【文章內(nèi)容簡介】 注：集中和的意義同前表。圖（211）桿件的自由扭轉(zhuǎn)Fig (21) member free torsion如果桿件受扭時截面不能自由翹曲，也即由于支座的阻礙或其它原因的限制，這稱為約束扭轉(zhuǎn)。 當(dāng)桿件產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn)時，由于各截面的凹凸不相同，因此桿件的縱向纖維將產(chǎn)生拉伸活壓縮變形，桿件單位長度的扭角也沿桿長變化。由于縱向纖維的軸向應(yīng)變，就使得截面上不僅存在著扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，還存在發(fā)向應(yīng)力，又因?yàn)楦骺v向纖維的法向應(yīng)力不一定相同，就導(dǎo)致桿件產(chǎn)生彎曲（圖211） ，所以約束扭轉(zhuǎn)也常稱為彎曲扭轉(zhuǎn)。另一方面由于桿件彎曲必將產(chǎn)生彎曲剪應(yīng)力，這一系列情況，就使得桿件的約束扭轉(zhuǎn)問題比自由扭轉(zhuǎn)問題復(fù)雜得多。 如圖（213）中的工字梁右端剛性固定，左端自由，并作用著扭轉(zhuǎn)，于是也將產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn)。工字梁的翼緣不保持直線而產(chǎn)生彎曲，而且這種彎曲是在其自身平面內(nèi)作相反方向的彎曲。因此在翼緣上產(chǎn)生了正應(yīng)力，同時由于彎曲變形，又產(chǎn)生了附加剪應(yīng)力 ，這種附加剪應(yīng)力 只能平衡一部門外扭轉(zhuǎn)，剩下的外扭轉(zhuǎn)將由純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 來達(dá)到平衡。由此可知，開口薄壁截面受扭轉(zhuǎn)時，截面上將產(chǎn)生三種應(yīng)力，即約束扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力 ，約束扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 和純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 。由 合成內(nèi)扭矩記為 ，稱為約束扭轉(zhuǎn)力矩；由 合成的內(nèi)扭矩記為 ，稱為自由扭轉(zhuǎn)力矩。根據(jù)靜力平衡條件得：圖（212）桿件的約束扭轉(zhuǎn) 圖（213）約束扭轉(zhuǎn)的截面應(yīng)力Fig (212) member restraint reverse Fig (213) restrains the reverse the section stress328+120=4481）自由扭轉(zhuǎn)開口截面薄壁構(gòu)件自由扭轉(zhuǎn)時，在截面上產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力力按下式計(jì)算（圖 214）：=式中 ——純扭矩；計(jì)算截面中最大壁厚；截面的扭轉(zhuǎn)慣性矩，由矩形窄條組成的截面（T字形，工字形。槽形），其扭轉(zhuǎn)慣性矩 ，按下式計(jì)算：、 矩形窄條相應(yīng)的寬度和厚度（cm）修正系數(shù)，對于各種截面的 值列出如下：軋制 形截面 軋制 形截面 軋制 形截面 開口截面剪應(yīng)力沿截面上的分布如下圖所示。圖（214） 開口薄壁構(gòu)件的自由扭轉(zhuǎn)計(jì)算簡圖Fig (214)opens the mouth the thin wall ponent free torsion putation diagram 單位長度的相對扭轉(zhuǎn)角，按下式計(jì)算：==2）約束扭轉(zhuǎn)開口薄壁構(gòu)件約束扭轉(zhuǎn)引起的法向應(yīng)力 和剪應(yīng)力 的計(jì)算比較復(fù)雜，可參看起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊。開口薄壁構(gòu)件約束扭轉(zhuǎn)引起的應(yīng)力很高，有時甚至超過構(gòu)件受自由彎曲時的應(yīng)力，必須予以重視。閉口截面由于截面外形所具有的特征，它在純扭轉(zhuǎn)時，純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的分布與開口截面中不相同，它沿壁厚是按常量分布的，因此中間層上的剪應(yīng)力并不等于零，這是閉口與開口截面的最主要區(qū)別。閉口截面純扭轉(zhuǎn)剪力流由于在整個截面上環(huán)行封閉，因而其扭抗能力特別強(qiáng)，這是它的主要優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。閉口截面的純扭轉(zhuǎn)剪力流已單獨(dú)平衡外扭矩，而約束扭轉(zhuǎn)剪力流在截面上是自相平衡的。閉口截面薄壁構(gòu)件自由扭轉(zhuǎn)時，在截面上產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力按下式計(jì)算：=式中 截面輪廓中線所圍成的面積的兩倍；截面中最小壁厚（cm）。作用在所計(jì)算截面的扭矩（）。 1）閉口截面薄壁構(gòu)件單位長度相對扭轉(zhuǎn)角按下式計(jì)算： ==式中 ， 系數(shù)，對焊接構(gòu)件 ：對鉚接構(gòu)件 ； 對截面閉合軸線全積分。 正軌雙梁橋式起重機(jī)和單主梁門式起重機(jī)的箱形主梁屬于閉口薄壁構(gòu)件受約束扭轉(zhuǎn)，理論分析和計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)說明，閉口截面的抗扭能力很強(qiáng)，其約束扭轉(zhuǎn)法向應(yīng)力 很低，一般只有構(gòu)件受自由彎曲時的法向應(yīng)力的 5%左右，因此在實(shí)際計(jì)算時，可以取 ，在此， 為自由彎曲法向應(yīng)力。約束扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 約為自由彎曲剪應(yīng)力的10~20 %，而 比自由扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力小得多，在實(shí)際計(jì)算時，可以忽略 而只按自由扭轉(zhuǎn)計(jì)算剪應(yīng)力。3螺栓連接門式起重機(jī)主梁與支腿和下橫梁皆用螺栓連接。按工作特點(diǎn)螺栓連接分為普通半精致螺栓連接，精致鉸孔螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接。起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中應(yīng)盡可能采用半精致和高強(qiáng)度螺栓連接避免采用需配鉸孔的精致螺栓。采用高強(qiáng)度螺栓時，為了防止被連接件在螺母或螺栓頭部下被局部壓壞，應(yīng)在該兩處均設(shè)置高強(qiáng)度墊圈。高強(qiáng)度螺栓連接中不必采用防止螺母松動的防松件，其孔徑比螺栓直徑大12mm。采用螺栓連接傳遞作用力時，每一構(gòu)件在節(jié)點(diǎn)上以及在接頭的一邊，至少需要兩個螺栓，并應(yīng)滿足由強(qiáng)度計(jì)算確定的數(shù)量。在節(jié)點(diǎn)和接頭處，按上面公式的最小孔距布置螺栓，對于拼接組合截面構(gòu)件的螺栓，則按上面公式中的最大孔距來布置。按受力性質(zhì)，螺栓連接可分受剪力螺栓連接和拉力螺栓連接兩種。起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中螺栓連接的計(jì)算要點(diǎn)是：1） 按外力和螺栓的許用承載能力（最小的）確定傳遞內(nèi)力所必須的螺栓數(shù)目。2） 驗(yàn)算桿件在連接處的強(qiáng)度。各種載荷作用下的螺栓連接的計(jì)算如下：1）受軸向力的螺栓連接。此時，假定內(nèi)力由螺栓平均支承。確定螺栓的數(shù)目為：式中N作用于螺栓中的計(jì)算軸向力； 螺栓的許用承載能力。在抗剪連接中：=或 ===取較小值。在抗拉連接中：=、式中 d螺栓桿的外徑；螺栓螺紋處內(nèi)徑；在同一方向承壓的構(gòu)件的較小總厚度； 每個螺栓的受剪面數(shù)目；、螺栓的許用拉，壓，剪應(yīng)力。1） 按抗剪條件計(jì)算單栓支承載力（雙剪）b) 按承壓條件計(jì)算單栓承載力：因此抗剪是控制條件，故。所需精致螺栓數(shù)目為故取z=9。 1）當(dāng)時：圖325所示為受一彎矩M的螺栓連接，假定連接一側(cè)鋼板在彎矩作用下繞螺栓群中心C旋轉(zhuǎn)，并假定鋼板是一剛體，因此螺栓的變形與它到中心C的距離L成正比，螺栓所受的力或鋼板上的反作用力也就與L成正比，并且與L的方向垂直。鋼板的平衡條件是：=根據(jù)螺栓受力與到螺栓群中心C的距離成正比例的關(guān)系，可知：=391324綜合以上兩式得：=距離C最遠(yuǎn)的一個螺栓受力最大，其值為：==在剪切力Q作用下，一個螺栓受到的作用力為： 式中n接頭的一邊所采用的螺栓數(shù)目。圖（31）受軸向力的螺栓連接計(jì)算 圖（32）受彎矩的螺栓連接計(jì)算 Fig(31) axial force bold fastening putationFig(32) bending moment bold fastening putation在彎矩M和剪切力Q同時作用下，一個螺栓上的最大合力：= 在箱形梁或工字梁的接頭中（圖31a），腹板部分所承擔(dān)的彎矩與該接頭所承受的全部彎矩之比，等于腹板部分凈截面慣性矩與接頭處整個凈截面慣性矩之比，即= 接頭所承受的彎矩減去腹板部分所承擔(dān)的彎矩，再按上，下翼板中心距 相除，即得出作用在一塊翼緣板上的軸向力：= 可按前述方法計(jì)算腹板與翼緣板的連接強(qiáng)度。2）當(dāng)時（b為連接一側(cè)首末兩行的釘距）：箱形結(jié)構(gòu)橋架端梁中部的連接屬于這種型式。在彎矩M作用下，一個螺栓承受的最大作用力 為：= 式中u和 的含義見圖 （33）所示。在剪切力Q作用下，一個螺栓承受的作用力為：=在彎矩M和剪切力Q同時作用下，一個螺栓承受的最大合力為：= 3）構(gòu)件同時受壓和受彎的連接螺栓 門式起重機(jī)支腿和主梁以及支腿與下橫梁的連接承受壓力和彎矩（圖 34），一般采用普通螺栓連接，裝置抗簡擋塊以承受剪力或扭距（螺栓不受剪切）。圖 （33）受彎矩的螺栓連接計(jì)算 圖（34）同時受彎矩和壓力的螺栓連接計(jì)算Fig (33) bending moment bold fastening putationAt the same timeFig (34) bending moment and pressure bold fastening putation 在彎矩作用下（繞X軸旋轉(zhuǎn)）受壓的螺栓在計(jì)算中不予考慮。距x軸 處最邊行的一個螺栓所受的拉力為：= 式中 壓力P距x軸的距離； M作用在連接處的計(jì)算彎矩； 每個受拉螺栓距x軸的距離平方之和（設(shè)共有i個受拉螺栓）。式中，系數(shù) 是考慮螺栓預(yù)緊力及載荷不均勻性的影響。 當(dāng) 時，就不必進(jìn)行強(qiáng)度的驗(yàn)算。露天工作的起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮風(fēng)載荷的作用。視風(fēng)載荷是可能作用于任何方向的水平載荷。對我們所討論的常用的起重機(jī)，只計(jì)算風(fēng)壓的靜力作用，不考慮風(fēng)壓的動力效應(yīng)。按照起重機(jī)在一定風(fēng)力下能否正常工作，把作用于起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的風(fēng)載荷分為工作狀態(tài)的風(fēng)載荷和非工作狀態(tài)的風(fēng)載荷兩類。工作狀態(tài)的風(fēng)載荷是起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)在正常工作情況下所能承受的最大計(jì)算風(fēng)壓；非工作狀態(tài)的風(fēng)載荷則是起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)不工作時所能承受的最大計(jì)算風(fēng)壓。 工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)的風(fēng)載荷按下式計(jì)算：式中C——風(fēng)力系數(shù)；——風(fēng)壓高度變化系數(shù)；——風(fēng)振系數(shù)（對常用起重機(jī)）；A——結(jié)構(gòu)或物品垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積（）。_____計(jì)算風(fēng)壓（）。=，式中——計(jì)算風(fēng)速。 1）作用于貨物的風(fēng)載荷： 當(dāng)Q=時，；；為工作狀態(tài)最大風(fēng)壓，可知（設(shè)在沿海工作）4連接的計(jì)算由于設(shè)計(jì)，制造，安裝和運(yùn)輸?shù)确矫娴囊?，金屬結(jié)構(gòu)通常是用型剛（或鋼板）彼此用連接件連接成獨(dú)立桿件，各桿件又用連接件互相連接起來，組成各個結(jié)構(gòu)物以承受外力作用。結(jié)構(gòu)物的各安裝，運(yùn)輸單元之間也是用連接件互相連接構(gòu)成整體，由此可見，連接方法及其可靠性對于金屬結(jié)構(gòu)的正常工作有著重要影響。金屬結(jié)構(gòu)的連接方法主要有焊接，螺接和鉚接。 下面介紹兩種常用的連接方法焊接和螺接。焊接是把連接金屬局部加熱成液態(tài)或膠體狀態(tài)，用壓力或填充金屬，是金屬結(jié)合成一個整體的方法。起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)用的焊接主要有電焊和氣焊兩類。電焊又可分為電弧焊，電阻焊（用于焊鋼筋，薄板等）和電渣焊（用于焊厚度和截面特大的構(gòu)件），其中以電弧焊應(yīng)用最廣。電弧焊是借電弧產(chǎn)生的高溫（3600度）來熔化焊件與焊條進(jìn)行焊接的。電弧焊是金屬結(jié)構(gòu)焊接的主要方法，它又可以分為手工焊，埋弧自動焊氣體保護(hù)焊三種。埋弧自動焊質(zhì)量較高，生產(chǎn)率比手工焊大1040倍，所以自動焊在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。而手工焊因設(shè)備簡單，工作方便，不受結(jié)構(gòu)型式限制（如桁架結(jié)構(gòu)不能用自動焊），所以在焊接中，手工焊仍占重要地位。氣體保護(hù)焊是一種提高焊接質(zhì)量的新工藝，即利用氬氣或 作為電弧區(qū)保護(hù)介質(zhì)的電弧焊。 氣焊也叫氧炔焊，它是利用氧和乙炔氣體燃燒發(fā)熱來熔化焊件與焊條進(jìn)行焊接，通常多用來切割金屬或焊接薄板。 焊接本身也存在著不少缺點(diǎn)。如焊縫質(zhì)量檢查方法較費(fèi)事，焊接需要一些附加的工藝設(shè)備（如風(fēng)鏟，刨邊機(jī)，轉(zhuǎn)臺等），同時焊接容易引起結(jié)構(gòu)的變形，需要進(jìn)行防止和校正工作。 電焊條有涂藥焊條（用于手工焊）和光焊條（用于自動焊）兩種。其作用是，可作為電路通過電流和填充金屬與焊件構(gòu)成焊縫。 焊條的選擇主要與被焊鋼材的品種有關(guān)，另外還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的工作條件及使用性能，施焊及設(shè)備條件，改善，施焊工藝和勞動條件以及節(jié)約等。 注：1，檢查焊縫的普通方法系指外觀檢查，測量尺寸，鉆孔檢查等方法；精確方法是指在普通方法的基礎(chǔ)上用X射線等方法進(jìn)行補(bǔ)充檢查；1） 高空安裝焊縫的許用應(yīng)力應(yīng)考慮降低 ；2） 單角鋼焊件端部用一個邊（包括等邊角鋼用任一邊和不等邊角鋼用短邊） 單面連接時，其連接焊縫的許用應(yīng)力降低 。手工焊接所用焊條應(yīng)符合國際（GB511785）規(guī)定的要求。當(dāng)焊接材料為Q235鋼時，應(yīng)采用E43型焊條（E4300至E4328）；當(dāng)焊接材料為16MN鋼時，應(yīng)采用E50型焊條（E5001至E5048）。焊條常用直徑為3，4，5，6，8和10cm.自動焊和半自動焊的焊絲和焊劑應(yīng)通過試驗(yàn)選定，以保證焊逢和鋼材的強(qiáng)度。在一般情況下，焊Q235號鋼和Q215號鋼時，可采用H08，H08A，H08MNA焊絲配合高錳高硅型焊劑，或H08MNA和H