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1、 1.2.1 總安全系數(shù)的許用應(yīng)力計(jì)算法 考慮到各種不利因素影響，用一個(gè)總安全系數(shù)K來解決，即將鋼材可以使用的最大強(qiáng)度（如屈服強(qiáng)度）除以一個(gè)籠統(tǒng)的安全系數(shù)。作為結(jié)構(gòu)的計(jì)算時(shí)容許達(dá)到的最大應(yīng)力-許用應(yīng)力。這種計(jì)算方法成為許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法，表達(dá)式為： 式中：N-構(gòu)件內(nèi)力； S-構(gòu)件幾何特征； -鋼材屈服強(qiáng)度； K-安全系數(shù)； -構(gòu)件計(jì)算應(yīng)力； 這種總安全系數(shù)的許用應(yīng)力計(jì)算法的缺點(diǎn)是：由于采用了一個(gè)安全系數(shù)，將使各個(gè)構(gòu)件的安全度各不相同,而整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全度取決于安全度最小的構(gòu)件。其優(yōu)點(diǎn)是表 達(dá)式簡單、概念明確、應(yīng)用方便。KSN S S 1.2.2 三個(gè)系數(shù)的極限狀態(tài)計(jì)算法 根據(jù)結(jié)構(gòu)使用上的要求，在結(jié)構(gòu)
2、中規(guī)定兩種極限狀態(tài)，即承載能力極限狀態(tài)和變形極限狀態(tài)：承載能力極限狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形極限狀態(tài)；變形極限狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用（變形或耐久性能）的某項(xiàng)規(guī)定的極限狀態(tài)。同時(shí)引入三個(gè)系數(shù)：載荷系數(shù)、質(zhì)均系數(shù)、工作條件系數(shù)。以載荷系數(shù)k1考慮載荷可能的變動(dòng)，以質(zhì)均系數(shù)k2考慮鋼材性質(zhì)的不一致，以工作條件系數(shù)k3考慮結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的工作特點(diǎn)以及某些假定的計(jì)算模型與實(shí)際情況不完全相同等因素。這種方法比按許用應(yīng)力計(jì)算法考慮的細(xì)致一些，但某些系數(shù)（如工作條件系數(shù)）的確定還缺乏客觀依據(jù)和科學(xué)方法，同時(shí)它的表達(dá)式較為繁瑣，其表達(dá)式為： SKKNK si 321 n 1
3、.2.3 以結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)為依據(jù)，多系數(shù)分析后用單一安全系數(shù)的許用應(yīng)力計(jì)算法n 1974年我國正式編制鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范TJ17-74，規(guī)范中采用的表達(dá)式是許用應(yīng)力計(jì)算方法，但在確定安全度方面與早期許用應(yīng)力計(jì)算法有所不同。它是以結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)（強(qiáng)度、穩(wěn)定、疲勞、變形）為依據(jù)，對(duì)影響結(jié)構(gòu)安全度的諸因素以數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，并結(jié)合我國建國后20年來的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行多系數(shù)分析，求出單一的設(shè)計(jì)安全系數(shù)，以簡單的許用應(yīng)力形式表達(dá)，實(shí)際上是半概率半經(jīng)驗(yàn)的極限狀態(tài)計(jì)算法。其按承載能力計(jì)算的一般表達(dá)式為：K SKKK SN Ssi 321 載荷系數(shù)k1是用以考慮實(shí)際載荷可能有變動(dòng)而給結(jié)構(gòu)留有一定安全儲(chǔ)備的系數(shù).根據(jù)對(duì)
4、剛屋架、吊車梁的設(shè)計(jì)資料，按載荷統(tǒng)計(jì)資料，分析后得出的加權(quán)平均載荷系數(shù)，其變動(dòng)范圍在1.145-1.305之間，為簡化起見，采用=1.23。 n 材料系數(shù)k2是用以考慮材料強(qiáng)度變異的系數(shù)。按當(dāng)時(shí)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定3號(hào)鋼（現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的Q235材料）的屈服強(qiáng)度為235N/mm2，低于此值者即為廢品，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中即取此廢品極限值作為3號(hào)鋼的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。但是，鋼鐵公司的產(chǎn)品質(zhì)量是不均勻的，公司之間，同一公司內(nèi)不同生產(chǎn)廠（或車間），甚至同一生產(chǎn)廠（或車間）內(nèi)，產(chǎn)品的質(zhì)量也存在差異，同時(shí)，各個(gè)生產(chǎn)廠對(duì)產(chǎn)品的驗(yàn)收又是采用抽樣檢驗(yàn)的方式，這就不可避免地會(huì)有屈服強(qiáng)度小于2400kg/cm2（相當(dāng)于235N/mm2）的鋼材
5、混雜其間，作為正式產(chǎn)品供應(yīng)（在商品經(jīng)濟(jì)的今天，甚至有一些不法分子為謀取私利故意將不合格的產(chǎn)品混入合格產(chǎn)品中進(jìn)行銷售）。根據(jù)對(duì)我國當(dāng)時(shí)大中小有代表性的鋼鐵廠的鋼材強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，并考慮到過去設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)而定出的材料強(qiáng)度系數(shù)是：對(duì)于3號(hào)鋼，k2=1.143，對(duì)于16錳鋼和16錳橋鋼，k2=1.175。 n 在設(shè)計(jì)計(jì)算中，僅考慮單一的載荷系數(shù)和材料強(qiáng)度系數(shù)還是不夠完備的。例如，對(duì)活載荷所占比重較大的構(gòu)件，或施工條件較差的連接構(gòu)件等都與一般條件等同看待，其安全度就顯得偏低；不同結(jié)構(gòu)和部件失效后產(chǎn)生的損失和影響不同，即重要度不同，要求的可靠度也自然不同。調(diào)整系數(shù)就是用以考慮這些特殊的變異因素（載荷的特殊變
6、異、結(jié)構(gòu)受力狀況和工作條件）的系數(shù)。其數(shù)據(jù)主要是根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定的。對(duì)于3號(hào)鋼，和16錳鋼，一般取K3 =1.05。 K1、K2、K3綜合確定后的安全表達(dá)式為： 上式即為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范TJ17-74采用的許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法 的表達(dá)式。例如,3號(hào)鋼的=2400kg/cm2, K1=1.23、K2=1.143、K3=1.0，則K=1.23 SNi 321 KKKK ss n 1.2.4 以概率論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法n 極限狀態(tài)的概率設(shè)計(jì)法是把各種參數(shù)（載荷效應(yīng)、材料抗力）作為隨機(jī)變量，運(yùn)用概率分析法并考慮其變異性來確定設(shè)計(jì)采用值。這種把概率分析引入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法顯然比許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法先進(jìn)。近
7、年來各國逐漸采用此種方法。n 設(shè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載能力為R,R取決于材料的抗力和構(gòu)件的幾何特性。這些參數(shù)都是隨機(jī)變量，根據(jù)它們各自的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)運(yùn)用概率法來確定它們的設(shè)計(jì)值。設(shè)計(jì)值確定了承載力R也就確定了。n 載荷效應(yīng)是指各種載荷、溫度變化和地震等對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的作用產(chǎn)生的效應(yīng)，亦即同時(shí)作用于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的若干種載荷分別在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的內(nèi)力，這些內(nèi)力的總和也就是載荷效應(yīng)，用S表示。各種載荷也都是獨(dú)立的隨即變量。根據(jù)他們各自的統(tǒng)計(jì)數(shù)值，用概率法確定其設(shè)計(jì)值。這些載荷的設(shè)計(jì)值確定后，總的載荷效應(yīng)S也就確定了。 n 當(dāng)RS時(shí)為可靠，RS時(shí)為不可靠，R=S時(shí)為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載能力的極限狀態(tài)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使R=S的
8、概率可靠度不低于某一特定數(shù)值。這就是極限狀態(tài)概率設(shè)計(jì)法。 n 1. 2.5金屬結(jié)構(gòu)計(jì)算方法n 金屬結(jié)構(gòu)是工程機(jī)械的承載構(gòu)件，而工程機(jī)械是一種短周期循環(huán)工作的機(jī)械，這一特點(diǎn)導(dǎo)致了機(jī)械實(shí)際載荷的多變性。機(jī)械工作時(shí)不僅在不同的循環(huán)中載荷不同，而且在同一循環(huán)過程中工作載荷也在變化，即使工作載荷不變化,也有帶載行程和空載行程的差別，再加之每一循環(huán)過程中的多次起動(dòng)、制動(dòng)所引起的動(dòng)載荷以及起升載荷作用位置的移動(dòng)或擋風(fēng)面積的變化等，都會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件受載的改變。另外還有一些載荷，如風(fēng)載荷、道路不平導(dǎo)致的沖擊載荷等，本身具有明顯的隨機(jī)性。根據(jù)工程機(jī)械受載過程這個(gè)復(fù)雜的隨機(jī)過程，宜采用以概率論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)
9、設(shè)計(jì)法。但是，由于目前對(duì)工程機(jī)械隨機(jī)載荷的研究還不太充分，缺乏適用于工程機(jī)械結(jié)構(gòu)的各分項(xiàng)系數(shù)的可靠統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，故我國以及絕大多數(shù)國家至今尚未采用以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)法來設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，仍采用半概率半經(jīng)驗(yàn)的極限狀態(tài)計(jì)算法，即以結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)為依據(jù)，多系數(shù)分析后用單一安全系數(shù)的許用應(yīng)力計(jì)算法。 n n 該設(shè)計(jì)方法是通過計(jì)算承重結(jié)構(gòu)或構(gòu)件是否滿足承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)要求進(jìn)行的。n一、承載能力的計(jì)算n 承載能力計(jì)算是對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定及疲勞等方面進(jìn)行分析，確保結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在承受各種載荷時(shí)，滿足承載能力極限狀態(tài)要求。一般表達(dá)式為： N-考慮各種載荷系數(shù)計(jì)算的內(nèi)力 S-構(gòu)件幾何特性； -材料許
10、用強(qiáng)度 SN i n二、變形計(jì)算：n 變形計(jì)算是從結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形方面進(jìn)行分析，確保結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在承受各種載荷時(shí)，正常使用（變形）極限狀態(tài)的要求。一般表達(dá)式為： 式中： -結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)載荷作用下產(chǎn)生的最大撓度； -規(guī)范規(guī)定的許用撓度； -結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的長細(xì)比； -規(guī)范規(guī)定的許用長細(xì)比； 或 n 1.2.5.1作用在金屬結(jié)構(gòu)上的載荷及其組合 n 目前，金屬結(jié)構(gòu)采用的設(shè)計(jì)方法為以結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)為依據(jù)，多系數(shù)分析后用單一安全系數(shù)的許用應(yīng)力計(jì)算法。其安全系數(shù)取決于載荷系數(shù)、材料系數(shù)及調(diào)整系數(shù)，為更好的理解和選用安全系數(shù)，要認(rèn)真分析作用在金屬結(jié)構(gòu)上的載荷組成及組合。n一、載荷種類n 工程機(jī)械結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受
11、的載荷多種多樣，且并非始終作用在結(jié)構(gòu)上。n 根據(jù)作用于結(jié)構(gòu)上的概率可劃分為：基本載荷、附加載荷、特殊載荷和其它載荷。n 基本載荷正常工作時(shí)始終或經(jīng)常作用在機(jī)械上的載荷，包括自重載荷、工作載荷、各種動(dòng)載荷和離心力。n 附加載荷正常工作時(shí)不經(jīng)常作用機(jī)械上的載荷，包括工作狀態(tài)下的風(fēng)載、溫度載荷； n 特殊載荷指偶然作用在機(jī)械上的載荷，包括非工作狀態(tài)下的風(fēng)載，試驗(yàn)載荷、工作狀態(tài)下的碰撞載荷。n 其它載荷其它載荷包括安裝載荷、工作平臺(tái)和通道所受的載荷、運(yùn)輸載荷。 n二、載荷組合 n 載荷的組合方法與計(jì)算形式及目的有關(guān)，不同產(chǎn)品的載荷情況各不相同，計(jì)算形式及目的也不相同，載荷組合自然不同。塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)采
12、用的是半概率半經(jīng)驗(yàn)的極限狀態(tài)計(jì)算法，確保結(jié)構(gòu)或構(gòu)件：n（1)能承受在正常使用時(shí)可能出現(xiàn)的各種作用力；n（2）在正常使用時(shí)具有良好的工作性能；n（3）具有足夠的耐久性；n（4）在偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，能保持必需的整體穩(wěn)定性。n 根據(jù)塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的載荷，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)按塔式起重機(jī)的構(gòu)造形式、使用方式和計(jì)算目的在表1-28中選取可能出現(xiàn)的載荷組合情況。n組合A（正常工作載荷的組合） n組合A也稱疲勞（耐久性）計(jì)算載荷，它只考慮基本載荷的各種組合。除計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率外，一般不考慮風(fēng)載荷。此種載荷組合用于結(jié)構(gòu)件及其連接的強(qiáng)度、彈性穩(wěn)定性和疲勞計(jì)算。 n 組合B（工作最大載荷的組合）n
13、 組合B也稱強(qiáng)度計(jì)算載荷，考慮基本載荷與附加載荷的各種組合。它包括塔式起重機(jī)在容許的最繁重的使用條件下的各種最大載荷，其中包括有自重載荷、起升載荷、猛烈起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性載荷、工作狀態(tài)下的最大風(fēng)載荷、水平側(cè)向載荷等。此種載荷組合用于結(jié)構(gòu)件及其連接的強(qiáng)度和彈性穩(wěn)定性計(jì)算。n 組合C（非工作最大載荷的組合）n 組合C也稱驗(yàn)算載荷，考慮基本載荷、附加載荷與特殊載荷的各種組合。它是指起重機(jī)處于非工作狀態(tài)下可能出現(xiàn)的最大載荷，包括自重載荷、非工作狀態(tài)下的最大風(fēng)載荷、路（軌）面坡度等所引起的載荷以及試驗(yàn)載荷等。此種載荷組合用于結(jié)構(gòu)件及其連接的強(qiáng)度和彈性穩(wěn)定性計(jì)算。 n 具體設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，各種載荷的數(shù)值、
14、方向和作用位置應(yīng)按對(duì)所校核的結(jié)構(gòu)及連接為最不利的情況進(jìn)行組合。 n 1.2.5.2許用應(yīng)力n許用應(yīng)力是指機(jī)械結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在載荷組合作用下結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中容許產(chǎn)生的最大應(yīng)力。 Ks 321 KKKK 載荷系數(shù)k1是用以考慮實(shí)際載荷可能有變動(dòng)而留給結(jié)構(gòu)一定安全儲(chǔ)備的系數(shù)。是根據(jù)載荷統(tǒng)計(jì)資料，分析后得出的加權(quán)平均系數(shù)。 材料系數(shù)k2是用以考慮材料強(qiáng)度變異的系數(shù)。是根據(jù)對(duì)我國當(dāng)時(shí)大中小有代表性的鋼鐵廠的鋼材強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，并考慮到過去設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)而定出的。 調(diào)整系數(shù)k3是用以考慮特殊的變異因素（載荷的特殊變異、結(jié)構(gòu)受力狀況、重要程度和工作條件等）的系數(shù)。其數(shù)據(jù)主要是根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定的。 按起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定:
15、結(jié)構(gòu)件材料的拉伸、壓縮、 彎曲許用應(yīng)力以及剪切、端面承壓許用應(yīng)力按相應(yīng)載荷組合而定，可從表129中選取。 n 1.2.5.2金屬結(jié)構(gòu)計(jì)算的研究n 工程機(jī)械受載過程是一個(gè)復(fù)雜的隨機(jī)過程，宜采用以概率論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。只是由于目前對(duì)工程機(jī)械隨機(jī)載荷的研究還不太充分，缺乏適用于工程機(jī)械結(jié)構(gòu)的各分項(xiàng)系數(shù)的可靠統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國以及絕大多數(shù)國家至今尚未采用以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)法來設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，仍采用以結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)為依據(jù)，多系數(shù)分析后用單一安全系數(shù)的半概率半經(jīng)驗(yàn)的極限狀態(tài)計(jì)算法即現(xiàn)行許用應(yīng)力計(jì)算法，如起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范GB3811-2008、塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范GB13752-92。n 結(jié)構(gòu)工程技
16、術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該執(zhí)行現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，保證產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)要求。在保證產(chǎn)品安全可靠的前提下，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)降低成本也是工程技術(shù)人員天職。在現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)沒有采用以概率論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法之前，我們認(rèn)真研究以概率論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，將其思想和理念應(yīng)用于機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在保證產(chǎn)品安全可靠的前提下最大限度的降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本是必要的。 n 以概率論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法中的載荷效應(yīng)基本組合表達(dá)式如下：。 這種計(jì)算方法中1、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)的采用值得我們機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)借鑒的，作為工程機(jī)械應(yīng)用的工作性質(zhì)經(jīng)常變化，可能無從談起重要性，然而作為工程機(jī)械本身，就是一個(gè)復(fù)雜的
17、工程，各個(gè)部件的重要性對(duì)塔式起重機(jī)安全的作用是完全不同的。以塔式起重機(jī)為例，塔式起重機(jī)塔身的重要性最高，一旦出現(xiàn)失效就會(huì)出現(xiàn)機(jī)毀人亡的重大事故。而工作護(hù)欄等結(jié)構(gòu)其重要性明顯要低，采用同樣的安全程度顯然不合理。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以考慮。 2、可變荷載組合系數(shù)的采用也是我們值得借鑒的，與建筑工程相似，各種可變載荷同時(shí)達(dá)到最大值的概率是很小的。因此，在既有其它可變載荷又有風(fēng)荷載參加組合時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)考慮。如在采用現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的計(jì)算時(shí)，適當(dāng)放大計(jì)算應(yīng)力 使其接近材料的許用值，或在計(jì)算風(fēng)載荷時(shí)在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)取小值計(jì)算風(fēng)載荷fni QidcdQGd )( 210 q 1.2.6 1. 1. 1. 4、連接件強(qiáng)
18、度校核 在過去的焊接連接計(jì)算中，往往連接件的計(jì)算，給產(chǎn)品或工程造成巨大的損失，最新的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB3811-2008中，給出了節(jié)點(diǎn)板的計(jì)算方法，但對(duì)于塔機(jī)單肢結(jié)構(gòu)連接套處的計(jì)算方法沒有作出規(guī)定。最近我在編寫金屬結(jié)構(gòu)教材時(shí)，將作出探討。它的計(jì)算與連接套與主肢的制造工藝有關(guān)。 鋼材的可焊性n 工程機(jī)械結(jié)構(gòu)大多為焊接結(jié)構(gòu)，鋼材的可焊性是衡量鋼材焊接工藝好壞的指標(biāo)。人們通常用焊縫及其相鄰基本金屬的抗裂性和使用性能來說明材料可焊性的優(yōu)劣。n 碳素結(jié)構(gòu)鋼的可焊性，可以粗略地用碳物質(zhì)的量來表示，nc0.45時(shí)，則認(rèn)為鋼材的可焊性良好。計(jì)算碳物質(zhì)的量的經(jīng)驗(yàn)公式為：n式中 C、Mn、Si、Cr、Ni、Mo
19、、V鋼材的化學(xué)成分 n 1.3.4塔機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中強(qiáng)度與剛度關(guān)系n 許許多多計(jì)算方法的確立,都是建立在一定的假設(shè)條件下,金屬結(jié)構(gòu)的焊縫和螺栓計(jì)算也不例外,假設(shè)被連接件為剛性構(gòu)件,然而隨著新材料高強(qiáng)度鋼材的出現(xiàn),被連接件厚度越來越小,剛性不斷降低,離計(jì)算的基本假設(shè)越來越遠(yuǎn),計(jì)算偏差越來越大,應(yīng)該引起我們的足夠重視。n 塔式起重機(jī)的上下轉(zhuǎn)臺(tái)和回轉(zhuǎn)支承是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)部分和固定部分連接的重要部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量將直接影響整機(jī)的工作性能和安全性。本節(jié)從上下轉(zhuǎn)臺(tái)與回轉(zhuǎn)支承連接用高強(qiáng)螺栓的受力分析開始，提出了不僅轉(zhuǎn)臺(tái)的強(qiáng)度而且剛度同樣與螺栓受力有著密切的關(guān)系。由轉(zhuǎn)臺(tái)筋板開裂和筋板焊縫開裂的原因分析，得出了轉(zhuǎn)
20、臺(tái)設(shè)計(jì)的原則：在滿足強(qiáng)度前提下要充分考慮其剛度，避免因?yàn)閯偠炔蛔阋鸬摹皬?qiáng)度”問題出現(xiàn)，保證塔機(jī)工作的安全性。然后探討了這一原則在轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體落實(shí)與應(yīng)用，并通過一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例借助有限元分析驗(yàn)證了這一原則和方法的有效性和正 確性。 n 2004年12月中旬，某工地一臺(tái)QTZ63塔式起重機(jī)在使用過程中下轉(zhuǎn)臺(tái)與回轉(zhuǎn)支承連接螺栓斷裂，上部回轉(zhuǎn)部分脫落造成一人死亡的事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)該問題曾多次在塔機(jī)事故中出現(xiàn)，塔機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)焊縫開裂、筋板斷裂、回轉(zhuǎn)噪音大等現(xiàn)象在實(shí)際應(yīng)用中普遍存在，時(shí)常有大大小小的事故發(fā)生在回轉(zhuǎn)支承和上、下轉(zhuǎn)臺(tái)上。該部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)質(zhì)量引起了人們的廣泛關(guān)注。n一.事故原因分析n 1）高強(qiáng)
21、度螺栓斷裂原因分析n回轉(zhuǎn)支承作為塔機(jī)回轉(zhuǎn)的核心部件，與上下轉(zhuǎn)臺(tái)的連接均采用高強(qiáng)度螺栓。分析得知高強(qiáng)度螺栓的斷裂有這樣幾個(gè)主要原因：高強(qiáng)螺栓質(zhì)量問題、安裝時(shí)高強(qiáng)螺栓預(yù)緊力達(dá)不到、轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。關(guān)于高強(qiáng)螺栓質(zhì)量問題這里不作探討，下面僅分析高強(qiáng)螺栓預(yù)緊力和轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)對(duì)高強(qiáng)度螺栓的受力影響。 n 螺栓群受力計(jì)算的基本假設(shè)為被連接件的剛性無窮大，在彎矩作用下螺栓受拉時(shí)，普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓的內(nèi)力計(jì)算方法不同。普通螺栓連接，在彎矩作用下產(chǎn)生繞彎矩指向一側(cè)的第一行螺栓中心線轉(zhuǎn)動(dòng)。高強(qiáng)度螺栓連接時(shí)，螺栓承受的外拉力總是小于預(yù)緊力，被連接面一直保持緊密結(jié)合，中性軸為螺栓群的形心軸?？梢钥闯鲈谕葪l件下高強(qiáng)度螺
22、栓受力比普通螺栓受力大，但是普通螺栓接連接面會(huì)出現(xiàn)分離，在動(dòng)載荷作用下存在載荷沖擊，螺栓拉力很難精確計(jì)算；高強(qiáng)度螺栓在預(yù)緊力作用下不會(huì)出現(xiàn)連接面分離，避免沖擊載荷的產(chǎn)生，所以與回轉(zhuǎn)支承連接均要求采用高強(qiáng)度螺栓。n 采用高強(qiáng)度螺栓，如果預(yù)緊力達(dá)不到要求或者沒有預(yù)緊力，高強(qiáng)度螺栓受力情況就接近普通螺栓造的受力情況；如果預(yù)緊力不一致螺栓松緊不一就會(huì)造成螺栓受力不均，較緊的螺栓受力大，超過極限承載能力時(shí)會(huì)造成事故。 標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定，預(yù)緊力得不到控制的高強(qiáng)度螺栓其安全系數(shù)為：a)普通螺栓 b)高強(qiáng)度螺栓 n（2）轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)對(duì)螺栓受力的影響n 高強(qiáng)度螺栓的受力分析是建立在連接件剛性無窮大、不考慮連接件變形基礎(chǔ)
23、上的，但是在實(shí)際過程中任何連接件都達(dá)不到這一條件。n當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)剛度足夠大時(shí)，螺栓受力接近理想狀態(tài)，但是如果轉(zhuǎn)臺(tái)剛度整體或局部不足，當(dāng)螺栓同時(shí)受力時(shí)，剛度較弱處最先發(fā)生彈性變形，使剛度較好處的高強(qiáng)螺栓受力增大，當(dāng)超過螺栓極限承載能力時(shí)發(fā)生破壞，該螺栓退出工作，另一剛度較好處的螺栓受力急劇惡化，在某一時(shí)刻發(fā)生破壞，退出工作。依次變化、惡性循環(huán)而導(dǎo)致全部螺栓破壞，上下結(jié)構(gòu)分離，造成事故。n上述分析可以看出：在考慮高強(qiáng)度螺栓受力時(shí)，必須充分考慮轉(zhuǎn)臺(tái)的剛度，轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要滿足強(qiáng)度要求，同時(shí)也要保證轉(zhuǎn)臺(tái)的整體剛度。 n 2）下轉(zhuǎn)臺(tái)筋板開裂和筋板焊縫開裂分析n 筋板開裂的主要原因一般有：母材質(zhì)量問題、轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)
24、構(gòu)設(shè)計(jì)問題。筋板焊縫開裂的主要原因一般有：焊縫質(zhì)量問題、轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。關(guān)于母材和焊縫質(zhì)量這里不作探討，僅分析轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)對(duì)受力的影響。n 轉(zhuǎn)臺(tái)筋板布置是在圍板基礎(chǔ)上增加立筋來增加轉(zhuǎn)臺(tái)剛度和強(qiáng)度，從整體來看如果筋板布置不合理就會(huì)造成筋板受力不均勻。當(dāng)焊縫強(qiáng)度低于母材強(qiáng)度時(shí)，筋板受力大的焊縫首先發(fā)生破壞，如果焊縫強(qiáng)度大于母材強(qiáng)度就會(huì)造成筋板斷裂。從局部來看，如果地板剛度不足，焊縫便會(huì)增加附加彎矩，引起焊縫破壞。n 綜上所述，轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)的原則應(yīng)該是在滿足強(qiáng)度前提下要充分考慮其剛度，避免因?yàn)閯偠炔蛔阋鸬摹皬?qiáng)度”問題出現(xiàn)，保證塔機(jī)工作的安全性。這就要求我們?cè)谵D(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)強(qiáng)度、剛度要經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算，以免造成事故的發(fā)生，下面我們探討在轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)如何落實(shí)和實(shí)施這一原則。 最近市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種SS系列施工升降機(jī)就省電、無冒頂之說這里討論以下，僅供參考。
塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)
