【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ）溫度載荷 在露天或高溫（低溫）環(huán)境工作的起重機(jī)超靜定結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮溫度影響。常以金屬結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的溫度為初始溫度，使用時(shí)的溫度為末溫t，則計(jì)算溫差為。根據(jù)即可計(jì)算金屬結(jié)構(gòu)的溫度變位，由可計(jì)算出結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力。當(dāng)缺乏任何資料時(shí)，可取溫度變化范圍為＋35℃～－35℃。 常用移動(dòng)式起重機(jī)結(jié)構(gòu)和跨度小于35m的超靜定結(jié)構(gòu)，由于溫度影響較小，通常不計(jì)溫度載荷。 （三）地震載荷 根據(jù)我國(guó)幾次大地震后，起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)均未遭到破壞的實(shí)際情況，在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不必考慮地震力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。 （四）試驗(yàn)載荷 起重機(jī)投入使用前，必須進(jìn)行超載動(dòng)態(tài)試驗(yàn)及超載靜態(tài)試驗(yàn)。試驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)堅(jiān)實(shí)、平整。試驗(yàn)載荷分別為動(dòng)態(tài)試驗(yàn)載荷Pdt和靜態(tài)試驗(yàn)載荷Pst。 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)載荷應(yīng)作用于起重機(jī)最不利位置，且應(yīng)考慮試驗(yàn)時(shí)起重機(jī)需完成要求的各種運(yùn)動(dòng)和組合運(yùn)動(dòng)。Pdt值取為額定起升載荷PQ的110%與動(dòng)載系數(shù)j6的乘積，即 （339）式中 j6──試驗(yàn)時(shí)的動(dòng)載系數(shù)。 靜態(tài)試驗(yàn)載荷Pst值取為額定起升載荷PQ的125%。試驗(yàn)載荷應(yīng)作用于起重機(jī)最不利位置，且應(yīng)平穩(wěn)無沖擊地加載。有特殊要求的起重機(jī)，其試驗(yàn)載荷由用戶與制造廠簽訂合同予以規(guī)定。 工藝載荷和安裝載荷也是特殊載荷，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一般不予計(jì)算。第四節(jié) 起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的載荷組合及許用應(yīng)力一、載荷組合 所有上述各種載荷，不可能同時(shí)作用于金屬結(jié)構(gòu)，應(yīng)按照各種載荷出現(xiàn)的頻繁程度和結(jié)構(gòu)的重要性，根據(jù)起重機(jī)不同的工況，考慮最不利的情況進(jìn)行合理的組合。按許用應(yīng)力法計(jì)算起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)時(shí)，采用以下三種載荷組合形式。 載荷組合I──只考慮基本載荷的載荷組合。這一組合規(guī)定起重機(jī)最多有兩個(gè)機(jī)構(gòu)同時(shí)處于不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，該組合用于對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。 載荷組合II──考慮基本載荷和附加載荷同時(shí)作用的情況。附加載荷主要是指水平風(fēng)載荷和偏斜運(yùn)行側(cè)向載荷。這一組合是保證起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)正常工作狀態(tài)下具有可靠的強(qiáng)度和彈性穩(wěn)定性的主要計(jì)算載荷。該組合用于對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性和剛度計(jì)算。計(jì)算垂直剛度時(shí)不計(jì)動(dòng)力系數(shù)和沖擊系數(shù)，不考慮水平慣性載荷；計(jì)算水平剛度時(shí)只考慮水平載荷。 載荷組合III──考慮基本載荷與特殊載荷同時(shí)作用，或基本載荷、附加載荷和特殊載荷同時(shí)作用的情況，該組合用于驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、彈性穩(wěn)定性和整機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性。 上述三類載荷組合列于表314。每一類組合中列出了若干種組合方式，計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)具體的機(jī)種、工況和計(jì)算目的選取對(duì)所計(jì)算結(jié)構(gòu)的最不利組合方式。結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接的強(qiáng)度和彈性穩(wěn)定性應(yīng)同時(shí)滿足載荷組合I、II和III各類情況下的許用應(yīng)力規(guī)定值，而疲勞強(qiáng)度只按載荷組合I進(jìn)行計(jì)算。各類起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的載荷組合根據(jù)工況，參照表314確定。表315列出了龍門起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)載荷組合推薦表，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。二、許用應(yīng)力 （一）結(jié)構(gòu)件材料的許用應(yīng)力 1. 基本許用應(yīng)力 對(duì)結(jié)構(gòu)件材料的拉伸、壓縮和彎曲許用應(yīng)力，按不同的載荷組合（組合I、組合II、組合III）規(guī)定相應(yīng)的安全系數(shù)和基本許用應(yīng)力、和。 當(dāng)＜，基本許用應(yīng)力 （340） 當(dāng)179。 ，基本許用應(yīng)力23表314 載荷與載荷組合載 荷載 荷 組 合載荷名稱組合I組合II組合IIIⅢe?、骹基本載荷自重載荷起升沖擊系數(shù)—————運(yùn)行沖擊系數(shù)起升載荷————起升載荷動(dòng)載系數(shù)—————突然卸載沖擊系數(shù)——水平慣性載荷附加載荷工作狀態(tài)結(jié)構(gòu)和物品承受的風(fēng)載荷——————偏斜運(yùn)行側(cè)向力—————特殊載荷非工作狀態(tài)風(fēng)載荷——————碰撞載荷——帶剛性導(dǎo)架小車的傾翻水平力——試驗(yàn)載荷———注：1. 表中為運(yùn)行、回轉(zhuǎn)或變幅機(jī)構(gòu)中最不利的一個(gè)機(jī)構(gòu)處于不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)所引起的水平慣性載荷。 為兩個(gè)機(jī)構(gòu)處于不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)所引起的水平慣性載荷；2. 和分別為動(dòng)態(tài)試驗(yàn)載荷和靜態(tài)試驗(yàn)載荷，為動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)的起升載荷動(dòng)力系數(shù)；；3. 組合IIIf僅適用于無軌高速運(yùn)行的輪式起重機(jī)在惡劣道路上行駛的工況，須按實(shí)際情況取值。表315 龍門起重機(jī)載荷組合表計(jì)算項(xiàng)目 起重機(jī)工況 載荷情況主 梁支 腿疲勞和強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算疲勞和強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算龍門架平面支腿平面龍門架平面支腿平面龍門架或支腿平面大車不動(dòng)、吊重起升離地大車不動(dòng)，小車運(yùn)行至跨中或懸臂端制動(dòng)，吊重下降制動(dòng)，風(fēng)向順著大車軌道方向大車運(yùn)行制動(dòng)，小車滿載在跨中或懸臂端下降制動(dòng)，風(fēng)向順著大車軌道大車不動(dòng)，小車運(yùn)行至跨中或懸臂端制動(dòng)，吊重下降制動(dòng)大車運(yùn)行制動(dòng)，小車滿載位于跨內(nèi)或跨中不動(dòng)大車不動(dòng)，小車滿載運(yùn)行至跨中或懸臂端制動(dòng)，吊重下降制動(dòng)，風(fēng)向垂直于大車軌道大車運(yùn)行制動(dòng)，小車位于跨中或懸臂端不動(dòng)，吊重下降制動(dòng)，風(fēng)向平行于大車軌道大車不動(dòng)，空載小車位于跨中或懸臂端，非工作狀態(tài)風(fēng)載荷順大車軌道方向結(jié)構(gòu)自重載荷小車自重載荷起升載荷大車制動(dòng)慣性載荷小車制動(dòng)慣性載荷工作狀態(tài)風(fēng)載荷偏斜運(yùn)行側(cè)向力非工作狀態(tài)風(fēng)載荷碰撞載荷※試驗(yàn)載荷注： 1. 為便于安全，突然卸載時(shí)，起升載荷的減載作用不考慮，即取 2. 大車不動(dòng)時(shí)，龍門架平面應(yīng)按一次超靜定計(jì)算； 3. ※小車運(yùn)行在跨中制動(dòng)時(shí)不考慮碰撞載荷。50 （341）式中──鋼材的基本許用應(yīng)力。相應(yīng)于載荷組合I、組合II、組合III分別為、和（N/mm2）； n──安全系數(shù)，相應(yīng)于載荷組合I、組合II、組合III分別為nⅠ、nⅡ、nⅢ； ──鋼材的屈服點(diǎn)（當(dāng)材料無明顯的屈服點(diǎn)時(shí)，取為。%時(shí)的試驗(yàn)應(yīng)力）（N/mm2）； ──鋼材的抗拉強(qiáng)度（N/mm2）。 2. 剪切許用應(yīng)力和端面承壓許用應(yīng)力 剪切許用應(yīng)力和端面承壓許用應(yīng)力用基本許用應(yīng)力按下面的公式分別確定： （342） （343）式中 ──剪切許用應(yīng)力，相應(yīng)于載荷組合I、組合II、組合III分別為、（N/mm2）；──端面承壓許用應(yīng)力。相應(yīng)于載荷組合I、組合II、組合III分別為、（N/mm2）。 結(jié)構(gòu)件許用應(yīng)力和安全系數(shù)見表316。當(dāng)時(shí)，以代替表內(nèi)的。表316 安全系數(shù)和許用應(yīng)力載荷組合類別安全系數(shù)拉伸、壓縮、彎曲許用應(yīng)力剪切許用應(yīng)力端面承壓許用應(yīng)力 [刨平頂緊]組合I組合II組合III注：如采用Q235沸騰鋼，對(duì)型鋼厚度大于15mm和鋼板厚度大于20mm的。 （二）連接材料的許用應(yīng)力 1. 焊縫許用應(yīng)力 按規(guī)定要求采用焊條、焊絲、焊劑施焊時(shí)，焊縫的許用應(yīng)力見第四章。 2. 鉚釘、螺栓和銷軸連接的許用應(yīng)力鉚釘、螺栓、銷軸連接的許用應(yīng)力見表317。表317 鉚釘、螺栓和銷軸連接的許用應(yīng)力接頭種類應(yīng)力種類螺栓的鋼號(hào)構(gòu)件鋼號(hào)ML2ML3Q235B35Q235B16Mn15MnTi鉚釘連接（I類孔）剪切[s]－－－－承壓－－[s][s][s]釘頭拉脫[s]－－－－精制螺栓連接（I類孔）拉伸－[s]－－－剪切－[s]－－－承壓－[s][s][s][s]普通螺栓連接拉伸－[s]－－－剪切－[s]－－－承壓－[s][s][s][s]銷軸連接彎曲－[s]－－－剪切－[s]－－－承壓－[s][s][s][s]注: 1. 表中[s]為該欄內(nèi)相應(yīng)鋼號(hào)的基本許用應(yīng)力。 2. 釘孔質(zhì)量屬于下列情況者為I類孔： （1）在裝配好的結(jié)構(gòu)件上按設(shè)計(jì)孔徑鉆成的孔。 （2）在單個(gè)零件和結(jié)構(gòu)件上按設(shè)計(jì)孔徑分別用鉆模鉆成的孔。 （3）在單個(gè)零件上先鉆成或沖成較小的孔徑，然后在裝配好的結(jié)構(gòu)件上再擴(kuò)鉆至設(shè)計(jì)孔徑的孔。 （4）當(dāng)為埋頭或半埋頭鉚釘時(shí)。 （5）工地安裝的連接鉚釘，其許用應(yīng)力降低10%。 （6）當(dāng)銷軸在工作中可能產(chǎn)生微動(dòng)時(shí)，其承壓許用應(yīng)力降低50%。第五節(jié) 設(shè)計(jì)計(jì)算方法一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介 現(xiàn)代設(shè)計(jì)計(jì)算方法顯著的特點(diǎn)是采用電子計(jì)算機(jī)這一先進(jìn)手段，而計(jì)算手段的現(xiàn)代化又促進(jìn)了設(shè)計(jì)計(jì)算理論的重大發(fā)展。 起重運(yùn)輸機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算不可避免地要涉及空間結(jié)構(gòu)的超靜定問題，加上計(jì)算工況甚多，應(yīng)用手算方法實(shí)際上難以應(yīng)付如此復(fù)雜的分析和繁重的計(jì)算工作量，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法不得不作出各種各樣的簡(jiǎn)化和假定，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況有較大的出入，不得不加大安全系數(shù)給予補(bǔ)償。過去由于計(jì)算過于繁雜而不能解決的問題，借助于電子計(jì)算機(jī)已不是困難的事了。利用矩陣進(jìn)行計(jì)算尤便于計(jì)算機(jī)程序的設(shè)計(jì)，矩陣?yán)碚摰陌l(fā)展與電子計(jì)算機(jī)在結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用相得益彰。 應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析最具普遍意義的方法是有限元法。有限元法是把所要分析的彈性體假想地分割為有限個(gè)單元，各單元僅在節(jié)點(diǎn)處連接并傳遞內(nèi)力，連接應(yīng)滿足變形協(xié)調(diào)條件。這個(gè)過程稱為離散化。外載荷也以節(jié)點(diǎn)載荷的形式出現(xiàn)，把所有的外力向節(jié)點(diǎn)移置。這樣將無限自由度的連續(xù)體的力學(xué)計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)橛邢迒卧?jié)點(diǎn)參數(shù)的計(jì)算，以完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析。在有限元法中，通常是以位移法來求解的。有限元法的計(jì)算精度取決于單元的數(shù)量和形狀，所以總可以達(dá)到所要求的精度。由于單元數(shù)量較多，必然要解數(shù)量很多的線性聯(lián)立方程，這就非用電子計(jì)算機(jī)不可。 在現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法中，優(yōu)化設(shè)計(jì)無疑占有重要地位。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法中，除最簡(jiǎn)單的構(gòu)件設(shè)計(jì)外，都是首先憑借經(jīng)驗(yàn)和判斷，選擇和確定結(jié)構(gòu)方案，初選構(gòu)件的截面尺寸，然后進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的校核驗(yàn)算。對(duì)方案的修改或?qū)閿?shù)不多的方案進(jìn)行比較，同樣是校核性的。由于計(jì)算工作量的龐大，事實(shí)上只可能做少量的方案比較，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣過大地依賴于設(shè)計(jì)者的水平和經(jīng)驗(yàn)，即使是優(yōu)秀的設(shè)計(jì)者亦難達(dá)到很滿意的設(shè)計(jì)。從被動(dòng)地進(jìn)行安全校核轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)地從各種可能的設(shè)計(jì)方案中尋求盡可能完善或是適宜的方案就是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)所追求的目標(biāo)。自然，要把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的精力從繁重的計(jì)算工作中解放出來，把主要精力轉(zhuǎn)到優(yōu)化方案的選擇上去，也非依靠電子計(jì)算機(jī)不可。 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論和方法，基本上可以歸結(jié)為兩大類：第一類是準(zhǔn)則方法，它是從結(jié)構(gòu)力學(xué)的原理出發(fā)，首先選定使結(jié)構(gòu)達(dá)到最優(yōu)的準(zhǔn)則（例如滿應(yīng)力準(zhǔn)則、能量準(zhǔn)則等），而后根據(jù)這些準(zhǔn)則尋求結(jié)構(gòu)的最優(yōu)解（即滿應(yīng)力設(shè)計(jì)、滿應(yīng)變能設(shè)計(jì)等）；第二類是數(shù)學(xué)方法，它是從解極值問題的數(shù)學(xué)原理出發(fā)，運(yùn)用數(shù)學(xué)規(guī)劃和優(yōu)選法等各種方法，求得一系列設(shè)計(jì)參數(shù)的最優(yōu)解（例如最輕設(shè)計(jì)）。 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，廣義地說，應(yīng)該把材料的用量、制造工藝和使用維修等各種因素綜合起來考慮。盡管材料的用量最少（結(jié)構(gòu)最輕）并不就等于最經(jīng)濟(jì)或最優(yōu)，但仍不失為對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較的一個(gè)重要指標(biāo)。滿應(yīng)力設(shè)計(jì)與最輕設(shè)計(jì)并不一定是一回事，但是在不少情況下這兩種設(shè)計(jì)的結(jié)果是相同的，或者是相當(dāng)接近的，而滿應(yīng)力設(shè)計(jì)要比最輕設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單得多，所以滿應(yīng)力設(shè)計(jì)是一種切實(shí)可行，而又是人們比較熟悉、比較容易掌握的一種優(yōu)化方法。通常采用應(yīng)力比的方法逐次逼近滿應(yīng)力（比例滿應(yīng)力法）。它是先選定一個(gè)初始方案（各桿件的初始截面），計(jì)算在各種載荷組合下各桿件的最大內(nèi)力和相應(yīng)的最大應(yīng)力，然后將它們與許用應(yīng)力相比，其比值k1即表示桿件原截面有富裕，k1即表示桿件原截面不足。將各桿件的截面乘以對(duì)應(yīng)的k值作為新截面重新計(jì)算應(yīng)力，如此循環(huán)迭代直到即得到滿應(yīng)力設(shè)計(jì)方案。有時(shí)滿應(yīng)力設(shè)計(jì)會(huì)收斂到非最優(yōu)點(diǎn)（超靜定結(jié)構(gòu)退化為靜定結(jié)構(gòu)）。為避免這種情況，通常采用齒行法。所謂齒行法是在滿應(yīng)力設(shè)計(jì)法中增加射線步，即從坐標(biāo)原點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過上一步比例滿應(yīng)力的設(shè)計(jì)點(diǎn)，沿此連線方向回到約束曲線（根據(jù)約束條件確定的可行域與不可行域的分界線）。在每一步比例滿應(yīng)力設(shè)計(jì)之后，加一步回到約束曲線的射線步，兩種步法間隔地進(jìn)行。每一次射線步后記錄一次結(jié)構(gòu)重量。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一射線步后結(jié)構(gòu)的重量大于上次的重量時(shí)，就取上次的設(shè)計(jì)點(diǎn)為最優(yōu)點(diǎn)。 第二類的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法中的數(shù)學(xué)規(guī)劃，就是在用等式或不等式表示的限制（約束）條件下求多變量函數(shù)（目標(biāo)函數(shù)）的極值問題。如果目標(biāo)函數(shù)和約束方程是線性的，則尋求這類問題的最優(yōu)解即為用線性規(guī)劃進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；如果目標(biāo)函數(shù)或約束方程是非線性的，則為用非線性規(guī)劃進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化，通常是有約束的，是為約束最優(yōu)化問題。非線性規(guī)劃大致可分為三類：第一類是直接處理約束的方法，例如可行方向法、最速下降法、梯度投