横向弯曲的格形构件桁架

横向弯曲的格形构件桁架

第七章 横向弯曲的格形构件──桁架

第一节 桁架的构造和分类

桁架是由许多杆件（角钢、槽钢、钢管等），彼此间按一定规律通过焊接、铆接或高强螺栓等连接方式组成的能承受横向弯曲（桁架式柱除外）的空心梁，亦称格子形结构。桁架结构在起重运输机金属结构中，应用十分广泛。常见的有：桁架式桥式起重机桁架主梁（图7-1）、桁架式龙门起重机上部主梁（图7-2）、塔式起重机的塔身与臂架（图7-3）和轮胎起重机的臂架等。桁架受外载后，每根杆件主要承受轴向力。设计时，通常按轴心受力构件计算，由于杆件截面上的应力分布是均匀的，因而材料能充分利用。桁架结构与板梁结构相比，具有重量轻，用料省、刚度大，迎风面小等优点。对于大跨度、小起重量的起重机，采用桁架结构比较经济。

图7-1桁架式桥架

图7-2 桁架式龙门起重机

图7-3 塔式起重机的塔身与臂架 图7-4 桁架构造图

横向弯曲的格形构件桁架

桁架的构造如图7-4所示。空间桁架由主桁架、副桁架、上水平桁架和下水平桁架组成。几片桁架的共用杆件称为弦杆，弦杆有上弦杆和下弦杆之分。上弦杆常用“Oi”表示（i是杆号，下同），下弦杆常用“Ui“表示。弦杆之间的所有杆件统称腹杆体系，倾斜的腹杆称为斜杆用“Di”表示，竖直的腹杆称为竖杆用“Vi”表示。

桁架上、下弦杆重心线之间的距离称为桁架的高度，用h表示。斜杆与弦杆之间的夹角叫倾角，用α表示。

图7-5 轻型桁架节点图7-6 重型桁架节点

桁架的种类很多，按其构造不同可分为轻型桁架和重型桁架。轻型桁架杆件的

连接只用一块节点板或不用节点板，杆件通常是由单根型钢（或钢管）或两根型钢组成组合断面，如图7-5所示。重型桁架杆件断面多是双腹杆式，需要两块节点板，如图7-6所示。起重机金属结构中，常用轻型桁架。重型桁架多用于大桥结构，例如成昆铁路的雅砻江大桥（图7-7）。

图7-7 成昆铁路雅砻江大桥

桁架按其支承的数目，可分为单跨简支桁架和多跨连续桁架。起重机金属结构中多用单跨简支桁架结构。

按杆件之间连接方式的不同，分为焊接、铆接和栓焊桁架。由于铆接桁架自重大，制造量繁重，已被焊接桁架替代。栓焊桁架是一种用焊接和高强螺栓混合连接的桁架，便于制造、运输和安装，比较适于起重量很大的起重机结构。

第二节 桁架的外形、腹杆体系和主要参数的确定

一、桁架的外形

横向弯曲的格形构件桁架

设计桁架时，首先要解决的问题就是选择桁架的外形。桁架的外形取决于起重机的用途、载重小车的位置与型式、桁架的受力情况等。

在起重运输机械金属结构中，常用桁架的外形有以下几种类型。

平行弦桁架如图7-8。它主要用于桥式起重机、龙门起重机、装卸桥和连续输送机的金属结构。其优点是节点构造和腹杆可以标准化，相同类型杆件较多，制造方便。载重小车可直接沿铺设于上弦杆的轨道运行，不必另设承轨梁。

图7-8 平行弦桁架

下弦或上弦为折线形的桁架（图7-9），其中图7-9a为多用于桥式类型起重机的主桁架、副桁架和斜桁架。这种桁架自重较轻，且外形美观；图7-9b为多用于塔式起重机的动臂结构。

三角形桁架（图7-10a，b），适用于塔式起重机和悬臂式起重机的臂架结构和输送机的支架结构。这种桁架的外形比较符合结构的受力特点，因此，显得比较轻巧。

∏形桁架（图7-11），它是由折线形和三角形桁架组成的复杂桁架，适用于龙门起重机的支腿和马鞍结构。

图7-9 折线型桁架图 7-10 三角形桁架

横向弯曲的格形构件桁架

图7-11 ∏型桁架

二、桁架的腹杆体系

桁架的腹杆主要承受剪力。正确选择腹杆体系，可减少桁架的自重、制造量，并使桁架造形美观。腹杆布置应使杆件受力合理、材料能充分利用，节点构造简单。为减少制造量，应使腹杆的数目、总长度和节点数目尽量少，而同一型式的杆件和节点尽量多。

三角形腹杆体系（图7-12）应用极为广泛,多用于承受垂直载荷作用的金属结构。当桁架受力较小时，三角形腹杆体系可不带竖杆（图7—12a）；桁架受力较大，为缩短弦杆的节间长度，可用带坚杆和次竖杆的三角形腹杆体系（图7-12b）。对三角形腹杆体系的桁架，斜杆与弦杆的夹角一般在35°∽55°之间。

图7-12 三角形腹杆体系

图7-13 再分式桁架腹杆体系 图7-14 斜腹杆体系

再分式桁架腹杆体系（图7-13）常用于大跨度、大起重量的起重机桁架。当桁架跨度较大时，桁架高度亦随之增加，此时如仍采用三角形腹杆体系，上弦杆的节间距离就过大，当载重小车的轮压作用于上弦杆间之内时，将会引起很大的局部弯曲。为减小轮压的局部弯曲影响，宜采用再分式桁架腹杆体系。

横向弯曲的格形构件桁架

斜腹杆式桁架腹杆体系（图7-14）用于斜腹杆受拉的起重机金属结构，如悬臂起重机、塔式起重机的动臂结构。这种腹杆体系，由于使所有斜杆承受拉力，故从斜腹杆的受力来说是比较合理的。其缺点是节点数目比三角形腹杆体系要多，所以制造比较费工。

十字形腹杆体系（图7-15a）、菱形腹杆体系（图7-15b）和K形腹杆体系（图7-15c）多用于受双向载荷的金属结构。其中菱形腹杆体系用于上、下弦杆受移动载荷的结构(如南京、武汉长江一桥的主体结构)。采用上述腹杆体系，可以减小弦杆的节间距离和竖杆的计算长度，但由于杆件数量较多，节点构造较复杂，故制造比较费工。起重机除抗风撑架（如∏形双梁桁架式龙门起重机的上水平桁架）有时用这种腹杆体系外，一般起重机的结构中很少采用。

图7-15 十字形、菱形、K形腹杆体系 图7-16 空腹腹杆体系 (a)十字形； (b) 菱形； (c) K形。

空腹腹杆体系（图7-16）是一种无斜杆体系，它相同类型节点多，杆件数目少，自重较小。由于节点需承受弯矩，故节点的构造比一般桁架节点构造要复杂。这种腹杆体系多用于桥式类型起重机主桁架和回转类型起重机的动臂。 三、桁架主要参数的确定

桁架的主要参数有：桁架的计算高度h，桁架的跨度L，桁架的自重q，桁架的节间数目和节间长度等。

桁架的高度通常由刚度条件确定。

单跨简支、三角形腹杆体系的平面桁架跨中挠度可参照与梁类似的公式计算：

横向弯曲的格形构件桁架

5qL4

f=×

384EIz

（7-1）

8M2

； 2

式中：q──将桁架折算为梁的均布自重载荷，只考虑动载荷作用时q=L L──梁的跨度； M2──将桁架视为梁，在动载荷作用下，跨中的最大弯矩； Iz──将桁架折算为梁，跨中截面的折算惯性矩，其值为：

IAz=

sAxh2

µ(A （7-2） s+Ax)

其中：As、Ax──桁架上、下弦杆的截面面积； µ──折算系数，对常用桁架µ=1.2~1.5。 桁架上、下弦杆的截面面积可近似的取为：

AMmaxx

=h[σ]'=

4M1+ 2M2

（7-3） II

h[σ]'II

As=1.3Ax

（7-4）

式中： 4、 2──分别为运行冲击系数和起升载荷动力系数，详见第三章； …… 此处隐藏：2469字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……