摘要：门式起重机的主梁、马鞍和支腿等结构需要拆分设计，其中主梁结构需要分段设计，分段或拆分处采用法兰和螺栓群进行连 接。针对箱形截面的结构，介绍其分段或拆分处螺栓群的类型和强度计算方法，阐述结构内力对翼板螺栓群和腹板螺栓群计算的影 响。通过实例介绍门式起重机的结构组成和拆分方式，阐述主梁分段处翼板螺栓群和腹板螺栓群的计算方法，说明主梁的弯矩作用 由翼板和腹板共同承受，并分析主梁弯矩对腹板螺栓群的影响，给出腹板螺栓群的最佳布置方案。介绍支腿上下两端法兰螺栓群的 计算方法，说明在支腿轴压力作用下，支腿法兰螺栓群承受的弯曲拉伸作用减小，同时支腿法兰面的剪力和扭矩对法兰螺栓群的影 响不可忽略。

　　关键词：门式起重机;结构;主梁;支腿;拆分;螺栓

　　Calculation of SR(p)lit Bolt ,Groupf Gantry Crane Structure

　　( Shandong FENGHUI Equipment Technology Co. ,Ltd. ,Jinan 250102 ,China )

　　Abstract :The main beam ,saddle and leg structure of gantry crane need to be split design , among which the main beam structure needs to be segmented design ,and the segment or split place is connected by flange and bolt group. Aiming at the box section structure , the type and strength calculation method of bolt group at the section or split point are introduced , and the influence of structural internal force on the calculation of wing plate bolt group and web bolt group is expounded. By introducing the structure composition and splitting method of gantry crane ,the calculation method of wing plate bolt group and web bolt group at the section of main beam is expounded. It is explained that the bending moment of main beam is borne by wing plate and web bolt group ,and the influence of bending moment of main beam on web bolt group is analyzed ,and the best arrangement scheme of web bolt group is given. The calculation method of the upper and lower flange bolt groups is introduced. It is shown that the bending and stretching action of the flange bolt groups decreases under the action of the leg shaft pressure ,and the influence of the shear force and torque of the flange surface on the flange bolt groups cannot be ignored.

　　Key words :gantry crane ;structure ;main beam ;leg ;split ;bolt

　　引言

　　门式起重机结构通常由主梁、马鞍、支腿和行走梁 等部分组成，如图1所示，支腿上下两端分别连接主梁 和行走梁，马鞍横跨主梁的两侧，并与主梁进行连接。

　　由于安装和运输的需要，门式起重机的主梁、马鞍、支 腿和行走梁需要拆分设计，拆分处通常采用横法兰+螺 栓群连接，对于大跨度的门式起重机，主梁超长并超重，运输超限，主梁需要分段设计，分段处通常采用竖法兰+螺栓群连接。拆分或分段处的法兰和螺栓群传递弯矩、轴力和剪力等被连接结构的相互作用力。

　　为保证拆分处结构的承载安全，螺栓群的选择就显得尤为重要。根据国内外 相关文献，布置主梁拆分处的螺栓群时，通常认为主梁 弯矩由翼板承受，剪力由腹板承受，忽略主梁弯矩对腹 板螺栓群的影响。布置支腿上下两端法兰处的螺栓群时，仅考虑弯矩作用，通常不计支腿轴压力、法兰面横向剪 力和扭矩对螺栓群的作用。然而螺栓群的实际受力并非 如此，当结构尺寸、计算部位不同时，这些被忽略的载 荷对螺栓的承载影响很大。主梁分段处，主梁弯矩影响 翼板的同时又影响腹板，腹板的螺栓群分担了主梁的部 分弯矩。支腿上下两端法兰拆分处，支腿的轴压力作用 减小了支腿弯矩对螺栓群的影响。

　　1 主梁分段

　　根据使用情况，针对跨中满载和悬臂满载两种情况，分别给出大车制动和小车制动两种工况下，主梁的弯矩 图和剪力图，如表1所示。各工况下的主梁最大剪力在靠近支腿处，跨中满载工况下主梁最大弯矩在跨中附近， 悬臂工况下主梁最大弯矩在靠近支腿处。

　　根据跨度、悬臂长度和运输的要求，常对主梁跨内 或悬臂段进行拆分，分段时避开跨内受弯矩作用较大的 位置。本文以对主梁悬臂端进行拆分为例，如图2所示，在支腿外侧将主梁悬臂段与主梁中间段进行拆分，支腿 上部与主梁中间段连接。

　　主梁分段处螺栓群连接示意图如图3所示，主梁为 箱形截面梁，上下翼板和左右腹板的两侧均设置连接板，并采用加强杆螺栓固定，其中B 为翼板厚度，h 为腹板高 度，t1 为翼板厚度，t2 为腹板厚度，通过翼板和腹板的连 接板将主梁悬臂段和中间段进行对接。

　　主梁对接处的螺栓群计算中，一般仅考虑主弯矩平面 内的载荷，在该平面主梁承受弯矩M 和剪力Q 的作用，其中剪力基本由腹板承受，弯矩由翼板和腹板共同承受。

　　拆分处的腹板通过连接板和螺栓群来传递载荷，腹 板承受弯矩产生的弯曲应力，那么腹板螺栓也应承受弯 矩作用产生的剪切，计算的关键是翼板和腹板承受的弯 矩大小如何分配。

　　根据主梁总弯矩M 求出翼板的应力σ 大小，进而求 出上下翼板产生的拉力F , 通过该拉力F 反算出翼板承 担的弯矩M1 , 其余弯矩就由腹板承受，因此，弯矩分配和截面抗弯模量、翼板截面积有关。翼板螺栓群均匀 受剪，根据上下翼板产生的拉力F来选择翼板螺栓群。

　　腹板与连接板组成4 组剪切面，单腹板单剪切面的螺栓群承受剪力Q1和弯矩T1 , 其值Q1 = Q/4 , T1 = (M - M1 )/4 , 受力示意图如图4所示，图示腹板螺栓群采用双列等距布置，n 为螺栓群行数( n 为奇数或偶数，其螺栓承载力计算公式相同)[1 -2 ] , a 为螺栓纵向间距，b为螺栓横向间距。

　　剪力Q1 下单个螺栓承受剪力为N1F = Q1/m, 其中m 为螺栓数量。弯矩T1 下受力最大螺栓的剪力分解为水平剪力N1Tx和垂直剪力N1Ty :

　　2 支腿连接

　　支腿和主梁的连接、支腿和行走梁的连接均采用横 法兰+螺栓群的固定方式，支腿是压弯构件，螺栓群的 计算比较复杂，支腿上下法兰及其连接螺栓受6类载荷 的作用，即承受轴压力、双向剪力、双向弯矩和扭矩联 合作用，但是支腿平面的剪力和弯矩较小，可忽略。根据危险工况载荷组合布置螺栓并计算螺栓群，螺栓的间距应符合规范要求[3]。

　　仅在弯矩作业下，螺栓群中螺栓的最大拉力是确定 的，再有轴压力作用时，螺栓受力会减少，当支腿轴压 力足够大，结合面就可能不出现受拉区，螺栓就不受力。

　　因此螺栓群的计算方法如下：(1 ) 将剪力和扭矩作用下，螺栓承受的剪力计算出来;(2) 求出弯矩产生的应力大小，再求出轴压力产生的应力大小，叠加求出合成 应力，根据合成应力，反算弯曲应力及其折算弯矩(此 时认为轴压力为零)，根据折算弯矩求出螺栓的最大拉 力;(3) 根据单个螺栓承受的拉力和剪力选择螺栓。

　　为便于安拆，支腿矩形法兰中部设置4个加强杆螺 栓进行定位，其他位置采用高强度螺栓连接，支腿上下 法兰螺栓群的连接如图5实例所示，相对在法兰四角采用加强杆螺栓定位的方式，该方式的高强度螺栓更加远离法兰中心，更能发挥螺栓的性能，其计算参考文献[4-8 ]。

　　3 实例

　　3. 1 主梁腹板螺栓群计算

　　某双悬臂门式起重机，额定起重量200 t、跨度30 m、有效悬臂长度4. 5 m, 起升高度20 m, 校核主梁拆分处腹板螺栓群的强度。其中主梁截面参数和腹板螺栓群的布置 情况如表2所示，悬臂工况下主梁截面受力情况如表3 所示。由表可知，主梁翼板承受了总弯矩的75% , 约有25% 的总弯矩必须由腹板承担，因此主梁腹板受弯矩和 剪切共同作用，且弯矩分配是由截面尺寸及其特性决 定的。

　　在截面剪切和弯矩作用下，腹板受力最大螺栓的剪 力如表4所示，可知弯矩作用下的剪力占75% , 剪切作用下的剪力占25% , 说明弯矩作用对腹板螺栓群的影响更大。根据以上计算，腹板螺栓采用加强杆螺栓M12.强度等级8. 8. 螺栓抗剪许用承载力为3. 5 t 。

　　截面弯矩是腹板螺栓群的主要外载荷，截面剪力次 之，腹板螺栓群越靠近上下翼板布置其抗弯能力越强，因此在靠近翼板位置应多布置螺栓，靠近截面中心少布 置螺栓。主梁跨内部分的截面分段也应避开弯矩较大位 置，以减小腹板螺栓群的受力。

　　3. 2 支腿两端螺栓群计算

　　支腿上下法兰尺寸及螺栓群布置如图5所示，根据 结构力学分析可知，跨中满载小车制动工况下支腿法兰及其螺栓群最危险，其中影响最大的载荷是门架平面内的弯矩[9-16 ] , 根据有限元杆系模型计算结果，读取危险工况下的支腿上下两端内力，如表5所示。

　　计算中忽略支腿平面内的内力，忽略加强杆螺栓的 承载作用，支腿上下法兰单个螺栓的最大载荷如表6所 示。由表可知，支腿轴压力使支腿上下法兰处螺栓承受 的弯矩分别减少10% 和40% , 特别是支腿下端法兰，支腿轴压力使支腿弯矩拉伸作用减小，使下端法兰螺栓群 更加安全。但是单个螺栓承受拉力的同时也承受剪力作 用，法兰面的横向剪切和扭矩使螺栓产生横向剪力，该 剪力导致螺栓承受的外载荷大大增大。高强度螺栓的抗 拉承载力是抗剪承载力的3倍左右，高强度螺栓易抗拉、不易抗剪，支腿下部法兰螺栓群中，螺栓的总剪力约是 其最大拉力的60% , 因此横向剪力的影响不可忽略。

　　根据支腿上下法兰螺栓承受的剪力和拉力选择螺栓， 上法兰螺栓采用高强度螺栓M30-8. 8 S, 下法兰螺栓采 用高强度螺栓M27-8. 8 S 。

       4 结束语

　　本文介绍了门式起重机结构的拆分方式，阐述了主 梁分段处翼板螺栓群和腹板螺栓群的计算方法，分析主 梁弯矩对腹板螺栓群的影响，说明主梁弯矩在翼板和腹 板上的分配是由截面特性决定的。

　　介绍了支腿与主梁连接处、支腿与行走梁连接处螺 栓群的计算方法，说明在支腿轴压力作用下，支腿法兰 螺栓群承受的弯曲拉伸作用会减小，同时支腿法兰面的 剪力和扭矩对支腿法兰螺栓群的影响不可忽略。

　　通过主梁腹板螺栓群、支腿上下两端法兰螺栓群计 算实例，阐述了门式起重机不同结构位置的螺栓群计算 方法及其最佳布置方式。

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