起重机金属结构设计计算要点-起重机械设备网

起重机金属结构是起重机的骨架，承受各种载荷并保证起重机的正常工作。金属结构设计计算是起重机设计的核心内容，需要综合考虑强度、刚度、稳定性三个方面。本文依据GB/T 3811-2008《起重机设计规范》，系统介绍金属结构设计计算的基本原则、载荷分类与组合、强度计算、刚度计算、稳定性计算的方法和要点。

一、载荷分类与组合

根据GB/T 3811-2008，起重机载荷分为以下几类：

1. 常规载荷：包括自重载荷（起重机各部分质量产生的重力）、起升载荷（起吊物品质量产生的重力）、惯性载荷（机构启停产生的惯性力）等。

2. 偶然载荷：包括风载荷（工作状态风和非工作状态风）、碰撞载荷（缓冲器碰撞力）、温度载荷等。

3. 特殊载荷：包括试验载荷（静载试验1.25P、动载试验1.1P）、地震载荷、安装拆卸载荷等。

载荷组合分为A、B、C三类，对应不同的安全系数：

– A类组合：正常工作无风工况，安全系数n=1.48，许用应力[σ]=σs/1.48

– B类组合：正常工作有风工况，安全系数n=1.34，许用应力[σ]=σs/1.34

– C类组合：特殊载荷工况，安全系数n=1.22，许用应力[σ]=σs/1.22

表1：载荷系数φ取值表

系数名称	符号	计算公式	典型值	说明
起升冲击系数	φ1	1±α	1.0-1.1	α=0-0.1
起升动载系数	φ2	按HC查表	1.05-1.20	HC1-HC4
突然卸载系数	φ3	1-Δm/m	0.9-1.0	卸载工况
运行冲击系数	φ4	1+0.1v	1.1-1.3	v为运行速度
驱动加速系数	φ5	按质量比查表	1.0-1.5	启制动工况

二、强度计算

强度计算是金属结构设计的基础，要求构件在最不利载荷组合下的应力不超过许用应力。

1. 轴心受力构件：轴心受拉σ=N/A≤[σ]，轴心受压σ=N/A≤φ[σ]

2. 受弯构件：弯曲应力σ=M/W≤[σ]，剪应力τ=QS/(Ib)≤[σ]/√3

3. 拉弯和压弯构件：拉弯σ=N/A+M/W≤[σ]，压弯需考虑稳定系数

4. 复合应力：按第四强度理论，√(σ²+3τ²)≤[σ]

5. 局部承压：σcd=P/(b·z)≤1.4[σ]，其中z为承压长度

三、刚度计算

刚度计算是为了保证起重机正常工作和使用舒适度，要求构件变形不超过允许值。

表2：刚度限值表

构件类型	刚度指标	限值	说明
桥架主梁	静挠度	S/400-S/1000	手动取S/400，电动取S/500
塔身	水平位移	H/100×1.34	H为塔身高度
受拉构件	长细比	≤180(主要)/≤250(次要)	防止振动
受压构件	长细比	≤150(主要)/≤200(次要)	防止失稳
悬臂结构	端部挠度	L/350	L为悬臂长度

四、稳定性计算

稳定性计算是为了防止构件在压力作用下发生整体失稳或局部失稳。

1. 轴心受压构件整体稳定：N/(φ·A)≤[σ]，其中φ为轴心受压构件稳定系数，根据长细比λ查表或计算。

2. 格构式构件：需计算假想长细比λF=λ×√(σs/235)，然后查φ值。

3. 压弯构件整体稳定：需同时计算弯矩作用平面内和弯矩作用平面外稳定性。

4. 局部稳定：板件宽厚比、高厚比应满足限值要求，否则需设置加劲肋。

五、高强度螺栓连接计算

高强度螺栓连接是起重机金属结构的主要连接方式，分为摩擦型和承压型。摩擦型应用更广泛。

摩擦型高强度螺栓承载力计算：[P]=z·m·μ·Pg/n

其中：z为螺栓数量，m为摩擦面数，μ为摩擦系数，Pg为螺栓预拉力，n为安全系数。

摩擦系数μ：喷砂处理Q235取0.45，Q345及以上取0.55。

图1：不同材料在不同载荷组合下的许用应力

结语

金属结构设计计算是起重机设计的核心内容，需要综合考虑强度、刚度、稳定性三个方面。GB/T 3811-2008提供了完整的计算方法和参数取值依据。实际设计时，还需考虑焊接残余应力、疲劳强度、腐蚀裕量等因素。随着有限元分析技术的发展，复杂结构的精确计算已成为可能，但基本设计原则和验算方法仍是设计的基础。

数据来源：河南克鲁德重工有限公司提供。