主梁結構形式對起重機金屬結構機械性能影響的研究

沈健，趙勇，馬吉

（1.紹興市特種設備檢測院；2.紹興市特種設備智能檢測與評價重點實驗室，浙江 紹興 312071）

1 概述

目前國內起重機械主梁的結構形式主要有箱型梁和U型工字梁兩種，U型工字梁由上蓋板、兩塊直腹板、兩塊斜腹板與工字鋼焊接而成，主梁焊縫較多，共有6道主焊縫。而箱形梁由上下蓋板與兩塊腹板焊接而成，只有4道主焊縫，并且下料簡便，不用工字鋼型材，箱形梁蓋板、腹板不壓型，焊接后波浪變形較小。可見箱型梁比U型工字梁在生產工藝方面更具有優越性，能減少工時，提高生產效率，降低生產成本。

本文選取了通用圖紙中標準跨度的起重機，來比較箱型梁和U型工字梁對起重機金屬結構機械性能影響。

2 5t-16.5m兩種結構的主梁機械性能計算

2.1 U型工字梁主梁結構（圖1）

圖1

（1）幾何特性計算

主梁重量：PG2=2046kg

（2）主梁跨中截面強度

主梁垂直彎曲應力

主梁水平彎曲應力

吊載與起重小車（包括葫蘆與小車重）慣性力引起的水平彎矩

主梁自重水平慣性力引起水平彎矩

合成彎矩MH=MH1+MH2=2.63×106N·cm

水平彎曲應力

（3）主梁垂直靜剛度

2.2 箱型主梁結構（圖2）

圖2

（1）幾何特性計算

主梁重量：PG2=2442kg

（2）主梁跨中截面強度

主梁垂直彎曲應力

主梁水平彎曲應力

吊載與起重小車（包括葫蘆與小車重）慣性力引起的水平彎矩

主梁自重水平慣性力引起水平彎矩

合成彎矩MH=MH1+MH2=2.71×106N·cm

水平彎曲應力

（3）主梁垂直靜剛度

3 主梁機械性能對比（表1）

表1

4 結語

通過兩種不同主梁結構形式對比分析可以得到，在保證垂直靜剛度差不多的情況下，箱型梁的重量比U型工字梁的重量要多20%左右，但是箱型梁的垂直慣性矩和抗彎模數明顯比U型工字梁要大很多，說明箱型梁的受力特性更好，抵抗彎曲變形的能力更強，穩定性也更好，同時從表格中也可以看出箱型梁所受到的垂直和水平彎曲應力也要小很多。所以，在一般性場合起重機主梁選型，可以選擇U型工字梁；對于使用頻繁的場合，主梁結構形式可以選擇截面特性、受力性能和穩定性更勝一籌的箱型梁。