内容简介

本书分十二章，分别阐述机械装备金属结构设计的目的、要求、特点、方法和应用场合，金属结构计算原理和基本规定；以起重机金属结构设计为主线，详细介绍了金属结构的材料特性与选择原则，起重机整机、结构件工作级别的划分方法，载荷计算及载荷组合，焊缝、铆钉、螺栓连接计算方法，轴向受力、横向受弯、受扭等基本构件的计算方法，柱、梁、桁架、桥架、门架、臂架、塔架等典型机械装备结构的构造和设计方法及步骤。为便于总结复习，每章末附有本章小结。为方便设计使用，本书提供了有关结构计算的公式和计算图表及数据，附录中给出了金属结构设计所需的型钢表。

本书全面贯彻国家、行业有关最新标准和法定计量单位，符合工程设计要求。

本书不仅注重金属结构基本计算原理的阐述，而且坚持理论方法与实际工程相结合，针对产品对象提出分析方法，有的放矢地解决实际工程问题。基本设计内容体现了计算原理的理论性，典型装备设计体现了设计步骤的实践性，引进最新国标体现了设计依据的先进性，结构设计的3s(Strength、Stiffness、Stability)基本要求体现了设计方法的系统性。坚持工程教育回归工程实际，强化能力导向原则是本书的特色，追求理论和方法的实用性是本书的优势。

本书的组织结构符合认知规律，逻辑性强，利于掌握，便于应用。学生通过学习和设计实践，能较好地掌握金属结构设计原理和方法，培养机械结构工程师的设计、分析能力和综合创新能力。

本书主要作为高等院校机械工程专业机械装备(起重运输机械、工程机械、物流仓储机械等)结构设计教学用书，同时也可供有关专业结构方向的工程技术人员参考使用。

本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材。 本书分十二章，分别阐述机械装备金属结构设计的目的、要求、特点、方法和应用场合，金属结构计算原理和基本规定；以起重机金属结构设计为主线，详细介绍了金属结构的材料特性与选择原则，起重机整机、结构件工作级别的划分方法，载荷计算及载荷组合，焊缝、铆钉、螺栓连接计算方法，轴向受力、横向受弯、受扭等基本构件的计算方法，柱、梁、析架、桥架、门架、臂架、塔架等典型机械装备结构的构造和设计方法及步骤。为便于总结复习，每章末附有本章小结。为方便设计使用，本书提供了有关结构计算的公式和计算图表及数据，附录中给出了金属结构设计所需的型钢表。 本书全面贯彻国家、行业有关最新标准和法定计量单位，符合工程设计要求。 本书不仅注重金属结构基本计算原理的阐述，而且坚持理论方法与实际工程相结合，针对产品对象提出分析方法，有的放矢地解决实际工程问题。基本设计内容体现了计算原理的理论性，典型装备设计体现了设计步骤的实践性，引进最新国标体现了设计依据的先进性，结构设计的3S(Strength, Stiffness, Stability）基本要求体现了设计方法的系统性。坚持工程教育回归工程实际，强化能力导向原则是本书的特色，追求理论和方法的实用性是本书的优势。 本书的组织结构符合认知规律，逻辑性强，利于掌握，便于应用。学生通过学习和设计实践，能较好地掌握金属结构设计原理和方法，培养机械结构工程师的设计、分析能力和综合创新能力。 本书主要作为高等院校机械工程专业机械装备（起重运输机械、工程机械、物流仓储机械等）结构设计教学用书，同时也可供有关专业结构方向的工程技术人员参考使用。

本书是“十三五” 国家重点出版物出版规划项目——现代机械工程系列精品教材､普通高等教育“十一五” 规划教材｡ 全书共分十二章, 分别阐述机械装备金属结构设计的目的､要求､特点､方法和应用场合, 金属结构计算原理和基本规定｡本书以起重机金属结构设计为主线，详细介绍了金属结构的材料特性与选择原则，起重机整机､结构件工作级别的划分方法，载荷计算及载荷组合，焊缝､铆钉､螺栓连接计算方法，轴向受力､横向受弯､受扭等基本构件的计算方法,柱､梁､桁架､桥架､门架､臂架､塔架等典型机械装备结构的构造和设计方法及步骤｡ 为便于总结和复习，每章末附有本章小结｡为方便设计使用，本书提供了有关结构计算的公式和计算图表及数据｡附录中给出了金属结构设计所需的型钢表｡ 本书全面贯彻国家､行业有关现行标准和法定计量单位，符合工程设计的要求｡ 本书不仅注重金属结构基本计算原理的阐述，而且坚持理论方法与实际工程相结合，针对产品对象提出分析方法，有的放矢地解决实际工程问题｡基本设计内容体现了计算原理的理论性，典型装备设计体现了设计步骤的实践性，引进现行国标体现了设计依据的先进性，结构设计的3S(Strength，Stiffness，Stability) 基本要求体现了设计方法的系统性｡ 本书主要作为高等院校机械工程专业机械装备(起重机械､运输机械､工程机械､矿山机械､物流机械等) 结构设计的教学用书，也可供有关专业结构方向的工程技术人员参考使用｡

目录

序

前言

第一章绪论1

第一节机械装备金属结构的定义、作用、

发展和特点2

一、金属结构的定义2

二、金属结构的作用2

三、金属结构的发展2

四、金属结构的特点3

第二节机械装备金属结构的分类和应用3

一、金属结构的分类3

二、金属结构的应用7

第三节机械装备金属结构的基本要求和发

展趋势8

一、基本要求8

二、发展趋势9

第四节机械装备金属结构的课程特点、课

程任务和学习方法14

一、课程特点14

二、课程任务14

三、学习方法15

本章小结15

第二章材料17

第一节钢材的力学特性及影响因素18

一、钢材的力学性能18

二、钢材的加工性能20

三、钢材的耐久性能20

四、影响钢材性能的主要因素21

第二节材料的类别、特征和选择23

一、材料的类别和特征23

二、材料的选择31

三、影响脆性破坏因素的评价和钢材质量

组别的选择33

本章小结35

第三章载荷与载荷组合37

第一节载荷的分类38

一、按其作用性质、工作特点和发生频度

划分38

二、按其作用效果与时间变化相关性划

分38

第二节载荷的计算38

一、载荷计算原则38

二、载荷计算方法39

第三节金属结构的设计方法、载荷情况

和载荷组合67

一、设计方法67

二、载荷情况68

三、载荷组合69

四、载荷组合表及其应用70

本章小结79

第四章计算原理81

第一节工作级别的划分82

一、工作级别82

二、起重机的分级82

三、结构件的分级84

四、典型起重机整机分级举例86

第二节计算原理和基本规定88

一、计算原理88

二、基本规定88

三、钢材的承载能力89

四、结构静强度计算89

五、结构疲劳强度计算90

六、结构刚度计算102

七、结构稳定性计算104

第三节轴心受压构件的极限载荷与应

力105

一、轴心受压构件的极限载荷105

二、轴心受压构件的极限应力107

三、弹塑性临界应力108

第四节压弯构件的精确计算110

一、基本概念110

二、压弯构件的总挠度和总弯矩110

三、压弯构件的强度113

四、压弯构件的整体稳定性113

五、实腹式受压构件的局部稳定性116

第五节结构动态分析中的质量换算118

一、结构振动连续系统转化成离散系统

的质量换算118

二、多自由度系统转化成等效单自由度

系统的质量换算120

ⅩⅪ第六节结构的断裂计算124

一、结构的断裂124

二、应力强度因子及临界值125

三、结构的断裂计算126

本章小结127

第五章连接129

第一节焊接连接130

一、焊接的方法与构造130

二、焊缝的标注132

三、焊缝的强度与许用应力133

四、焊缝的计算133

五、焊缝连接疲劳强度计算及合理构

造138

第二节普通螺栓连接和铆钉连接140

一、普通螺栓及铆钉连接的分类和基本

要求140

二、螺栓、销轴和铆钉的许用应力142

三、栓接和铆接的强度计算143

四、销轴的强度计算146

第三节高强度螺栓连接146

一、工作性能和构造要求146

二、高强度螺栓的承载能力计算148

三、高强度螺栓连接的计算149

本章小结151

第六章轴向受力构件——柱153

第一节轴向受力构件——柱的构造和应

用154

一、轴向受力构件——柱的构造154

二、轴向受力构件——柱的应用155

第二节轴心受力构件的计算155

一、轴心受力构件的强度155

二、轴心受力构件的刚度155

三、轴心受压构件的整体稳定性157

第三节偏心受力构件的计算162

一、偏心受力（拉或压）构件的强度162

二、偏心受压构件的刚度162

三、偏心受压构件的整体稳定性163

第四节柱的承载能力164

一、剪切力对柱临界力的影响164

二、等效剪切力168

三、变截面柱的计算170

第五节实腹式柱的设计计算174

一、截面选择和验算174

二、板的局部稳定性176

第六节格构式柱的设计计算178

一、截面选择178

二、强度和刚度验算179

三、稳定性验算180

四、连缀和横膈181

本章小结183

第七章横向受弯实腹式构件——梁185

第一节横向受弯实腹式构件——梁的构造

和截面186

一、梁的构造186

二、梁的截面186

第二节型钢梁的设计187

一、截面选择187

二、强度和刚度验算187

三、稳定性验算188

第三节组合梁的合理高度和质量191

一、梁高的确定191

二、梁的质量（自重）194

第四节组合梁的截面选择和验算194

一、腹板194

二、翼缘板194

三、强度和刚度验算195

四、变截面组合梁197

第五节梁的翼缘和腹板的连接198

一、工字梁的翼缘焊缝198

二、箱形梁的翼缘焊缝199

第六节梁翼缘板的局部弯曲应力199

一、工字梁翼缘板的局部弯曲199

二、箱形梁翼缘板的局部弯曲202

第七节组合梁的整体稳定性207

一、工字形截面组合梁207

二、箱形梁207

第八节组合梁的局部稳定性209

一、梁中薄板局部失稳的概念209

二、板的极限宽厚比和加劲肋的设置210

三、板的临界应力212

四、梁腹板局部稳定性验算215

五、加劲肋的构造尺寸和焊接要求216

第九节梁约束弯曲和约束扭转的简化计

算219

一、梁的约束弯曲219

二、梁的约束扭转220

第十节梁的拼接225

一、工厂拼接225

二、安装拼接226

第十一节梁的挠度和拱度227

一、梁的挠度227

二、梁的拱度228

本章小结228

第八章横向受弯格构式构件——桁

架231

第一节横向受弯格构式构件——桁架的

构造和应用232

一、桁架的构造232

二、桁架的应用232

第二节桁架的外形与腹杆体系233

一、桁架的外形233

二、桁架的腹杆体系233

第三节桁架的主要参数234

一、桁架的跨度234

二、桁架的高度235

三、节间尺寸235

第四节桁架杆件内力分析236

一、桁架内力分析与假定236

二、杆件内力分析方法的选择236

三、桁架弦杆的整体弯曲和局部弯曲237

第五节桁架杆件的计算长度239

一、杆件在桁架平面内的计算长度239

二、杆件在桁架平面外的计算长度240

第六节杆件截面设计和弦杆拼接242

一、杆件的截面型式242

二、杆件截面设计的一般原则243

三、杆件截面选择与验算243

四、弦杆的拼接245

第七节桁架节点构造设计与计算248

一、节点设计的构造要求和原则248

二、节点的设计计算249

第八节桁架的挠度和拱度252

一、桁架的挠度252

二、桁架的拱度253

本章小结254

第九章桥架255

第一节桥架型式和应用范围256

一、梁式起重机桥架256

二、通用桥式起重机桥架258

三、冶金桥式起重机桥架260

四、国内外桥式起重机新型桥架261

第二节桥架的载荷计算与载荷组合261

一、垂直载荷261

二、水平载荷263

三、扭转载荷264

第三节单梁桥架264

一、工字钢截面单梁桥架264

二、模压封闭截面单梁桥架268

第四节中轨箱形梁桥架271

一、确定桥架型式和规划结构尺寸272

二、箱形主梁的设计计算273

三、端梁结构和计算280

四、主、端梁的连接和计算281

第五节偏轨箱形梁桥架283

一、桥架的强度计算283

二、桥架的刚度计算285

第六节四桁架桥架286

一、桥架的结构和参数286

二、桥架的载荷与分配287

三、桥架的强度计算288

四、桥架的刚度计算289

第七节起重机的轨道290

一、轨道的选择290

二、轨道的固定290

三、轨道的接头290

本章小结290

第十章门架291

第一节门式起重机的门架结构292

一、通用门式起重机的门架292

二、造船用门式起重机的门架315

第二节装卸桥的门架结构318

一、装卸桥318

二、岸边集装箱装卸桥319

第三节门座起重机的门架结构321

一、门架的结构321

二、门架外形尺寸选择的原则323

三、门架上的载荷323

四、交叉门架结构的计算325

五、八杆门架结构的计算328

六、圆筒形门架结构的计算329

第四节自动化立体仓库巷道堆垛机的门架

结构332

一、自动化仓库系统简介332

二、巷道堆垛机简介332

三、单立柱巷道堆垛机结构计算333

Ⅻ四、双立柱巷道堆垛机结构计算341

第五节自动化立体仓库货架群金属结构计

算机辅助设计343

一、理论建模344

二、货架群金属结构计算机辅助设计346

三、工程实例347

本章小结348

第十一章臂架349

第一节臂架的应用与分类350

一、臂架的应用350

二、臂架的分类350

第二节单臂架352

一、单臂架的结构型式352

二、单臂架设计计算353

第三节组合臂架356

一、组合臂架的类型356

二、象鼻架357

三、臂架361

四、拉杆366

五、臂架的铰接关节368

第四节伸缩臂架369

一、伸缩臂架的结构及工作原理369

二、箱形伸缩臂受力分析370

三、箱形伸缩臂架的设计计算372

第五节小车变幅臂架和挖掘机臂架380

一、小车变幅臂架结构型式380

二、小车变幅臂架的合理吊点位置381

三、挖掘机臂架系统的型式382

四、挖掘机臂架的计算机辅助设计与分

析383

第六节履带起重机臂架390

一、履带起重机简介390

二、履带起重机臂架组合方式390

三、臂架结构特点与组成394

四、臂架结构设计要点397

本章小结402

第十二章塔架405

第一节塔式起重机塔身的结构及载荷406

一、塔身的结构406

二、塔身标准节之间接头的型式409

三、载荷及载荷组合410

第二节桅杆式起重机的结构及载荷411

一、独杆式桅杆起重机411

二、臂架回转式桅杆起重机412

第三节塔桅结构的分析计算方法414

一、空间桁架的内力分析方法414

二、位移的计算方法420

三、高耸塔架的非线性分析方法422

四、塔架整体稳定性计算方法425

五、附着式塔身的强度、位移及稳定性计

算方法428

本章小结429

附录431

附录1热轧钢板的尺寸、重量432

附录2热轧型钢的截面尺寸、截面面积、

理论重量及截面特性433

附录3热轧圆钢和方钢的尺寸、理论重

量444

附录4热轧H型钢和剖分T型钢的截面尺

寸、截面面积、理论重量及截面特

性445

附录5低压流体输送用焊接钢管450

附录6起重机钢轨的截面尺寸、截面面

积、理论重量及截面特性451

附录7轻轨的截面尺寸、截面面积、理

论重量及截面特性452

附录8铁路用热轧钢轨的截面尺寸、截

面面积、理论重量及截面特性453

参考文献4542100433B