第五節　起重運輸機金屬結構的選材原則

起重機承載結構件鋼材的選擇應考慮結構的類型和板厚、載荷性質、應力狀態、連接方式、起重運輸機工作環境和溫度、材料脆性等因素。

1.金屬結構的類型和板厚

一般輕型桁架結構多選用碳素結構鋼軋成的型鋼，最小角鋼不得小于∠45×45×5；重型桁架結構可考慮采用低合金鋼。板梁結構多選用碳素結構鋼軋成的板材，鋼板的厚度不宜小于6mm，如有特種防腐涂層時，可不小于5mm。對特種用途的起重機結構，如受到重量的限制及構造上的要求不得不減薄厚度時，考慮到焊接工藝，亦不可小于4mm（如汽車起重機箱形伸縮臂截面的腹板）。對于厚度大于50mm的鋼板，用作焊接承載構件時應慎重，當用作拉伸、彎曲等受力構件時，須增加橫向取樣的拉伸和沖擊韌性的檢驗，且應滿足設計要求。

2.金屬結構的載荷性質

承受動力載荷的結構或工作級別較高（≥E4級）的焊接結構，若疲勞強度是控制條件，則應選用疲勞強度較高的碳素結構鎮靜鋼，而不應選用低合金鋼作為受力構件。更不要用鋁合金，因鋁合金雖輕，但疲勞強度很低。主要受力構件的材料應好于次要受力構件。

3.金屬結構的工作環境和溫度

對于在露天工作且有腐蝕性介質的起重運輸機金屬結構，應選用具有防腐性能的材料，如16MnCu等。

對低溫下工作的起重機金屬結構應選用低溫敏感性低，沖擊韌性較高的材料，如平爐鎮靜鋼Q235C或低合金鋼Q345，而不能采用沸騰鋼或半鎮靜鋼。

工作環境溫度≤-20℃的直接承受動載荷且需要計算疲勞的非焊接結構，不應選沸騰鋼。

室外工作起重機的環境溫度在用戶未特別提出時，可取使用地點的年最低日平均溫度。對不確定使用地點的起重機，工作環境溫度由設計制造單位根據銷售情況確定。

4.焊接結構

對焊接結構，下列情況不應選用沸騰鋼：

（1）直接承受動載荷且需要計算疲勞的結構。

（2）雖不計算疲勞但工作環境溫度低于-20℃的直接承受動載荷的結構以及受拉、受彎的重要承載結構。

（3）工作環境溫度≤-30℃的所有承載結構。

在設計高強度鋼材的結構構件時，應特別注意選擇合理的焊接工藝并進行相應的焊接試驗，以減少其制造內應力，防止焊縫開裂及控制高強度鋼材結構的變形。

5.材料脆性

根據GB/T 3811-2008《起重機設計規范》，為使所選的結構件鋼材具有足夠的抗脆性破壞的安全性，應根據影響脆性破壞的條件來選擇鋼材的質量組別。在起重機金屬結構中，導致構件材料發生脆性破壞的三個重要敏感因素是：縱向殘余拉伸應力與自重載荷引起的縱向拉伸應力的聯合作用、構件材料的厚度、工作環境的溫度。通過對這三個因素的定量評價及綜合評價得到按脆性條件確定的鋼材質量組別。

（1）縱向殘余拉伸應力與自重載荷引起的縱向拉伸應力的聯合作用的影響

以自重載荷引起的縱向拉伸應力σG和焊接縱向殘余拉伸應力的聯合作用如圖2-6所示。圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類焊縫下殘余應力影響評價系數計算如下。

Ⅰ類焊縫：無焊縫或只有橫向焊縫，脆性破壞的危險性小。當起重機自重等永久載荷（分項載荷系數γp取1，γp介紹見第三章）引起的結構構件縱向拉伸應力σG與其鋼材的屈服點σs之比σG/σs>0.3時，才考慮此因素對脆性破壞的影響。評價系數ZA為

式中　ZA——（鋼材質量組別選擇的）殘余應力影響評價系數；

σG——結構構件縱向拉伸應力（N/mm2）；

σs——鋼材的屈服點（N/mm2）。

Ⅱ類焊縫：只有縱向焊縫的結構，脆性破壞的危險性增加。評價系數ZA為

Ⅲ類焊縫：焊縫匯集，高度應力集中，脆性破壞的危險性最大。評價系數ZA為

在有條件時，宜對Ⅲ類焊縫進行消除殘余應力的熱處理（溫度宜為600℃～650℃），處理后可視為Ⅰ類焊縫選取鋼材組別。

當鋼材的屈強比σs/σb≥0.7時，式（2-3）～式（2-5）中的σs以（0.5σs+0.35σb）代之。

（2）構件材料厚度的影響

構件材料的厚度越大，脆性破壞危險性也越大。評價系數ZB為

式中　ZB——（鋼材質量組別選擇的）材料厚度影響評價系數；

t——構件材料厚度（mm）。

對軋制型材和矩形截面，用假想厚度t′進行評價，t′按下述規定確定。

①對軋制型材：

②對截面長邊為b、短邊為d的矩形截面：

當兩邊之比b/d≤1.8時　　

當兩邊之比b/d>1.8時　　t′=d

（3）工作環境溫度的影響

在室外工作的起重運輸機結構環境溫度取為使用地點的年最低日平均溫度。當工作環境溫度在0℃以下時，隨著溫度的降低，材料脆性破壞的危險性越來越大。評價系數ZC為

式中　ZC——（鋼材質量組別選擇的）工作環境溫度影響評價系數；

T——起重機結構的工作環境溫度（℃）。

（4）所要求的鋼材質量組別的確定

將評價系數ZA、ZB、ZC相加，得到總評價系數Z，由表2-8查出所要求的鋼材質量組別。表2-9給出了各組對應的鋼材牌號及相應的沖擊韌性值。

續上表

設計起重運輸機金屬結構，雖提倡多用高強度低合金鋼，但不能不分受力大小而一律采用。只有當結構桿件或構件的強度、剛度和穩定性三大問題中強度是決定因素時，選用低合金鋼才能達到節省材料，減輕自重的目的。