基于许用应力法和极限状态法的架桥机主梁校核

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随着 《起重机设计规范》lJ开始实施，起重机金属结构的设计和校核方法打破了过去-直沿用的许用应力法，改为许用应力法和极限状态法两种方法并用。相比许用应力法，获得起重机的载荷和抗力的概率分布和统计参数是使用极限状态法进行起重机结构设计和校核的前提。目前许多起重机的载荷和抗力的实际统计数据极其缺乏，极限状态法实际应用中，只能直接采用GB 381l-2008文献1给出的分项系数，而这些分项系数均引用自 SO标准中的数据21，因此极限状态法在多大程度上适用于我国起重机结构设计和校核，还需要大量的实验统计数据进行验证。

本文在阐述许用应力法和极限状态法的原理和特点的基础上，分别采用许用应力法和极限状态法对实例架桥机桁架式主梁进行强度校核，同时实际测量桁架式主梁应力值，分析比较计算和测试结果，为架桥机桁架式主梁结构校核方法的选用提供-定的借鉴和参考。

1 许用应力法和极限状态法的原理及特占 3，结构设计时，应使载荷效应小于或等于结构抗力值，即S s R 1式中： --载荷效应，即载荷作用在所设计的结构上，引起结构及构件的内力和变形；- - 结构抗力，即结构和构件承受载荷的能力。

具体运用式1时有两种方法：-种是许用应力法，另外-种是极限状态法。

1.1 许用应力法许用应力法是-种定值方法，其设计准则为：结构在任何-类组合载荷作用下，所求得的构件的计算应力 均不得大于相应的许用应力 。

许用应力是结构抗力与相应安全系数的商∩将式1写成S 二二 2式2是许用应力法的基本表达式，在结构计算中常倡式2写成应力表达式，即，- 3n式中： --结构构件所用钢材的屈服强度；- ～ 安全系数，由经验确定。

许用应力法的优点是方法简单，使用历史已逾百年，在起重机设计领域已经被广泛接受。缺点是采用单-的安全系数来考虑载荷、材料强度不确定性的结构安全度的影响，难以处理在不同载荷作用下，由不同材料组成的构件，处于不同工作条件下的安全度问题。也就是说由于载荷和结构所用材料强度的不确定性，使用单-安全系数所设计结构的实际安全储备有多大，设计人员难以确定，再有就是安全系数的取值存在-定的随意性。

1.2 极限状态法极限状态法按照发展阶段和精确程度不同，通常分为水准 、水准、水准Ⅱ三个阶段。水准Ⅱ是指全概率法，目前还处于研究发展阶段；水准 是指以概率理论为基础的极限状态设计法，也称为概率极限状态法，这是 目前国内外应作者简介：魏曦光1969-，男，工程师，研究方向：机电类特种设备设计、制造、安装、检验技术。

l32 机电技术 2013年lO月用较多的-种方法，这种方法以结构的失效概率来度量结构可靠度，并且建立起结构可靠度与结构极限状态方程之间的数学关系♂构所承受的载荷和结构抗力的大轩不是-成不变的固定值，因此要根据对具体结构所承受的载荷、结构的材料和工作情况的统计分析，修正结构的载荷或载荷组合以及结构抗力的大小，体现在具体设计工作中，就是根据统计分析结果，分别选用不同的系数考虑各种随机因素的影响，进而采用分项系数的设计表达式进行设计。

考虑到 和尺都是随机变量，可将式1写成鲁 4式中： ， --基于概率统计得出的载荷效应值和结构抗力值；，.Di， i--分别为各项载荷效应分项系数 和 结 构 抗 力 分 项 系 数i1，2，3。

概率极限状态法的优点是可以定量分析结构可靠性指标，对影响结构计算的载荷、抗力等不确定因素利用统计数学进行量化分析。有了具体度量结构可靠性的指标，就可以根据结构特点合理的选择各个分项系数，从而使得结构的安全性和经济性能够得到更加协调；缺点是这种方法的应用要具备 3个基本条件：l、对载荷、抗力等不确定因素进行实际观测，并在观测取得数据的基础上，借助统计分析的方法，获得其统计参数和概率分布；2对可靠性指标进行计算和校准；3提出实用设计表达式。

2 实例架桥机主梁强度校核计算架桥机具有架桥时各部件运行顺序较为固定、起升速度和运行速度很孝满负荷工作频率较高、-般在天气状况 良好时运行等特点。由于风载荷小，本文仅在无风状态下，小车带额定载重量的混凝土梁运行时，对主梁强度进行校核，由于剪切应力较芯4，本文仅校核弯曲强度。

2.1 实例架桥机型号和主要参数型号为 JQJ，双主梁，额定起重量 100 t，工作级别 A3；跨度 35 m；起升速度 0.5 rgmin；小车运行速度 3.9 m/mira 天车运行速度3.2 rdmin。

图 1 单根主粱受力简图2.2 弯曲强度计算主梁为多节三角形焊接钢结构销轴连接结构，左右对称，根据截面形状尺寸可以得出实例架桥机主梁截面惯性矩4，4.78x10～m4。

如图 l所示，当小车位于主梁中部，起吊额定载荷， 处弯矩最大，最大弯矩值 m ax em aX gmax 4qL2式中：M- --弯矩最大值；- - - 额定载荷引起的最大弯矩； - --主梁自重载荷引起的最大弯矩值；P--小车位于主梁中部时重物和小车产生的载荷；L--跨度；b--小车轮距；口-～主梁自重产生的均布载荷；九--运行冲击系数。

由于小车运行速度小，取 1.1。则，r ： ! -M g-m ax式中： --主梁截面抗弯模量。

23 采用许用应力法 载荷组合为 A类，安全系数 ：1.48。

2.4 采用极限状态法载荷组合为 A 类，分项系数 11.16；Yea21.16；抗力系数 1.1。

- 。 Yea22.5 计算结果采用许用应力法和极限状态法分别对实例架桥机主梁进行校核计算结果见表 1，两种方法校核结果均显示主梁强度满足要求，相比使用许用应力法，使用极限状态法校核时，结构强度富余量较大。 下转第136页136 机电技术 2013年l0月复了门吊原有正常使用价值，特别是使设备能够 提高了设备的使用安全系数。