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1、起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)教材:起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu),陳瑋璋主編,人民交通出版社,1995主要參考書(shū):1.起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范,GB 3811-83,中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,19842.,徐克晉主編,機(jī)械工業(yè)出版社,19933.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范,GBJ 17-88,中國(guó)計(jì)劃出版社,1989 4.Edwin H.Gaylord 5.Chailes G.Salmen,John E.Johnson 1緒論結(jié)構(gòu) 能夠承受載荷的構(gòu)件。 由以上定義可知,結(jié)構(gòu)件一定是幾何不變系統(tǒng)。注意幾何不變系統(tǒng)和幾何可變系統(tǒng),與靜定系統(tǒng)和超靜定系統(tǒng)之間的區(qū)別。 根據(jù)組成結(jié)構(gòu)的材料不同,可以分為土木結(jié)構(gòu)、石材結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)(絕大多數(shù)意指
2、鋼結(jié)構(gòu))。 20.1金屬結(jié)構(gòu)概述金屬結(jié)構(gòu)的一般定義 金屬結(jié)構(gòu)是由型材、板材、鑄件和鍛件等金屬制件,通過(guò)一定的連接手段所制成的并滿足一定使用要求工程結(jié)構(gòu)。 型材包括:角鋼、槽鋼、工字鋼、圓管等。 連接手段有:鉚接、焊接、螺栓連接(普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓)和鉸軸連接等。 30.1金屬結(jié)構(gòu)概述二、金屬結(jié)構(gòu) 的特點(diǎn)自重輕;工業(yè)化程度高;維護(hù)使用費(fèi)用高。三、金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍土建中-鋼筋混凝土化工-容器水電閘門(mén)、鐵塔海洋工程鉆井平臺(tái)國(guó)防-導(dǎo)彈發(fā)射架40.2在起重機(jī)械中的應(yīng)用一、例子橋式起重機(jī)50.2在起重機(jī)械中的應(yīng)用2龍門(mén)起重機(jī)60.2在起重機(jī)械中的應(yīng)用3.裝卸橋70.2在起重機(jī)械中的應(yīng)用4.門(mén)座式起重機(jī)
3、80.2在起重機(jī)械中的應(yīng)用5.塔式起重機(jī)90.2在起重機(jī)械中的應(yīng)用二、金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件的分類根據(jù)基本元件的特點(diǎn)分為:桿系結(jié)構(gòu)和板式結(jié)構(gòu),或者稱之為格構(gòu)式結(jié)構(gòu)和實(shí)腹式結(jié)構(gòu)。根據(jù)基本元件之間的連接特點(diǎn)分為:鉸接、剛接和混合連接。根據(jù)外力與結(jié)構(gòu)的幾何位置關(guān)系:平面結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)。根據(jù)結(jié)構(gòu)件的功能分:門(mén)架、轉(zhuǎn)臺(tái)、底架(盤(pán))、臂架、象鼻梁等。100.2在起重機(jī)械中的應(yīng)用二、金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件的分類根據(jù)結(jié)構(gòu)件的受力性質(zhì)分: 軸心受力構(gòu)件力作用線通過(guò)機(jī)構(gòu)截面的幾何中心線。只受軸向載荷。又可細(xì)分為軸心受拉和軸心受壓。 受彎構(gòu)件承受橫向載荷的作用。承受彎矩。 偏心受力構(gòu)件力作用線不通過(guò)截面的幾何中心,有一定的偏心。既受軸
4、向載荷又受彎矩載荷。110.2在起重機(jī)械中的應(yīng)用三,金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容總體設(shè)計(jì)(確定幾何尺寸、結(jié)構(gòu)形式)確定計(jì)算力學(xué)模型載荷計(jì)算和載荷組合內(nèi)力分析(結(jié)構(gòu)力學(xué)和有限元)驗(yàn)算(強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性)構(gòu)造設(shè)計(jì)(細(xì)部設(shè)計(jì))連接計(jì)算120.3起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的基本要求和發(fā)展方向一,起重機(jī)工作特點(diǎn) 載荷的特點(diǎn)沖擊、動(dòng)態(tài)、變化、周期和間歇載荷二,基本要求 使用上安全、可靠、耐用和便于維護(hù)保養(yǎng)。 經(jīng)濟(jì)上重量輕、造價(jià)低、便于制造、安裝 高級(jí)要求外形美觀協(xié)調(diào)。130.3起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的基本要求和發(fā)展方向三,發(fā)展方向1. 新的設(shè)計(jì)理論和計(jì)算設(shè)計(jì)方法。 傳統(tǒng)的方法許用應(yīng)力法 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法極限狀態(tài)法、優(yōu)化法、可靠性設(shè)計(jì)法、
5、損傷容限法等。2. 改造和創(chuàng)造新的結(jié)構(gòu)型式3. 改進(jìn)制造工藝4. 合理應(yīng)用新的優(yōu)質(zhì)新型材料5. 標(biāo)準(zhǔn)化系列化6. 大型化14第一章 金屬結(jié)構(gòu)材料了解組成結(jié)構(gòu)的材料特性要求。學(xué)習(xí)掌握的重點(diǎn)常用結(jié)構(gòu)鋼的性能指標(biāo)表示方法結(jié)構(gòu)材料的選取原則151.1金屬結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求和常用材料一,應(yīng)滿足的性能指標(biāo)1,力學(xué)性能 較高的屈服極限或抗拉強(qiáng)度極限 較高的伸長(zhǎng)率(塑性) 保證一定的沖擊韌性2,加工性能 優(yōu)良的焊接性能 冷作加工性能161.1金屬結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求和常用材料二,常用的結(jié)構(gòu)材料 碳素結(jié)構(gòu)鋼、普通的低合金鋼 鋼材與鋁材的主要區(qū)別 兩者強(qiáng)度接近,但鋁材重量輕,彈性模量低,熱膨脹系數(shù)大,可焊性差,價(jià)格貴1
6、71.2鋼材的性能及影響因素一,鋼材的力學(xué)性能1,單向拉伸條件下的性能 a,強(qiáng)度特性 彈性極限e 屈服極限s 強(qiáng)度極限b 比例極限p181.2鋼材的性能及影響因素材料進(jìn)入屈服限時(shí),材料的本構(gòu)關(guān)系已經(jīng)不穩(wěn)定了。所以起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定,以材料的屈服限作為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的控制應(yīng)力強(qiáng)度抗力指標(biāo)。對(duì)于沒(méi)有明顯屈服限的鋼材,以名義屈服限0.2考慮(即卸載后殘余應(yīng)變0.2%時(shí)的應(yīng)力)。 屈強(qiáng)比(s/b)表征材料局部抵抗超載能力的指標(biāo)。其數(shù)值越大,抵抗超載的能力越小。191.2鋼材的性能及影響因素結(jié)構(gòu)的基本許用應(yīng)力拉伸、壓縮和彎曲的許用應(yīng)力當(dāng) 時(shí),當(dāng) 時(shí),其中:n與載荷組合有關(guān)的強(qiáng)度安全系數(shù)。B類載荷組合時(shí)為1.3
7、4.剪切許用應(yīng)力擠壓許用應(yīng)力201.2鋼材的性能及影響因素b,塑性特性伸長(zhǎng)率:(l1-l0)/l0 x 100%l/ l0 x 100%斷面收縮率:(A0-A1)/A0 x 100%A/A x 100% 回彈性和韌性:吸收彈性機(jī)械能和機(jī)械能的能力。材料的剪切應(yīng)力-應(yīng)變曲線類似于拉伸應(yīng)力曲線,不同為直線段的斜率為G剪切彈性模量。其與彈性模量、泊松比之間的關(guān)系:G=E/(2(1+)211.2鋼材的性能及影響因素2,復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的性能對(duì)于理想彈性體,von-miss強(qiáng)度理論221.2鋼材的性能及影響因素討論 由折算應(yīng)力計(jì)算公式可以看出,多向應(yīng)力狀態(tài),材料強(qiáng)度發(fā)生變化。同時(shí)實(shí)際情況還表明,塑性和韌性
8、也會(huì)發(fā)生變化。特別是在三向拉應(yīng)力狀態(tài)下,材料的塑性幾乎為零。所以應(yīng)盡量避免出現(xiàn)三向拉應(yīng)力狀態(tài)的出現(xiàn)。231.2鋼材的性能及影響因素3,疲勞性能在交變應(yīng)力作用下,經(jīng)過(guò)多次循環(huán),在低于強(qiáng)度極限或屈服極限的載荷作用下,發(fā)生的突然破壞。疲勞破壞的特征:(1)交變載荷作用。(2)多次應(yīng)力循環(huán) (3)低于材料強(qiáng)度極限或屈服極限(b或0.3Nm/mm2。251.2鋼材的性能及影響因素新規(guī)范規(guī)定為使所選構(gòu)件材料具有足夠的抗脆性破壞的安全性,應(yīng)根據(jù)影響材料脆性破壞的條件來(lái)選擇鋼材的質(zhì)量組別,影響因素有:縱向殘余拉伸應(yīng)力與自重載荷引起的縱向拉伸應(yīng)力聯(lián)合作用。構(gòu)件構(gòu)件材料的厚度工作環(huán)境的溫度評(píng)價(jià)的計(jì)算方法(見(jiàn)規(guī)范P
9、181P182)261.2鋼材的性能及影響因素二,鋼材的加工性能 包括切割、切削和彎折和焊接。與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)的:1,冷彎性能表征鋼材在常溫下承受彎曲的能力。 衡量的指標(biāo):彎曲角度和彎曲半徑與鋼材厚度的比值。 在材料出現(xiàn)裂紋前,彎曲角度大,比值小,冷彎的性能能就好。 通過(guò)冷彎試驗(yàn)不僅可以檢驗(yàn)冷彎成型的能力,還可以觀察材料的塑性好壞及鋼材的部分微觀組織(顆粒度的大小、非金屬雜質(zhì)情況等)271.2鋼材的性能及影響因素2,焊接性能在一定焊接工藝下,焊縫及其相鄰的基本金屬的抗裂性能和焊后性能(強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性和冷彎性能等)的好壞。衡量指標(biāo):碳當(dāng)量。經(jīng)驗(yàn)值:Ceq0.45%時(shí),焊接性能好。281
10、.2鋼材的性能及影響因素三,性能的影響因素1,化學(xué)成分C增加,b、s增加,HB增加,、k下降,冷彎性能、焊接性能下降。Mn增加, b、s增加, HB增加, 、k持平,過(guò)多焊接性能下降。S增加,材料變脆k下降。P增加,冷脆增加所以材料中P、S的成分越少越好。291.2鋼材的性能及影響因素2,冷加工的影響應(yīng)變硬化冷拉、校直、彎曲機(jī)械剪切等,都會(huì)產(chǎn)生塑性變形。從而使材料的s增加,HB增加,、k下降。應(yīng)變時(shí)效經(jīng)過(guò)應(yīng)變硬化的鋼材,在常溫下放置一段時(shí)間后,鋼材的s進(jìn)一步增加,HB增加,、k下降的現(xiàn)象。牢記:承受動(dòng)載荷和低溫下的結(jié)構(gòu)嚴(yán)禁冷作加工。3,溫度的影響材料在低溫下變脆的現(xiàn)象冷脆。301.3鋼材的分類
11、和標(biāo)示代號(hào)一,結(jié)構(gòu)鋼分類二,國(guó)產(chǎn)結(jié)構(gòu)鋼的代號(hào)1,碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T700-88) 屈服 屈服數(shù)值 質(zhì)量等級(jí) 脫氧方法 Q 195,215,235,255, 275 A,B,C,D F,b,Z,TZ例:Q195,Q235-AF,Q235-B等ABCD 含S、P 高低311.3鋼材的分類和標(biāo)示代號(hào)2,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T699-1999) 含碳量(萬(wàn)分之) 脫氧方法或微量元素 20 A(優(yōu)質(zhì)) 45 40 Mn3,普通低合金鋼(GB/T1591-1994) 標(biāo)示方法同(GB/T700) Q345-A4,鑄鋼(GB11352-1989) ZG200-300 屈服限 強(qiáng)度限321.4鋼材的選擇和
12、規(guī)格一,選擇的原則 總則:結(jié)構(gòu)的工作特點(diǎn) 實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn) 鋼材的實(shí)際生產(chǎn)情況 目標(biāo):安全、可靠、經(jīng)濟(jì)合理。 具體方法: 1)結(jié)構(gòu)的連接方法和方式; 2)載荷的特點(diǎn); 3)工作溫度; 4)結(jié)構(gòu)的重要程度; 5)受力的性質(zhì)起重機(jī)中推薦的選材: Q235、Q345、20鋼等。331.4鋼材的選擇和規(guī)格二,規(guī)格 板材GB/T709-88 -100025008 等邊角鋼(GB/T9887-1988) L1201206-1200 不等邊角鋼(GB/T9788-1988) L180807.5-1550 槽鋼(GB/T707-1988) 320788-2300 工字鋼(GB/T706-1988) I2001007.0-5000 扁鋼(GB/T704-1988) -1006-15500 無(wú)縫鋼管(G
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