PKPM之STS应用

一、吊车梁所承受的荷载
吊车在吊车梁上运动产生三个方向的动力荷载：竖向荷载、横向水平荷载和沿吊车梁纵向的水平荷载。纵向水平荷载是指吊车刹车力，其沿轨道方向由吊车梁传给柱间支撑，计算吊车梁截面时不予考虑。吊车梁的竖向荷载标准值应采用吊车最大轮压或最小轮压。吊车沿轨道运行、起吊、卸载以及工件翻转时将引起吊车梁振动。特别是当吊车越过轨道接头处的空隙时还将发生撞击。因此在计算吊车梁及其连接强度时吊车竖向荷载应乘以动力系数。对悬挂吊车（包括电动葫芦）及工作级别A1~A5的软钩吊车，动力系数可取1.05；对工作级别A6~A8的软钩吊车、硬钩吊车和其他特种吊车，动力系数可取为1.1。
　　吊车的横向水平荷载由小车横行引起，其标准值应取横行小车重量与额定起重量之和的下列百分数，并乘以重力加速度：
1）软钩吊车：当额定起重量不大于10吨时，应取12%；当额定起重量为16~50吨时，应取10%；当额定起重量不小于75吨时，应取8%。
2）硬钩吊车：应取20%。
　 横向水平荷载应等分于桥架的两端，分别由轨道上的车轮平均传至轨道，其方向与轨道垂直，并考虑正反两个方向的刹车情况。对于悬挂吊车的水平荷载应由支撑系统承受，可不计算。手动吊车及电动葫芦可不考虑水平荷载。
计算重级工作制吊车梁及其制动结构的强度、稳定性以及连接（吊车梁、制动结构、柱相互间的连接）的强度时，由于轨道不可能绝对平行、轨道磨损及大车运行时本身可能倾斜等原因，在轨道上产生卡轨力，因此钢结构设计规范规定应考虑吊车摆动引起的横向水平力，此水平力不与小车横行引起的水平荷载同时考虑。
二、吊车梁的形式
　　吊车梁应该能够承受吊车在使用中产生的荷载。竖向荷载在吊车梁垂直方向产生弯矩和剪力，水平荷载在吊车梁上翼缘平面产生水平方向的弯矩和剪力。吊车的起重量和吊车梁的跨度决定了吊车梁的形式。吊车梁一般设计成简支梁，设计成连续梁固然可节省材料，但连续梁对支座沉降比较敏感，因此对基础要求较高。吊车梁的常用截面形式，可采用工字钢、H型钢、焊接工字钢、箱型梁及桁架做为吊车梁。桁架式吊车梁用钢量省，但制作费工，连接节点在动力荷载作用下易产生疲劳破坏，故一般用于跨度较小的轻中级工作制的吊车梁。一般跨度小起重量不大（跨度不超过6米，起重量不超过30吨）的情况下，吊车梁可通过在翼缘上焊钢板、角钢、槽钢的办法抵抗横向水平荷载，对于焊接工字钢也可采用扩大上翼缘尺寸的方法加强其侧向刚度。
　对于跨度或起重量较大的吊车梁应设置制动结构，即制动梁或制动桁架；由制动结构将横向水平荷载传至柱，同时保证梁的整体稳定。制动梁的宽度不宜小于1~1.5米，宽度较大时宜采用制动桁架。吊车梁的上翼缘充当制动结构的翼缘或弦杆，制动结构的另一翼缘或弦杆可以采用槽钢或角钢。制动结构还可以充当检修走道，故制动梁腹板一般采用花纹钢板，厚度6~10毫米。对于跨度大于或等于12米的重级工作制吊车梁，或跨度大于或等于18米的轻中级工作制吊车梁宜设置辅助桁架和下翼缘（下弦）水平支撑系统，同时设置垂直支撑，其位置不宜设在发生梁或桁架最大挠度处，以免受力过大造成破坏。对柱两侧均有吊车梁的中柱则应在两吊车梁间设置制动结构。
三、吊车梁的设计
1、吊车梁钢材的选择
吊车梁承受动态荷载的反复作用，因此，其钢材应具有良好的塑性和韧性，且应满足钢结构设计规范GB50017条款3.3.2~3.3.4的要求。
2、吊车梁的内力计算
由于吊车荷载为移动荷载，计算吊车梁内力时必须首先用力学方法确定使吊车梁产生最大内力（弯矩和剪力）的最不利轮压位置，然后分别求梁的最大弯矩及相应的剪力和梁的最大剪力及相应弯矩，以及横向水平荷载在水平方向产生的最大弯矩。计算吊车梁的强度及稳定时按作用在跨间荷载效应最大的两台吊车或按实际情况考虑，并采用荷载设计值。
计算吊车梁的疲劳及挠度时应按作用在跨间内荷载效应最大的一台吊车确定，并采用不乘荷载分项系数和动力系数的荷载标准值计算。求出最不利内力后选择梁的截面和制动结构。
3、吊车梁的强度、稳定承载力验算
（1）强度验算
假定吊车横向水平荷载由梁加强的上翼缘或制动梁或桁架承受，竖向荷载则由吊车梁本身承受，同时忽略横向水平荷载对制动结构的偏心作用。
对于无制动结构的吊车梁按下式验算受压区最大正应力：
对于焊接组合梁尚应验算翼缘与腹板交界处的折算应力。
梁的支座截面的最大剪应力，在选截面时已予保证，不必验算。
（2）局部稳定验算
对于焊接组合梁，应进行局部稳定设计及验算
（3）整体稳定验算
当采用制动梁或制动桁架时，梁的整体稳定能够保证，不必验算。无制动结构的梁应按下式验算：
4、吊车梁疲劳验算
吊车梁直接承受动力荷载，对重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架可作为常幅疲劳，验算疲劳强度。验算的部位一般包括：受拉翼缘与腹板连接处的主体金属、受拉区加劲肋的端部和受拉翼缘与支撑的连接等处的主体金属以及角焊缝连接处。
5、吊车梁刚度验算
吊车梁在竖向荷载作用下的挠度要满足给出的容许限值要求。对冶金工厂或类似车间中工作制为A7、A8的吊车梁，按一台最大吊车的横向水平荷载（按《建筑结构荷载规范》/GB50009或本节5.6.1款取值）产生的挠度不宜超过制动结构跨度的1/2200。应注意的是：在计算竖向挠度时系按自重和起重量最大的一台吊车计算。
6、吊车梁的合理构造设计
应力集中是造成疲劳破坏的主要原因，因而应特别关注吊车梁的细部构造设计。焊接组合吊车梁的翼缘宜用一层钢板，当采用两层钢板时，外层钢板宜沿梁通长设置，并应在设计和施工中采取措施使上翼缘两层钢板紧密接触。吊车梁的翼缘板或腹板的焊接拼接应采用加引弧板和引出板的焊透对接焊缝，引弧板和引出板割去处应予打磨平整。焊接吊车梁和焊接吊车桁架的工地整段拼接应采用焊接或高强螺栓的摩擦型连接。
吊车梁横向加劲肋的宽度不宜小于90mm。在支座处的横向加劲肋应在腹板两侧成对布置，并与梁上下翼缘刨平顶紧。中间横向加劲肋的上端应与梁的上翼缘刨平顶紧，在重级工作制吊车梁中，中间横向加劲肋亦应在腹板两侧成对布置，而中、轻级工作制吊车梁则可单侧设置或两侧错开设置。在焊接吊车梁中，横向加劲肋（含短加劲肋）不得与受拉翼缘相焊，但可与受压翼缘焊接，端加劲肋可与梁上下翼缘相焊，中间横向加劲肋的下端宜在距受拉下翼缘50~100mm处断开，其与腹板的连接焊缝不宜在肋下端起落弧。当吊车梁受拉翼缘与支撑相连时，不宜采用焊接连接。
重级工作制吊车梁中，上翼缘与柱或制动桁架传递水平力的连接宜采用高强度螺栓的磨擦型连接，而上翼缘与制动梁的连接，可采用高强度螺栓摩擦型连接或焊缝连接。
吊车梁端部与柱的连接构造应设法减少由于吊车梁弯曲变形而在连接处产生的附加应力。吊车梁的受拉翼缘边缘，宜为轧制边或自动气割边，当用手工气割或剪切机切割时，应沿全长刨边。吊车梁的受拉翼缘上下不得焊接悬挂设备的零件，并不宜在该处打火或焊接夹具。

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