【文章內容簡介】 注：集中和的意義同前表。圖（211）桿件的自由扭轉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。 當桿件產生約束扭轉時，由于各截面的凹凸不相同，因此桿件的縱向纖維將產生拉伸活壓縮變形，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變，就使得截面上不僅存在著扭轉剪應力，還存在發(fā)向應力，又因為各縱向纖維的法向應力不一定相同，就導致桿件產生彎曲（圖211） ，所以約束扭轉也常稱為彎曲扭轉。另一方面由于桿件彎曲必將產生彎曲剪應力，這一系列情況，就使得桿件的約束扭轉問題比自由扭轉問題復雜得多。 如圖（213）中的工字梁右端剛性固定，左端自由，并作用著扭轉，于是也將產生約束扭轉。工字梁的翼緣不保持直線而產生彎曲，而且這種彎曲是在其自身平面內作相反方向的彎曲。因此在翼緣上產生了正應力，同時由于彎曲變形，又產生了附加剪應力 ，這種附加剪應力 只能平衡一部門外扭轉，剩下的外扭轉將由純扭轉剪應力 來達到平衡。由此可知，開口薄壁截面受扭轉時，截面上將產生三種應力，即約束扭轉正應力 ，約束扭轉剪應力 和純扭轉剪應力 。由 合成內扭矩記為 ，稱為約束扭轉力矩；由 合成的內扭矩記為 ，稱為自由扭轉力矩。根據(jù)靜力平衡條件得：圖（212）桿件的約束扭轉 圖（213）約束扭轉的截面應力Fig (212) member restraint reverse Fig (213) restrains the reverse the section stress328+120=4481）自由扭轉開口截面薄壁構件自由扭轉時，在截面上產生的最大剪應力力按下式計算（圖 214）：=式中 ——純扭矩；計算截面中最大壁厚；截面的扭轉慣性矩，由矩形窄條組成的截面（T字形，工字形。槽形），其扭轉慣性矩 ，按下式計算：、 矩形窄條相應的寬度和厚度（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 開口截面剪應力沿截面上的分布如下圖所示。圖（214） 開口薄壁構件的自由扭轉計算簡圖Fig (214)opens the mouth the thin wall ponent free torsion putation diagram 單位長度的相對扭轉角，按下式計算：==2）約束扭轉開口薄壁構件約束扭轉引起的法向應力 和剪應力 的計算比較復雜，可參看起重機設計手冊。開口薄壁構件約束扭轉引起的應力很高，有時甚至超過構件受自由彎曲時的應力，必須予以重視。閉口截面由于截面外形所具有的特征，它在純扭轉時，純扭轉剪應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，這是它的主要優(yōu)點，因而得到廣泛應用。閉口截面的純扭轉剪力流已單獨平衡外扭矩，而約束扭轉剪力流在截面上是自相平衡的。閉口截面薄壁構件自由扭轉時，在截面上產生的最大剪應力按下式計算：=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）。作用在所計算截面的扭矩（）。 1）閉口截面薄壁構件單位長度相對扭轉角按下式計算： ==式中 ， 系數(shù)，對焊接構件 ：對鉚接構件 ； 對截面閉合軸線全積分。 正軌雙梁橋式起重機和單主梁門式起重機的箱形主梁屬于閉口薄壁構件受約束扭轉，理論分析和計算以及實驗說明，閉口截面的抗扭能力很強，其約束扭轉法向應力 很低，一般只有構件受自由彎曲時的法向應力的 5%左右，因此在實際計算時，可以取 ，在此， 為自由彎曲法向應力。約束扭轉剪應力 約為自由彎曲剪應力的10~20 %，而 比自由扭轉剪應力小得多，在實際計算時，可以忽略 而只按自由扭轉計算剪應力。3螺栓連接門式起重機主梁與支腿和下橫梁皆用螺栓連接。按工作特點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度螺栓連接。起重機金屬結構中應盡可能采用半精致和高強度螺栓連接避免采用需配鉸孔的精致螺栓。采用高強度螺栓時，為了防止被連接件在螺母或螺栓頭部下被局部壓壞，應在該兩處均設置高強度墊圈。高強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，每一構件在節(jié)點上以及在接頭的一邊，至少需要兩個螺栓，并應滿足由強度計算確定的數(shù)量。在節(jié)點和接頭處，按上面公式的最小孔距布置螺栓，對于拼接組合截面構件的螺栓，則按上面公式中的最大孔距來布置。按受力性質，螺栓連接可分受剪力螺栓連接和拉力螺栓連接兩種。起重機金屬結構中螺栓連接的計算要點是：1） 按外力和螺栓的許用承載能力（最小的）確定傳遞內力所必須的螺栓數(shù)目。2） 驗算桿件在連接處的強度。各種載荷作用下的螺栓連接的計算如下：1）受軸向力的螺栓連接。此時，假定內力由螺栓平均支承。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；螺栓螺紋處內徑；在同一方向承壓的構件的較小總厚度； 每個螺栓的受剪面數(shù)目；、螺栓的許用拉，壓，剪應力。1） 按抗剪條件計算單栓支承載力（雙剪）b) 按承壓條件計算單栓承載力：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）當時：圖325所示為受一彎矩M的螺栓連接，假定連接一側鋼板在彎矩作用下繞螺栓群中心C旋轉，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系，可知：=391324綜合以上兩式得：=距離C最遠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算 圖（32）受彎矩的螺栓連接計算 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：= 可按前述方法計算腹板與翼緣板的連接強度。2）當時（b為連接一側首末兩行的釘距）：箱形結構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）構件同時受壓和受彎的連接螺栓 門式起重機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算 圖（34）同時受彎矩和壓力的螺栓連接計算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）受壓的螺栓在計算中不予考慮。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作用在連接處的計算彎矩； 每個受拉螺栓距x軸的距離平方之和（設共有i個受拉螺栓）。式中，系數(shù) 是考慮螺栓預緊力及載荷不均勻性的影響。 當 時，就不必進行強度的驗算。露天工作的起重機金屬結構應考慮風載荷的作用。視風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，只計算風壓的靜力作用，不考慮風壓的動力效應。按照起重機在一定風力下能否正常工作，把作用于起重機金屬結構的風載荷分為工作狀態(tài)的風載荷和非工作狀態(tài)的風載荷兩類。工作狀態(tài)的風載荷是起重機金屬結構在正常工作情況下所能承受的最大計算風壓；非工作狀態(tài)的風載荷則是起重機金屬結構不工作時所能承受的最大計算風壓。 工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)的風載荷按下式計算：式中C——風力系數(shù)；——風壓高度變化系數(shù)；——風振系數(shù)（對常用起重機）；A——結構或物品垂直于風向的迎風面積（）。_____計算風壓（）。=，式中——計算風速。 1）作用于貨物的風載荷： 當Q=時，；；為工作狀態(tài)最大風壓，可知（設在沿海工作）4連接的計算由于設計，制造，安裝和運輸?shù)确矫娴囊?，金屬結構通常是用型剛（或鋼板）彼此用連接件連接成獨立桿件，各桿件又用連接件互相連接起來，組成各個結構物以承受外力作用。結構物的各安裝，運輸單元之間也是用連接件互相連接構成整體，由此可見，連接方法及其可靠性對于金屬結構的正常工作有著重要影響。金屬結構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，是金屬結合成一個整體的方法。起重機金屬結構應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件），其中以電弧焊應用最廣。電弧焊是借電弧產生的高溫（3600度）來熔化焊件與焊條進行焊接的。電弧焊是金屬結構焊接的主要方法，它又可以分為手工焊，埋弧自動焊氣體保護焊三種。埋弧自動焊質量較高，生產率比手工焊大1040倍，所以自動焊在工業(yè)中得到廣泛應用。而手工焊因設備簡單，工作方便，不受結構型式限制（如桁架結構不能用自動焊），所以在焊接中，手工焊仍占重要地位。氣體保護焊是一種提高焊接質量的新工藝，即利用氬氣或 作為電弧區(qū)保護介質的電弧焊。 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。如焊縫質量檢查方法較費事，焊接需要一些附加的工藝設備（如風鏟，刨邊機，轉臺等），同時焊接容易引起結構的變形，需要進行防止和校正工作。 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成焊縫。 焊條的選擇主要與被焊鋼材的品種有關，另外還應考慮結構的工作條件及使用性能，施焊及設備條件，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上用X射線等方法進行補充檢查；1） 高空安裝焊縫的許用應力應考慮降低 ；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力降低 。手工焊接所用焊條應符合國際（GB511785）規(guī)定的要求。當焊接材料為Q235鋼時，應采用E43型焊條（E4300至E4328）；當焊接材料為16MN鋼時，應采用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通過試驗選定，以保證焊逢和鋼材的強度。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