構(gòu)件連接接頭設(shè)計(jì)

【摘要】起重機(jī)的構(gòu)件連接接頭形式對構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度有很大影響。構(gòu)件連接接頭的抗疲勞能力，取決于構(gòu)件的工作級別、材料種類、應(yīng)力變化情況及構(gòu)件連接的應(yīng)力集中等級。合理布置構(gòu)件連接接頭可有效提高構(gòu)件的抗疲勞強(qiáng)度。本文以龍門起重機(jī)拉桿鉸座的連接接頭為例進(jìn)行焊縫疲勞強(qiáng)度計(jì)算。通過改善焊縫連接接頭形式，降低了其應(yīng)力集中等級，有效提高了連接接頭的抗疲勞能力。

【關(guān)鍵詞】起重機(jī)；連接接頭；應(yīng)力集中；疲勞強(qiáng)度

本文以額定起重量35噸，跨度55米，有效懸臂12米，H型龍門起重機(jī)為例。該起重機(jī)采用雙側(cè)剛性支腿布置形式，通過在門架主梁與馬鞍橫梁間設(shè)置鉸接拉桿，提高了起重機(jī)門架的整體強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性。起重機(jī)門架設(shè)計(jì)力求結(jié)構(gòu)簡單、受力明確、傳力直接、盡量降低應(yīng)力集中的影響，并達(dá)到制造簡單、檢查方便、運(yùn)輸安裝容易的目的。

以往設(shè)計(jì)拉桿鉸座，常采用將鉸座耳板直接伸入鋼箱形梁內(nèi)，與鋼箱形梁內(nèi)隔板進(jìn)行對接焊接，或搭接焊接。大截面鋼箱形梁，由于人員可以進(jìn)入到內(nèi)部施工和檢查，施工容易；但小截面鋼箱形梁由于人員無法進(jìn)入，只好將鋼箱形先制作三面，然后將鉸座耳板伸入鋼箱形梁內(nèi)焊接，最后將鋼箱形梁腹板或翼緣分段拼接焊接，并用加強(qiáng)板補(bǔ)強(qiáng)，此方法工藝復(fù)雜，制造難度大。

為降低起重機(jī)門架的制作難度，馬鞍與拉桿連接鉸座耳板擬采用對接焊縫焊于馬鞍橫梁上?，F(xiàn)對此連接接頭焊縫進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、計(jì)算。

十字焊縫連接接頭設(shè)計(jì)： 鉸座耳板與馬鞍橫梁腹板采用V形坡口對接焊縫連接，對應(yīng)隔板與馬鞍橫梁腹板亦采用V形坡口對接焊縫連接，組成十字焊縫。（如圖二）

參數(shù)：整機(jī)工作級別：A6，結(jié)構(gòu)件應(yīng)力狀態(tài)級別：S3，使用等級：B6，結(jié)構(gòu)件工作級別：E6，鋼板材質(zhì)：Q345-B， F=600KN，θ=16°，e=400mm， h=130mm。

分析：鉸座耳板與馬鞍橫梁腹板由矩形豎直焊縫連接，拉力F可分解為水平拉力N拉，豎直剪力V剪，及彎矩M。拉力、剪力及彎矩由此豎直焊縫全部承擔(dān)。

計(jì)算：設(shè)剪應(yīng)力和拉應(yīng)力平均分布，最大彎矩出現(xiàn)在a點(diǎn)、b點(diǎn)且相等。

查起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB3811-2008）附錄O，通過表O.1確定焊接質(zhì)量為普通質(zhì)量（O.Q）；通過表O.2確定構(gòu)件接頭型式的標(biāo)號為3.5，應(yīng)力集中情況等級為K3。查表33，連接拉伸和壓縮疲勞許用應(yīng)力。，不滿足設(shè)計(jì)要求。

十字焊縫加水平焊縫連接接頭設(shè)計(jì)： 鉸座耳板與馬鞍橫梁腹板采用V形坡口對接焊縫，對應(yīng)隔板與馬鞍橫梁腹板采用V形坡口對接焊縫連接，鉸座耳板與外伸的馬鞍橫梁翼緣板采用V形坡口對接焊縫。組成十字焊縫加水平焊縫（如圖三）

分析：鉸座耳板與馬鞍橫梁連接由水平焊縫和豎直焊縫組成，因?yàn)橐戆宓呢Q直剛度較差，不能承擔(dān)剪力、彎矩，所以可以假定剪力全部由馬鞍腹板對應(yīng)的的豎直焊縫承受。鉸座耳板與馬鞍橫梁翼板假設(shè)為一整體，彎矩由豎直焊縫所在平面的豎直矩形截面和翼板對應(yīng)的矩形截面組成的工字形截面承擔(dān)。

計(jì)算：先計(jì)算焊縫的形心，焊縫所受的彎矩，然后求出焊縫慣性矩。

分析：由于以上計(jì)算是建立在鉸座耳板與馬鞍橫梁翼板為一整體的假設(shè)基礎(chǔ)上的，現(xiàn)對這一水平焊縫進(jìn)行驗(yàn)算。如這一水平焊縫能承受水平拉應(yīng)力N拉作用力，才可保證以上假設(shè)條件是成立的。

計(jì)算：

查起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB3811-2008）附錄O，通過表O.1確定焊接質(zhì)量為普通質(zhì)量（O.Q）；通過表O.2確定構(gòu)件接頭型式的標(biāo)號為0.51，應(yīng)力集中情況等級為K0。查表33，連接拉伸和壓縮疲勞許用應(yīng)力。

，滿足設(shè)計(jì)要求。

結(jié)束語

本文以龍門起重機(jī)拉桿鉸座焊接接頭設(shè)計(jì)為例，通過對十字焊縫增加水平焊縫的方法有效降改善了焊縫接頭應(yīng)力集中問題，大幅提高了構(gòu)件連接接頭的抗疲勞能力。希望對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在連接接頭形式選擇時(shí)提供一種參考。

參考文獻(xiàn)

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[3]起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范GB/T3811-2008.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.10

[4]焊接手冊 第三卷.中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)編.機(jī)械工業(yè)出版社2008.1

作者簡介

齊躍（1982-）男，漢族，遼寧丹東人，工程師，主要從事起重機(jī)設(shè)計(jì)工作

呂鑫（1980-）男，漢族，遼寧丹東人，工程師，主要從事水工金屬結(jié)構(gòu)制作安裝工作