第五节　起重运输机金属结构的选材原则

起重机承载结构件钢材的选择应考虑结构的类型和板厚、载荷性质、应力状态、连接方式、起重运输机工作环境和温度、材料脆性等因素。

1.金属结构的类型和板厚

一般轻型桁架结构多选用碳素结构钢轧成的型钢，最小角钢不得小于∠45×45×5；重型桁架结构可考虑采用低合金钢。板梁结构多选用碳素结构钢轧成的板材，钢板的厚度不宜小于6mm，如有特种防腐涂层时，可不小于5mm。对特种用途的起重机结构，如受到重量的限制及构造上的要求不得不减薄厚度时，考虑到焊接工艺，亦不可小于4mm（如汽车起重机箱形伸缩臂截面的腹板）。对于厚度大于50mm的钢板，用作焊接承载构件时应慎重，当用作拉伸、弯曲等受力构件时，须增加横向取样的拉伸和冲击韧性的检验，且应满足设计要求。

2.金属结构的载荷性质

承受动力载荷的结构或工作级别较高（≥E4级）的焊接结构，若疲劳强度是控制条件，则应选用疲劳强度较高的碳素结构镇静钢，而不应选用低合金钢作为受力构件。更不要用铝合金，因铝合金虽轻，但疲劳强度很低。主要受力构件的材料应好于次要受力构件。

3.金属结构的工作环境和温度

对于在露天工作且有腐蚀性介质的起重运输机金属结构，应选用具有防腐性能的材料，如16MnCu等。

对低温下工作的起重机金属结构应选用低温敏感性低，冲击韧性较高的材料，如平炉镇静钢Q235C或低合金钢Q345，而不能采用沸腾钢或半镇静钢。

工作环境温度≤-20℃的直接承受动载荷且需要计算疲劳的非焊接结构，不应选沸腾钢。

室外工作起重机的环境温度在用户未特别提出时，可取使用地点的年最低日平均温度。对不确定使用地点的起重机，工作环境温度由设计制造单位根据销售情况确定。

4.焊接结构

对焊接结构，下列情况不应选用沸腾钢：

（1）直接承受动载荷且需要计算疲劳的结构。

（2）虽不计算疲劳但工作环境温度低于-20℃的直接承受动载荷的结构以及受拉、受弯的重要承载结构。

（3）工作环境温度≤-30℃的所有承载结构。

在设计高强度钢材的结构构件时，应特别注意选择合理的焊接工艺并进行相应的焊接试验，以减少其制造内应力，防止焊缝开裂及控制高强度钢材结构的变形。

5.材料脆性

根据GB/T 3811-2008《起重机设计规范》，为使所选的结构件钢材具有足够的抗脆性破坏的安全性，应根据影响脆性破坏的条件来选择钢材的质量组别。在起重机金属结构中，导致构件材料发生脆性破坏的三个重要敏感因素是：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。通过对这三个因素的定量评价及综合评价得到按脆性条件确定的钢材质量组别。

（1）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的影响

以自重载荷引起的纵向拉伸应力σG和焊接纵向残余拉伸应力的联合作用如图2-6所示。图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类焊缝下残余应力影响评价系数计算如下。

Ⅰ类焊缝：无焊缝或只有横向焊缝，脆性破坏的危险性小。当起重机自重等永久载荷（分项载荷系数γp取1，γp介绍见第三章）引起的结构构件纵向拉伸应力σG与其钢材的屈服点σs之比σG/σs>0.3时，才考虑此因素对脆性破坏的影响。评价系数ZA为

式中　ZA——（钢材质量组别选择的）残余应力影响评价系数；

σG——结构构件纵向拉伸应力（N/mm2）；

σs——钢材的屈服点（N/mm2）。

Ⅱ类焊缝：只有纵向焊缝的结构，脆性破坏的危险性增加。评价系数ZA为

Ⅲ类焊缝：焊缝汇集，高度应力集中，脆性破坏的危险性最大。评价系数ZA为

在有条件时，宜对Ⅲ类焊缝进行消除残余应力的热处理（温度宜为600℃～650℃），处理后可视为Ⅰ类焊缝选取钢材组别。

当钢材的屈强比σs/σb≥0.7时，式（2-3）～式（2-5）中的σs以（0.5σs+0.35σb）代之。

（2）构件材料厚度的影响

构件材料的厚度越大，脆性破坏危险性也越大。评价系数ZB为

式中　ZB——（钢材质量组别选择的）材料厚度影响评价系数；

t——构件材料厚度（mm）。

对轧制型材和矩形截面，用假想厚度t′进行评价，t′按下述规定确定。

①对轧制型材：

②对截面长边为b、短边为d的矩形截面：

当两边之比b/d≤1.8时　　

当两边之比b/d>1.8时　　t′=d

（3）工作环境温度的影响

在室外工作的起重运输机结构环境温度取为使用地点的年最低日平均温度。当工作环境温度在0℃以下时，随着温度的降低，材料脆性破坏的危险性越来越大。评价系数ZC为

式中　ZC——（钢材质量组别选择的）工作环境温度影响评价系数；

T——起重机结构的工作环境温度（℃）。

（4）所要求的钢材质量组别的确定

将评价系数ZA、ZB、ZC相加，得到总评价系数Z，由表2-8查出所要求的钢材质量组别。表2-9给出了各组对应的钢材牌号及相应的冲击韧性值。

续上表

设计起重运输机金属结构，虽提倡多用高强度低合金钢，但不能不分受力大小而一律采用。只有当结构杆件或构件的强度、刚度和稳定性三大问题中强度是决定因素时，选用低合金钢才能达到节省材料，减轻自重的目的。