第一章概論2013年

金屬結(jié)構(gòu)主講人：龔艷玲機電工程學(xué)院聯(lián)系電話一章概論

主要內(nèi)容：金屬結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的建立、載荷計算和載荷組合。結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本準則及金屬結(jié)構(gòu)的連接方法及其計算。金屬結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件----柱、梁的設(shè)計計算方法。

龍門起重機、輪式起重機、液壓挖掘機的主要金屬結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和設(shè)計計算方法。學(xué)習要求：上課認真、課后復(fù)習、按時完成作業(yè)王金諾等.起重運輸機金屬結(jié)構(gòu).中國鐵道出版社2001高秀云等.金屬結(jié)構(gòu).化學(xué)工業(yè)出版社2006徐克晉.

金屬結(jié)構(gòu).機械工業(yè)出版社1993鄭惠強.金屬結(jié)構(gòu).

同濟大學(xué)出版社1996劉鴻文.

高等材料力學(xué).

高等教育出版社1985參考教材：課程涉及的知識：經(jīng)典力學(xué)：材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)材料學(xué)：機械學(xué)：結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造及施工本課程任務(wù)學(xué)會設(shè)計工程機械金屬結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計結(jié)構(gòu)計算（強度、剛度、穩(wěn)定性）例2：設(shè)計23t履帶式液壓挖掘機的工作裝置，參數(shù)要求：1、最大挖掘高度9635mm2、最大卸載高度6790mm3、最大挖掘深度6730mm4、最大垂直挖掘深度5935mm

5、最大挖掘半徑10050mm6、停機面最大挖掘半徑9885mm

7、鏟斗最大挖掘力135kN8、斗桿最大挖掘力100kN

例1：設(shè)計一臺起重量Q=40t，跨度L=30m，有效懸臂長的龍門起重機。

金屬結(jié)構(gòu)：由金屬材料軋制成的型鋼及鋼板作為基本元件，彼此按一定的規(guī)律用焊接的方法連接起來，制成基本構(gòu)件后，再用焊接或栓接將基本構(gòu)件連成能夠承受外加載荷的結(jié)構(gòu)件稱金屬結(jié)構(gòu)。金屬結(jié)構(gòu)的定義、作用和發(fā)展過程第一節(jié)單梁C形龍門起重機主梁支腿下橫梁金屬結(jié)構(gòu)的作用：作為機械的骨架，承受和傳遞機械所負擔的載重及其自身的重量。1—行走小車2—主梁3—支腿工作裝置回轉(zhuǎn)平臺底盤鏟斗動臂斗桿回轉(zhuǎn)平臺底架結(jié)構(gòu)與機構(gòu)的區(qū)別：結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)是用來承載的，它必須有牢固的維持本身原有幾何形狀和位置不變的能力；主要采用焊接或螺栓連接。機構(gòu)：機構(gòu)必須能夠完成某種規(guī)律的運動或獨特的作用，機構(gòu)之間往往通過銷軸連接，保證構(gòu)件間的相對運動。十九世紀五十年代前為鑄鐵結(jié)構(gòu)，這是鋼結(jié)構(gòu)的前身結(jié)構(gòu)。1851年英國倫敦第一屆世博會的水晶宮是鑄鐵結(jié)構(gòu)的典型建筑(9萬平米,6個月,用4500噸鑄鐵、10噸玻璃建成,1936年火毀)。金屬結(jié)構(gòu)的發(fā)展過程：一個很大的有很多陽臺的三層建筑，由透花的鐵架和玻璃建成?？傞L564米，寬125米，房頂面積為10萬平方米

1870年生產(chǎn)型鋼，標志著人類社會開始由鑄鐵結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為鋼結(jié)構(gòu)。

1889年法國巴黎世博會建成高達320米的艾菲爾鐵塔，以艾菲爾鐵塔為標志，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用有120多年的歷史。1880年德國制成了世界上第一臺電力拖動的鋼制橋式起重機（金屬結(jié)構(gòu)占70%的重量）

19世紀后期，鋼鐵工業(yè)飛速發(fā)展和機械制造業(yè)的進步完善金屬結(jié)構(gòu)的迅速發(fā)展1933年德國設(shè)計了第一臺斗輪挖掘機1869年美國制成第一臺蒸氣軌道式起重機1914年俄國建造了起重量為75t和100t的龍門起重機桁架臂半拖掛式汽車起重機的最大起重量已達到1000t

主臂架長121m~輪胎起重機的最大起重量達500t造船龍門起重機起重量達1600t，跨度達174m，起升高度105m

金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍工程機械（起重機、挖掘機、裝載機……）鉆桅的幾種截面形式港口門座式起重機雙梁龍門起重機建筑塔式起重機

利勃海爾輪式起重機起重量1200t，主臂全伸長度100米雙梁橋式起重機單梁橋式起重機央視新臺址總建筑面積55萬平方米,230m高。央視新臺址建設(shè)工程總投資約50億元人民幣，2003年10月開工建設(shè)，2008年正式運行。中高層建筑物（賓館、辦公樓、住宅、電視塔等）上海環(huán)球金融中心

由日本森大廈株式會社的全額子公司森海外株式會社及日本具有代表性的銀行、保險公司、商社等36家企業(yè)，偕同政府系統(tǒng)機構(gòu)日本海外經(jīng)濟協(xié)力基金(OECF)聯(lián)合投資的上海環(huán)球金融中心，總投資逾750億日元。位于陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，建筑總面積335,420平方米，地下3層，地上101層。建成后的高度達492米。總用鋼量26000t，鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱，2008年8月28日正式啟用。西安變壓器廠（400t吊車）國家體育場建筑體形上像鳥巢。可容納8萬人。平面為橢圓形,長軸340m短軸292m。屋蓋中間有一個146m×76m的開口，這部分將設(shè)計成開合屋蓋。采用加肋薄壁箱形截面，總用鋼量達16萬t。體育場(北京鳥巢)鳥巢工程主體鋼結(jié)構(gòu)天津奧林匹克體育場俯瞰效果圖

房屋建筑中的冷彎型鋼截面形式大跨度橋梁（公路橋、鐵路橋）美國金門大橋（主跨1280m）陜西銅川天然氣公司1000立方米天然氣球罐大連西太平洋石化有限公司1500立方米CF-62鋼球罐優(yōu)點：質(zhì)量穩(wěn)定強度高重量輕制造工業(yè)化程度高安全可靠缺點：穩(wěn)定性問題突出鋼材在潮濕、腐蝕性環(huán)境中容易銹蝕第二節(jié)金屬結(jié)構(gòu)的分類分類目的：找共同特點分類方法：1、按照組成金屬結(jié)構(gòu)基本元件的特點分：桿系結(jié)構(gòu)：

板結(jié)構(gòu)：2、按金屬結(jié)構(gòu)的外形分：

臂架結(jié)構(gòu)門架結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)柱結(jié)構(gòu)塔架結(jié)構(gòu)車架結(jié)構(gòu)人字架結(jié)構(gòu)門座起重機1---門架2---轉(zhuǎn)柱3---臂架1---臂架2---人字架4---車架輪胎式起重機3、根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)的連接方式不同分鉸接結(jié)構(gòu)剛接結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)4、根據(jù)外載荷與結(jié)構(gòu)件在空間的相互位置不同分平面結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)5、根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)部件的受力特征可分為：梁壓桿（柱）、拉桿偏心受壓柱（桿）第三節(jié)金屬結(jié)構(gòu)的計算簡圖計算簡圖：用理想的力學(xué)模型來代替實際的結(jié)構(gòu)物時，這個力學(xué)模型稱為計算簡圖簡化的要求：盡可能接近實際簡化內(nèi)容：結(jié)構(gòu)本身支座作用載荷1、結(jié)構(gòu)本身的簡化：構(gòu)件用其軸線代替變截面視為等截面節(jié)點簡化為鉸接點或剛接點

2、支座的簡化：a、活動鉸支座b、固定鉸支座c、固定支座

集中載荷3、載荷的簡化：固定載荷均布載荷節(jié)點載荷移動載荷集中載荷4、舉例推土鏟計算簡圖注：支座通常屬空間結(jié)構(gòu)，在不同平面內(nèi)簡化的情況不一樣，在同一平面內(nèi)，研究的對象不同或工礦不同時，簡化的情況也不一樣。桁架式吊臂結(jié)構(gòu)簡圖吊臂變幅繩起升繩第四節(jié)起重運輸機金屬結(jié)構(gòu)工作級別1、工作級別是表明金屬結(jié)構(gòu)工作繁忙程度的參數(shù)。根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力循環(huán)等級劃分。2、循環(huán)次數(shù)：起升機構(gòu)從吊重被起升時開始，到準備起升下一個吊重為止。3、應(yīng)力循環(huán)等級：根據(jù)起重機結(jié)構(gòu)在整個壽命期間總的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N按使用情況分為10級。4、應(yīng)力狀態(tài)：表明結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的變化程度5、應(yīng)力譜：表示之間關(guān)系的圖形

應(yīng)力狀態(tài)名義應(yīng)力譜系數(shù)應(yīng)力循環(huán)等級U0U1U2U3U4U5U6U7U8U9S1-小0.125A1A2A3A4A5A6A7A8S2-中0.25A1A2A3A4A5A6A7A8S3-大0.5A1A2A3A4A5A6A7A8S4-特大1.00A2A3A4A5A6A7A8表1-3起重機金屬結(jié)構(gòu)工作級別的劃分第五節(jié)金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計發(fā)展方向一、設(shè)計要求：堅