù) B類載荷組合時為1 34 剪切許用應力擠壓許用應力 1 2鋼材的性能及影響因素 b 塑性特性伸長率 l1 l0 l0 x100 l l0 x100 斷面收縮率 A0 A1 A0 x100 A Ax100 回彈性和韌性 吸收彈性機械能和機械能的能力 材料的剪切應力 應變曲線類似于拉伸應力曲線 不同為直線段的斜率為G 剪切彈性模量 其與彈性模量 泊松比之間的關系 G E 2 1 1 2鋼材的性能及影響因素 2 復雜應力狀態(tài)下的性能對于理想彈性體 von miss強度理論 1 2鋼材的性能及影響因素 討論由折算應力計算公式可以看出 多向應力狀態(tài) 材料強度發(fā)生變化 同時實際情況還表明 塑性和韌性也會發(fā)生變化 特別是在三向拉應力狀態(tài)下 材料的塑性幾乎為零 所以應盡量避免出現(xiàn)三向拉應力狀態(tài)的出現(xiàn) 1 2鋼材的性能及影響因素 3 疲勞性能在交變應力作用下 經(jīng)過多次循環(huán) 在低于強度極限或屈服極限的載荷作用下 發(fā)生的突然破壞 疲勞破壞的特征 1 交變載荷作用 2 多次應力循環(huán) 3 低于材料強度極限或屈服極限 b或 s 4 破壞前通常無明顯塑性變形 突然脆斷 影響結構鋼材疲勞強度的主要因素 材料 應力比 工藝因素和載荷順序和載荷的變化頻率 1 2鋼材的性能及影響因素 4 脆性特性脆性斷裂 破壞前沒有塑性變形的斷裂 塑性斷裂 破壞前有明顯塑性變形的斷裂 衡量材料抵抗脆性斷裂的能力指標 沖擊韌性 K 影響因素 化學成分 應力集中 應力狀態(tài) 加工硬化 焊接 低溫環(huán)境 老規(guī)范規(guī)定 在 20 以下地區(qū)工作的起重機主要承力構件 必須使用鎮(zhèn)靜鋼且在相應溫度下的沖擊韌性 k 0 3Nm mm2 1 2鋼材的性能及影響因素 新規(guī)范規(guī)定為使所選構件材料具有足夠的抗脆性破壞的安全性 應根據(jù)影響材料脆性破壞的條件來選擇鋼材的質量組別 影響因素有 縱向殘余拉伸應力與自重載荷引起的縱向拉伸應力聯(lián)合作用 構件構件材料的厚度工作環(huán)境的溫度評價的計算方法 見規(guī)范P181 P182 1 2鋼材的性能及影響因素 二 鋼材的加工性能包括切割 切削和彎折和焊接 與結構設計有關的 1 冷彎性能 表征鋼材在常溫下承受彎曲的能力 衡量的指標 彎曲角度和彎曲半徑與鋼材厚度的比值 在材料出現(xiàn)裂紋前 彎曲角度大 比值小 冷彎的性能能就好 通過冷彎試驗不僅可以檢驗冷彎成型的能力 還可以觀察材料的塑性好壞及鋼材的部分微觀組織 顆粒度的大小 非金屬雜質情況等 1 2鋼材的性能及影響因素 2 焊接性能 在一定焊接工藝下 焊縫及其相鄰的基本金屬的抗裂性能和焊后性能 強度 塑性 硬度 沖擊韌性和冷彎性能等 的好壞 衡量指標 碳當量 經(jīng)驗值 Ceq 0 45 時 焊接性能好 1 2鋼材的性能及影響因素 三 性能的影響因素1 化學成分C增加 b s增加 HB增加 k下降 冷彎性能 焊接性能下降 Mn增加 b s增加 HB增加 k持平 過多焊接性能下降 S增加 材料變脆 k下降 P增加 冷脆增加所以材料中P S的成分越少越好 1 2鋼材的性能及影響因素 2 冷加工的影響應變硬化 冷拉 校直 彎曲機械剪切等 都會產(chǎn)生塑性變形 從而使材料的 s增加 HB增加 k下降 應變時效 經(jīng)過應變硬化的鋼材 在常溫下放置一段時間后 鋼材的 s進一步增加 HB增加 k下降的現(xiàn)象 牢記 承受動載荷和低溫下的結構嚴禁冷作加工 3 溫度的影響材料在低溫下變脆的現(xiàn)象 冷脆 1 3鋼材的分類和標示代號 一 結構鋼分類二 國產(chǎn)結構鋼的代號1 碳素結構鋼 GB T700 88 屈服屈服數(shù)值質量等級脫氧方法Q195 215 235 255 275A B C DF b Z TZ例 Q195 Q235 A F Q235 B等ABCD含S P 高低 1 3鋼材的分類和標示代號 2 優(yōu)質碳素結構鋼 GB T699 1999 含碳量 萬分之 脫氧方法或微量元素20A 優(yōu)質 4540Mn3 普通低合金鋼 GB T1591 1994 標示方法同 GB T700 Q345 A4 鑄鋼 GB11352 1989 ZG200 300屈服限強度限 1 4鋼材的選擇和規(guī)格 一 選擇的原則總則 結構的工作特點實際的工作經(jīng)驗鋼材的實際生產(chǎn)情況目標 安全 可靠 經(jīng)濟合理 具體方法 1 結構的連接方法和方式 2 載荷的特點 3 工作溫度 4 結構的重要程度 5 受力的性質起重機中推薦的選材 Q235 Q345 20鋼等 1 4鋼材的選擇和規(guī)格 二 規(guī)格板材GB T709 88 1000 2500 8等邊角鋼 GB T9887 1988 L120 120 6 1200不等邊角鋼 GB T9788 1988 L180 80 7 5 1550槽鋼 GB T707 1988 320 78 8 2300工字鋼 GB T706 1988 I200 100 7 0 5000扁鋼 GB T704 1988 100 6