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1、第六章 横向弯曲的实体构件梁 在起重机金属结构中，梁主要是承受横向弯曲的构件。梁可分为型钢梁与组合梁。设计出的梁首先必须坚固耐用，即满足强度、刚度和稳定性条件。此外，还应满足自重轻、省材料、制造安装简便和外形美观等要求。第一节 型钢梁一、概述 各国用以做梁的型钢，一般为工字钢或槽钢。它的高度约由80mm至600mm。 采用单根工字钢做梁只适用于受力很小的情况，多数情况是对工字钢经过加强后再用作横向弯曲构件，即成为加强型的型钢梁，它应用于单梁式起重机上，电动葫芦沿工字钢下翼缘运行。 过去，通常采用带有垂直与水平桁架的格构式结构的加强型型钢梁，近年来多采用具有平滑表面的焊接箱形结构的加强型型钢梁。
2、目前，常用型钢梁的截面型式如图6-1所示：带有内侧倾斜翼缘的工字钢（图6-1a）；内侧倾斜翼缘的工字钢上面用两块倾斜板加强（图6-1b）；工字钢上面用四块倾斜钢板加强（图6-1c）；工字钢用水平槽钢加强（图6-1d）；轧制的或焊接的宽翼缘工字钢（图6-1e）；工字钢用焊接圆管加强（图6-1f）；工字钢用轧制的U型钢加强（图6-1g）；用钢板焊成箱形结构来加强工字钢（图6-1h）。图6-1 型钢梁的截面型式二、型钢梁的截面选择 当选定型钢梁截面型式之后，截面尺寸可按静刚度条件进行初选。对于移动载荷，由于小车轮距很小，可近似地按一集中载荷计算。型钢梁跨中的垂直静刚度按简支梁计算简图计算，其计算式为
3、（6-1） 根据刚度条件，型钢梁需要的截面惯性矩为（6-2）式中L梁的跨度（mm）； f 型钢梁的许用挠度，；P电动葫芦在额定起重量时的总轮压（不计动力系数），按下式计算 其中Q额定起重量（N），电动葫芦自重（N）。然后，可根据按式（6-2）计算出的所需截面惯性矩选择适当的工字钢及加强截面的尺寸。图6-2三、型钢梁的强度校核 选定型钢梁截面后，应验算梁跨中截面的弯曲正应力和跨端截面的剪应力。 跨中截面弯曲正应力包括梁的整体弯曲应力和由小车轮压在工字钢下翼缘引起的局部弯曲应力两部分，合成后进行强度校核。 在垂直平面内，梁的整体弯曲正应力计算如图6-2所示。由垂直载荷在下翼缘引起的弯曲正应力为（6
4、-3）式中P电葫芦在额定起重量下的总轮压，按下式计算： 其中起升冲击系数；起升载荷动载系数；悬挂在工字钢梁上的司机室重力，DL型电动单梁起重机可取为4000N；梁的下表面距截面形心轴（xx轴）的距离；梁跨中截面对xx轴的惯性矩；司机室重心到支承间的距离；q梁单位长度重力。 普通工字钢在电动葫芦小车轮压作用下，工字钢下翼缘板的局部弯曲应力按下式计算（图6-3）： 腹板根部1点由翼缘在xoy及zoy平面内弯曲引起的应力分别为（6-4）（6-5） 力作用点2由翼缘在xoy及zoy平面内弯曲引起的应力分别为（6-6）（6-7） 翼缘外边缘点3由翼缘在zoy平面内弯曲引起的应力为（6-8）式中k1、k2
5、、k3、k4、k5由轮压作用点位置比值j=决定的系数（图6-4）；P1电动葫芦一个车轮的最大轮压；t距边缘处的翼缘厚度。 图6-3 图6-4 系数k1, k2, k3, k4, k5曲线 公式（6-4）（6-8）中的正负号，在上面的表示工字钢下翼缘上表面应力符号，在下面的表示工字钢下翼缘下表面的应力符号。工字梁下翼缘下表面的整体弯曲应力最大，且同时还作用有局部弯曲应力，故应计算下翼缘下表面各危险点的复合应力。 下翼缘下表面1点及力作用点2点为二向应力状态，复合应力为1.1（6-9） 下翼缘下表面3点为单向应力状态，按下式校核 （6-10）式中工字梁下翼缘下表面的整体弯曲应力；、工字梁下翼缘1点
6、及2点的局部弯曲应力，j取1或2。 电动葫芦位于跨端时，跨端截面剪应力按下式校核（6-11）式中S型钢梁跨端截面的静面矩；d型钢梁截面中性轴处的腹板厚度。四、型钢梁的整体稳定性 单根工字钢做梁时，除应保证必要的强度和刚度外，还应考虑防止丧失整体稳定性。在垂直载荷作用下，型钢梁的截面上部产生压应力，下部产生拉应力，如同压杆一样，由于偶然（如初弯曲、力的偏心作用和偶然侧向力等），随着压应力的增大，梁除了产生垂直变形外，梁的上部还会向刚度小的侧面压曲旁弯，梁的下部受拉，侧向变形较小，同时梁的支承部分是不动的，因而就使梁的中间截面发生了扭转，形成了梁的空间弯扭变形（侧向屈曲），导致梁丧失整体稳定（图6
7、-5）。图6-5 梁丧失总体稳定 图6-6 当工字钢简支梁受压翼缘的自由长度l（对跨中无侧向支承点的梁，为其跨度；对跨中有侧向支承点的梁，为受压翼缘侧向支承点的间距，见图6-6）与其宽度b之比不超过表6-1规定数值时，可不计算梁的整体稳定性。否则应按下式验算工字钢梁的整体稳定性：（6-12）式中梁最大弯矩；W梁抗弯模数；工字钢侧向屈曲稳定系数，按表6-2查取，当得出值大于0.8时，应按表6-3查出相应的值代替原来的值。表6-1 工字形截面简支梁不需验算整体稳定的最大l/b载荷作用在上翼缘板载荷作用在下翼缘板跨内有侧向支承点，不论载荷作用在何处载荷作用在上翼缘板载荷作用在下翼缘板跨内有侧向支承点
8、，不论载荷作用在何处246 注： 表中符号意义为：h梁高；l受压翼缘的自由长度；b构件受压翼缘的宽度；db构件受压翼缘的厚度； 表中分子数字用于Q235钢，分母数字用于16Mn钢。表6-2 轧制普通工字钢、两端简支构件的值普通工字钢梁载荷情况工字钢型号自由长度l (m)2345678910跨内无侧向支承点的梁集中载荷作用于上翼缘10-202.01.300.990.800.680.580.530.480.4322-322.41.481.090.860.720.620.540.490.4536-632.81.601.070.830.680.560.500.450.40下翼缘10-203.11.95
9、1.341.010.820.690.630.570.5222-402.81.841.371.070.860.730.640.5645-632.301.621.200.960.800.690.60均布载荷作用于上翼缘10-201.71.120.840.680.570.500.450.410.3722-402.11.300.930.730.600.510.450.400.3645-632.61.450.970.730.590.500.440.380.35下翼缘10-202.51.551.080.830.680.560.520.470.4222-402.201.451.100.850.700.600
10、.520.4645-631.801.250.950.780.650.550.49跨内有侧向支承点的梁，不管载荷位置10-202.21.391.010.790.660.570.520.470.4222-403.01.801.240.960.760.650.560.490.4345-632.201.381.010.800.660.560.490.43注： 本表只适用于Q235钢，当用其他钢号时，表中查出的应乘以(以MPa计）； 时不需再验算其整体稳定性，表中大于2.5的值是用于其他钢号换算查用的，未列出的值，均大于3.60。表6-3 值0.800.850.900.951.001.051.101.1
11、51.201.251.300.8000.8180.8350.8500.8620.8740.8830.8920.9010.9080.9131.351.401.451.501.551.601.802.002.202.40/2.500.9190.9250.9300.9340.9380.9410.9530.9610.9680.9731.00第二节 焊接组合梁的截面尺寸、强度和刚度计算 一、焊接组合梁的截面尺寸及梁自重的计算 焊接组合梁通常采用的截面型式是由两块翼缘板和两块腹板焊接成的箱形截面或由两块翼缘板与一块腹板焊接成的工字形截面。 当设计计算起重机金属结构梁时，要确定所要求的危险截面对垂直轴和水平
12、轴的截面抗弯模数。在梁截面中，翼缘板的宽度、厚度和腹板的高度、厚度能够反映出截面模数的大小，其中又以梁高h对截面模数影响最大，因此，梁高h是梁截面的主要几何参数。 在起重机金属结构中采用的焊接组合梁，水平翼缘板的厚度一般比垂直腹板的厚度要大些，而翼缘板和腹板的厚度与梁截面的高度和宽度相比是很小的，因此，这种梁通常属于薄壁结构。 1. 按梁的强度条件确定梁高和自重 （1）确定梁跨中截面的最大弯矩M以G表示双梁桥式类型起重机半个桥架的重量或单梁桥式类型起重机桥架的重量，其均布载荷（图6-7a），是运行冲击系数。图6-7 梁的作用载荷(a) 均布载荷；(b) 移动载荷。 在跨中引起的最大弯矩M1为 桥式类型起重机主梁上的移动载荷包括额定起重量Q及小车自重Gxc（图6-7b），作用于一根主梁上的载荷R为式中n系数，单梁n = 1，双梁n = 2，起升载荷动载系数。 跨中最大弯矩（参看第八章）为则由移动载荷及固定载荷在跨中共同引起的弯矩（6-13）式中弯矩系数， 其中将小车轮压转化为跨中集中力时，计算弯矩
