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| 标准编号 | GB/T 13752-2017 (GB/T13752-2017) | | 中文名称 | 塔式起重机设计规范 | | 英文名称 | Design rules for tower cranes | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J80 | | 国际标准分类 | 53.020.20 | | 字数估计 | 226,261 | | 发布日期 | 2017-02-28 | | 实施日期 | 2017-09-01 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 13752-1992 | | 起草单位 | Beijing Institute of Construction Mechanization, Zoomlion Co., Ltd., Harbin Institute of Technology | | 归口单位 | National Committee for Standardization of Hoisting Machinery (SAC/TC 227) | | 标准依据 | National Standard Announcement No. 4 of 2017 | | 提出机构 | 中国机械工业联合会 | | 发布机构 | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 13752-2017: 塔式起重机设计规范
GB/T 13752-2017 英文名称: Design rules for tower cranes
ICS 53.020.20
J80
中华人民共和国国家标准
代替 GB/T 13752-1992
塔式起重机设计规范
1 范围
本标准规定了GB/T 6974.3所定义的塔式起重机设计计算的规则、要求和方法。
本标准适用于:
---可组装与拆卸的塔式起重机;
---永久性安装的塔式起重机;
---电力或内燃机(发动机)驱动的塔式起重机;
---其他型式或用途的塔式起重机。
本标准不适用于:
---可装设塔身的流动式起重机;
---带或不带臂架的安装桅杆;
---标准发布前制造的塔式起重机。
5 结构
5.1 通则
5.1.1 一般要求
塔式起重机金属结构应进行强度(包括疲劳强度)、刚性和弹性稳定性验算,并满足抗脆性破坏规定的要求。
本标准不考虑材料的塑性影响,即不接受按塑性理论计算的极限承载能力。
本标准仅考虑名义应力,即采用传统材料弹性强度理论计算的应力,不包括局部应力集中效应
5.1.2 计算方法
塔式起重机钢结构及其连接的设计计算可采用极限状态法或许用应力法。当结构件内力与载荷呈
非线性关系时,宜采用极限状态法,见4.1.7。
极限状态法和许用应力法的验算步骤见4.1.7。采用“极限状态法”进行验算时,选定的载荷组合中
的载荷(见4.3和4.4)需先乘以各自的分项载荷系数γp(见表24)。
5.1.3 计算规定
5.1.3.1 本章中计算公式均按极限状态法给出。若用许用应力法,则所有强度和弹性稳定计算公式左
端的弯矩、扭矩、轴向力都不考虑分项载荷系数γp和高危险度系数γn(见4.4.2),右端的极限设计应力
limσ改为许用应力[σ],许用应力[σ]用屈服点σs除以总安全系数γf(见表24)得到,即:[σ]=σS/γf;管
接头计算时所有的γM5用γfγM5/γm代替(γm为抗力系数,取为1.1,见表24)。
此外,若用许用应力法进行弹性稳定性验算,则在正文和附录J的公式中,所有轴力比N/NE处,均
需在N 前乘以α=1.22的调整系数,式(55)中的轴力N 也需乘以该α调整系数。
5.1.3.2 用极限状态法验算结构和构件静态刚性时,取分项载荷系数γp=1。
5.2 材料及其极限设计应力
5.2.1 结构件材料及其极限设计应力
5.2.1.1 结构件材料
5.2.1.1.1 塔式起重机承载结构件钢材的选择,应考虑结构的重要性、载荷特征、应力状态、连接方式和
塔式起重机工作温度等因素。
主要承载结构的构件,宜采用力学性能不低于GB/T 700规定的Q235或GB/T 699规定的20钢;
也可采用力学性能不低于GB/T 1591规定的Q345高强度钢材。
采用厚度大于50mm的钢板作为焊接承载构件时应慎重,当用作拉伸、弯曲等受力构件时,需增加
横向取样的拉伸和冲击韧性检验。
下列承载结构的构件不应采用沸腾钢:
a) 符合下列情况的焊接结构:
● 直接承受动载荷且需要验算疲劳的结构;
● 虽可以不验算疲劳但工作环境温度低于-20℃时直接承受动载荷的结构以及受拉、受弯的重要承载结构;
● 工作环境温度等于或低于-30℃的所有承载结构。
b) 工作环境温度等于或低于-20℃时直接承受动载荷且需要计算疲劳的非焊接结构。
5.2.1.1.2 采用高强度钢材的结构构件,应特别注意选择合理的焊接工艺,进行相应的焊接试验,以减
小其内应力,防止焊缝开裂及控制高强度钢材结构的变形。
5.2.1.1.3 室外工作塔式起重机的结构工作环境温度,在用户未特别提出时,可取为塔式起重机使用地点的
年最低日平均温度。对不确定使用地点的塔式起重机,工作环境温度由设计制造单位根据销售情况确定。
5.2.1.1.4 为使所选的结构件钢材具有足够的抗脆性破坏安全性,应根据影响脆性破坏的条件来选择
钢材的质量组别,即应评价导致构件钢材材脆性破坏的下列各因素的影响:
---纵向残余拉伸应力与自重载荷引起的纵向拉伸应力的联合作用;
---构件材料的厚度;
---工作环境的温度。
考虑影响脆性破坏因素评价的钢材质量组别选择方法参见附录D。
5.2.1.1.5 钢铸件宜采用符合GB/T 11352或GB/T 14408的铸钢。
5.2.1.2 结构件材料的极限设计应力
结构件材料的极限设计应力见表27。
5.2.2 连接材料及其极限设计应力
5.2.2.1 焊条、焊丝
手工焊接所用焊条应符合GB/T 5117、GB/T 5118的要求。焊丝应符合GB/T 8110、GB/T 5293的要求。
直接承受动载荷的焊接结构宜采用碱性低氢型焊条。焊条、焊丝及焊剂应与母材的力学性能相适应。
5.2.2.2 螺栓、销轴等
普通螺纹连接用螺栓、螺母的机械性能和材料应符合GB/T 3098.1、GB/T 3098.2和GB/T 3098.4的要求。
高强度螺栓、螺母和垫圈的机械性能和材料应符合GB/T 1231和GB/T 3632的要求;对于未包含
在GB/T 1231和GB/T 3632内的,应符合GB/T 3098.1、GB/T 3098.2和GB/T 3098.4的要求。
销轴的材料宜采用符合GB/T 699规定的45钢或符合GB/T 3077规定的40Cr、35CrMo、42CrMo
等钢材,并进行必要的热处理。
5.2.2.3 连接材料的极限设计应力
焊缝的极限设计应力见表28,螺栓、销轴连接的极限设计应力见表29。
5.3 静强度验算
5.3.1 结构件的强度验算
5.3.1.1 通则
塔式起重机受拉、受压、受弯、受扭结构件的强度验算可按通常的力学方法进行,计算应力应小于规
定的极限设计应力(极限状态法)或许用应力(许用应力法)。此外,视结构件受力的具体情况,还应进行
5.3.1.2~5.3.1.5的强度验算。
5.3.1.2 复合应力
当结构件的同一验算点上受有两个方向的较大正应力σx、σy及较大的剪应力τ 时,还应按式(28)验算复合应力。
5.3.1.3 普通螺栓连接的结构件
普通螺栓连接的轴心受拉(压)结构件的强度按式(29)验算。
5.3.1.4 摩擦型高强度螺栓连接的结构件
高强度螺栓连接的轴心受拉(压)结构件的强度按式(30)验算。
5.3.1.5 销轴连接的结构件
5.3.1.5.1 通则
本标准中的销轴连接验算,适用于符合下列条件的销轴连接:
---销轴为圆形;
---不约束被连接件之间转动;
---承受载荷的销轴连接,即不适用于只作为附属便利工具的销轴连接;
---销轴和孔之间的配合公差符合GB/T 1800.2-2009的h13/H13或更紧密;在承受变向载荷
时,应采用紧密的配合公差;
---所有销轴均有防止其脱出销轴孔的防脱装置;
---当预定允许销轴连接在承载的情况下转动时,防脱装置应能限制销轴的轴向位移;
---被连接件的刚度应能限制其平面外(出平面)的局部变形(表面凹陷)。
5.3.1.5.2 抗剪承载能力
销轴连接的轴心受拉结构件按式(32)验算其抗剪承载能力。
5.3.1.5.3 抗拉承载能力
销轴连接的轴心受拉结构件应按式(33)验算其抗拉承载能力:
5.3.2 连接的强度验算
5.3.2.1 焊缝连接
对接焊缝连接的计算应力按连接中最薄的板厚t计算,当不用引弧板施焊时,焊缝的计算长度为实际长度减去2t。
对接焊缝受拉(压)力和剪力共同作用时的强度按式(34)验算。
5.3.2.2 螺栓连接
5.3.2.2.1 普通螺栓连接
5.3.2.2.1.1 通则
普通螺栓中的C级螺栓连接只能用于使螺栓受拉的连接和临时固定,不应用于承受动载的主要受
力结构;A级和B级螺栓连接可用于承受动载的结构。普通螺栓应根据表29给定的极限设计应力验
算螺杆的拉伸、抗剪承载能力以及螺栓孔的抗挤压承载能力。
5.3.2.2.1.2 抗剪承载能力
每个螺栓剪切面的抗剪承载能力按式(36)验算。式中:
F ---作用于该螺栓螺杆截面的剪力,单位为牛顿(N);
A ---螺栓螺杆的截面积,单位为平方毫米(mm2);如果剪切面在光面螺杆的范围内,则A 为按
光面螺杆直径计算的截面积;如果剪切面在螺杆螺纹范围内,则A 为按螺纹螺杆的有效
直径计算的有效面积(螺栓有效计算面积);limτ---见表29。
5.3.2.2.1.3 抗挤压承载能力
每个螺栓挤压面的抗挤压承载能力按式(37)验算。
5.3.2.2.1.4 抗拉承载能力
普通螺栓用于拉力连接,分为允许连接接合面分离和不允许连接接合面分离两种情况进行验算:
---如果不允许连接的接合面分离,则螺栓应施加预紧力,并按5.3.2.2.2.3的高强螺栓承受拉力的相关规定进行验算;
---如果允许连接接合面分离,则每个螺栓抗拉承载能力按式(39)验算。
5.3.2.2.2 高强度螺栓连接
5.3.2.2.2.1 通则
高强度螺栓连接可以承受剪力、拉力、力矩和组合载荷。
5.3.2.2.2.2 承受剪力
高强度螺栓连接接头所承受的剪力是通过接头摩擦面之间的摩擦力来传递的,接头所承受的剪力
不应大于所有螺栓极限承载能力之和,单个螺栓的极限承载能力按式(40)计算。式中:
limFts---单个高强度螺栓的极限承载能力,单位为牛顿(N);
μ ---抗滑移系数,按表31选取;
F1 ---单个高强度螺栓的预紧力,单位为牛顿(N),按表32确定;
Zs ---接头摩擦面数;
γs ---连接孔形影响系数,按表33确定;
γm ---抗力系数,取为1.1。
5.3.2.2.2.6 承受挤压
承受挤压的高强度螺栓连接不适用于直接承受动力载荷的结构,因此在塔式起重机承重结构中一般不采
用。如果确有需要采用,可按GB 50017等有关标准的规定进行高强度螺栓承压型连接的设计与计算。
5.3.2.3 销轴连接5.3.2.3.1 通则
销轴连接应符合5.3.1.5.1的规定。
销轴连接应根据表29给定的极限设计应力分别验算销轴的抗弯、抗剪承载能力以及销轴孔的抗挤压承载能力。
5.3.2.3.2 抗剪承载能力
销轴抗剪承载能力按式(43)验算。
5.3.3 管件焊接接头
对于由圆形、方形或矩形截面管件组成的格构式结构件中的同平面及多平面焊接接头,除了应按前面
的要求验算各管件母材和连接焊缝的强度外,还应按附录E给出的规则验算接头本身的极限承载能力。
5.4 弹性稳定性验算
5.4.1 轴心受压构件
5.4.1.1 实腹式轴心受压构件稳定性验算
实腹式轴心受压构件按式(46)验算稳定性。
5.4.1.2 角钢轴心受压构件稳定性验算
单面连接的单角钢受压构件一般都是偏心受载,其稳定性应按压弯构件验算。若按轴心受压构件
的验算式(46)进行验算,则其极限设计应力应乘以下列折减系数予以降低:
a) 等边角钢为:0.6+0.0015λ,但不大于1.0;
b) 短边相连的不等边角钢为:0.5+0.0025λ,但不大于1.0;
c) 长边相连的不等边角钢为:0.7。
对于中间无联系的单角钢构件,其长细比λ应按最小回转半径计算;对于中间有联系的单角钢构
件,其长细比λ应按平行于联系边的形心轴计算;当λ< 20时,取λ=20。
5.4.1.3 格构式构件轴心受压稳定性验算
格构式轴心受压构件的整体稳定性仍按式(46)验算,但要用换算长细比λh或假想换算长细比λhF
选取轴心受压构件的稳定系数φ,λh按G.2确定,λhF按5.4.1.4.2计算和应用。
5.4.2 双向或单向压弯构件
5.4.2.1 双向或单向压弯构件稳定性验算
5.4.2.1.1 双向压弯构件的整体稳定性计算的简便的方法
当N/NEx和N/NEy均小于0.1时,双向压弯构件的整体稳定性按式(52)验算(可取多个危险截面分别进行验算)。
5.4.2.1.2 压弯构件的整体弯扭屈曲稳定性计算
压弯构件的整体弯扭屈曲稳定性按式(56)计算。
5.4.2.1.3 压弯构件稳定性验算的其他方法
当对压弯构件稳定性验算有更高的要求时,可参考附录J的方法,或参考国内外相关标准,或采用
成熟的非线性分析方法。
5.4.2.2 受弯构件的侧向屈曲稳定性
5.4.2.2.1 凡符合下列情况之一的受弯构件,可不验算其侧向屈曲稳定性:
a) 有刚性较强的走台和铺板与受弯构件的受压翼缘牢固相连,能阻止受压翼缘侧向位移时;
b) 箱形截面受弯构件的截面高度h与两腹板外侧之间的翼缘板宽度b的比值h/b≤3时,或构件
截面足以保证其侧向刚性(如为空间桁架)时;
c) 两端简支且端部支承不能扭转的等截面轧制H型钢或焊接工字型截面的受弯构件,其受压翼
缘的侧向支承间距l(无侧向支承点者,则为构件的跨距)与其受压翼缘的宽度b之比值满足以下条件:
● 无侧向支承且荷载作用在受压翼缘上,l/b≤13 235/σs;
●......
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