《起重机设计规范》结构计算方法的研究与分析.pdf

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机械研究与应用
《起重机设计规范》结构计算方法的研究与分析
風彦杰
(长安大学工程机械学院,陕西西安710064)
摘要:对2008版《起重机设计规范》中的结构计算方法部分的修改进行了阑述,明确了新旧规范中结构计算方法
“过波”的良好的应性,并通过实例和设计过程,说明了许用应力法的不足和极限状态法的优势。
关健词:2008版《起重机设计规范》;许用应力法;极限状态法
中困分类号;O13
文献标识码:A
文章编号:1006-4414(2011)03-0022-04
Research and analysis of structure calculation of the design standard for the crane
Qu Yan-jie
School of mechanical engineering, Chang'an university, Xi'an Shansi 710064, Chin
Astra In this ar s c s m n in e an e sandard of 200 eon s abra e. The
favoable adaptability of e tu calcula on asi o w e l a an e new standard is confirmed. The
disadvantage of the allowable stress method and the advantage of the limit state method is explained on the basis of the applica
tion and the designing process
Key words: crane design standard of 2008 version; allowable stress method; limit state method
1前言
会达到某种所谓的极限状态,如结构或构件达到最大
2007年7月,在北京市召开的《起重机设计规承载能力、疲劳破坏或不适于继续承载的变形(如疲
范》修编组组长会议对新修订的CB/T3811-2008劳裂缝、压弯变形、整机倾翻),结枃或构件达到正常
《起重机设计规范》进行最终的完善、整理、定稿,并使用或耐久性的某项限值的状态(如影响操作者健
组织编写该规范各章的释义说明,并于12月将GB"T康、不良振动、电动机发生过熱现象等)。
3811-2008报批稿等有关文件上报国家标准化管理
所有结构或结构构件中都存在着对立的两个方
委员会。该标准已于2008年4月30日正式批准发面:作用效应S和结构抗力R,它们都是随机变量,因
布,并于2009年6月1日正式实施。
此机结构的安全稳定使用需要有可靠度P来确
科技的进步,尤其是微电子技术、编程技术的发保。如果把结构的功能函数用Z表示(如图1),即当
展,各种机械行业的制图和计算分析软件不断出现,Z=0时,结构处于极限状态。可知,结构处于极限状
使精确制图和精度极高的分析计算成为可能,从而使态时:
一些原来可知但不易操作的技术或方法成为现实。
Z=(R,S)=R-S=0
比如,相对于许用应立法,极限状态设计法更为精确,
式(1)就是结构极限状态方程的表达式。从式
但由于其复杂的计算过程而无法实现,往往不为设计中可以看出,在结构设计中,必须满足结构功能要求,
人员所青睐,但随着高精度分析计算软件的出现,使即结构不应超过极限状态,要求满足:S≤R。
极限状态法的复杂程度大大简化,因此在2008版规
极艰状态
范中的“结构计算”中许用应力法和极限状态法成为
结构可
了并行可用的方法。
Z>-0
2两种方法的简要说明
结构失效
在工程设计中,用材料破坏或变形过大时的极限
应力除以一个安全系数,作为最大工作应力的限值,
这个限值称为材料在拉(压)时的许用应力。它是判
图1结构工作状态判别图
定零件或构件受载后的工作应力是否安全的标准。
凡是零件或构件中的工作应力不超过许用应力时,这
实际的结构设计过程中,往往使用结构可靠指标
个零件或构件在运转中是安全的,否则不安全。
B和目标可靠指标[]作为极限状态设计的依据。在
在机械设计过程中,整个机械或其中某一构件总结构设计中,应满足需要满足B≥[8]。
收日期:2011-04-0
作者简介:属意杰(1986-),男,陳西西安人,在读碩士,研究方向:结构分析和有限元计算。
究与分
机械研究与应用?
3两种设计方法在2008版规范“结构”部分应用构的载荷与载荷组合表”中,就给出了不同载荷组合
3.1计算规定说明
情况下的分项载荷系数γ、强度系数Y、抗力系数
因为以往起重机设计人员在设计工作中接触较Ym和高危险度系数Y的取值。而在第S章中,因为
多的仍是许用应力法,因此为了不使设计人员或用户其整章都贯穿着许用应力法和极限状态法的应用和
在工作中感到对新规范的不适应,2008版规范在极比较,所以从许用应力法向极限状态法的转换也就会
限状态法的应用中,给出了ー个“过渡性”"的方式。应用于本章的每个公式当中。诸如连接强度的计算
这就是让在对结构的计算公式中,均是按许用应力设结构刚性的计算、构件抗失稳的计算以及疲劳强度的
计法给出的。若采用极限状态设计法,则应作如下变计算。如果一个熟悉许用应力法的人员在了解新规
更
范时能熟练掌握这一规定,那么他在对新规范的理解
(1)除疲劳强度外的所有计算强度和屈曲稳定和应用上也就能驾轻就熟了
性的公式,其左侧的弯矩、扭矩、轴向力都应将相应载3.2实例说明
荷乘以分项载荷系数γ和髙危险度系数γ后计算得
许用应力法存在着自身的不足。它在塑性材料
出,右侧的极限状态设计应力limr则应该用钢材屈中往往浪费了材料的可能潜力,在脆性材料的设计中
服点或构件抗屈曲临界应力除以抗力系数ym而得又隐着不安全性。如图2所示结构中,承受载荷为
到,即:imo=o,/y。或Jimo=o
P=100kN,横梁AB视为刚体。杆1、杆2长度相同,
(2)在进行压弯构件稳定性计算的下列两式中,横截面面积相同,材料相同,材料为低碳钢,,=
当其左侧的弯矩项中乘有増大系数N/(N。-N)时,250MPa,取安全系数n=2.5。试用两种观点确定其
其中的N2也应除以ym。
横截面面积。
M
N<[]
△L2
式中:W为作用在构件上的轴向力;为根据轴心受
压构件的假想长比和构件的界面类别确定的轴心受
压稳定系数;A为结构构件毛截面面积;:M,、M、为构
件计算截面对x轴和y轴的弯矩;、Ⅳ,为构件计算
图2刚体横梁结构
图3许用应力法求解图示
截面对x轴和y轴的抗弯模量;N:、Ⅳ,为构件对x轴
或对y轴的名义欧拉临界力;E为钢材的弹性模量,
(1)按许用应力法,此属一次超静定结构(图3),按
取E=2.06x10;んっ、A,为构件对强轴或弱轴的计算超静定结构求解方法求得杆1和杆2的应力为:
长细比;o]为钢材的基本许用应力。
①静力平衡条件
M
∑MA(F)=0,2N1+N2=3P
Jp。≤[or
②几何条件
式中:9为构件侧向屈曲稳定系数。其它符号同式
△云=行即