140t40m通用架桥机设计计算书.docx
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140t40m通用架桥机设计计算书
JQ140t-40m型
（三角钢结构）
通用架桥机
设计计算书
设计计算过程简要说明:
由于架桥机工作状态时，存在两种危险截面的情况:
Ⅰ种为移跨时存在的危险截面；Ⅱ种为运梁、喂梁、落梁时存在危险截面，故此须分别对其进行验算和受力分析。
一、主体结构验算参数取值
1、三角主梁自重（包括轨道）：
t/m（单边主梁）
2、平车：
t/台
3、卷扬机：
t/台
4、验算载荷（40m梯梁）：
140t
5、起重安全系数：
1.05
运行冲击系数：
1.15
结构倾覆稳定安全系数：
≥1.5
6、基本假定
主梁现场拼装时重心最大偏差：
e=0.1m
架桥机纵向移动时吊装T梁钢丝绳倾角：
β=±2°
二、总体布置说明：
1、导梁中心距：
6.2m
2、导梁全长：
72m，前支点至中支点的距离为43m；
3、架桥机导梁断面：
3.02m×1.35m，总宽6.9m；
4、吊装系统采用：
2台天车（含卷扬机、滑轮组），2台横梁纵移平车；
5、行走系统采用：
前部、中部四台平车带动导梁横移。
三、结构验算
1、施工工况分析：
工况一：
架桥机完成拼装或一孔T梁吊装后，前移至前支点位置时，悬臂最长，处于最不利情况，需验算算主要内容：
⑴、抗倾覆稳定性验算；
⑵、支撑反力的验算；
⑶、桁架内力验算；
⑷、悬臂挠度验算；
工况二、架桥机吊梁时，前部天车位于跨中时的验算，验算内容：
⑴天车横梁验算；
⑵支点反力的验算；
⑶桁架内力验算；
工况三、架桥机吊边梁就位时的验算
⑴前支腿强度及稳定性验算
⑵前、中部横梁强度验算
2、基本验算
2．1工况一、
架桥机拼装完或吊装完一孔T梁后，前移至悬臂最大时为最不利状态，验算内容：
⑴抗倾覆稳定性的验算；⑵悬臂时刚度的验算⑶支点反力的验算⑷主桁内力的计算
2．2．1施工中的荷载情况
⑴主桁梁重：
q1=11kN/m（两边导梁自重，含钢轨）
⑵天车横梁总成（包括天车横梁、横梁支腿、天车、横梁纵移平车等）自重（单套天车横梁总成）P2=12t
（3）前部平车总成：
P1=7.5t（含单幅横轨）
（4）尾部平车总成：
Q1=1.5t
（5）尾部连接架:
Q2=1t
（6）前部连接架：
Q3=1t
（7）前部临时支撑:
Q4=1.5t
2．2．3施工验算
⑴抗倾覆稳定性的验算（见计算模式图）
G配++Q1+Q2P2P3q=11Q3+Q4
A
29m43m
由于移跨时架桥机前端悬臂,此时为了生产安全,移跨之前应对架桥机尾部适当的配重,设计过程中以25t计算:
取B点为研究对象,去掉支座A,以支反力RB代替（由力矩平衡方程）:
注:
配重天车位于A点横梁之上;
悬臂端弯距：
M1=1/2×11×432＋25×43=11244.5kN.m
支撑端弯距:
M2=1/2×q1×292＋（250+120×2+15）×24.5+Q2×29
=17288kN.m
抗倾覆安全系数K=M2/M1=22188/13394.5=1.53＞1.5满足规范要求.
⑵支点反力的计算（采用计算模式图示）
当架桥机导梁最前端前部平车总成与盖梁垂直时,悬臂最长,中支点受力最大.这里按连续梁计算各支点反力,具体结果如下:
RA=308.75kN
RB=250+2×120+75+11×72+10-308.75=1058.25kN
⑶主桁内力验算
a、主桁弯距验算
中支点处断面所受弯矩最大：
三角桁架截面如图所示
其抗弯截面模量
W1=2×[4II25b+4IA板1+IA板2+（4AI25b+4×25.6×1+3×7）×（H/2）2]/（H/2）
=99729.8cm3
其惯性矩I1=W1×（H/2）=13463524.7cm4
其中H=2.7m，II25b=5280cm4，AI25b=53.541cm2
σ=M1/W1=134.3Mpa＜[σ]=157Mpa，即三角桁架抗弯强度满足施工要求。
P1=85kN
q1=11kN/m
P2=120kN
P2
Q2
RA
B
RC
43m
L1=4.5m
L=67.5m
b、销子抗剪验算
销子1所受剪力为Q1=13394.5/4×2.7=1240.23KN
σ1=Q1/A=1240.23/πR2=195Mpa＜[σ]=300Mpa，销子材料为40Cr（淬火）
销子2所受剪力为Q2=13394.5/8×2.7=620.165KN
σ2=Q2/A=620.165/πR2=186.9Mpa＜[σ]=300Mpa，销子材料为40Cr（淬火）
所以满足施工要求。
c、桁架各杆件的内力验算：
中部支座反力RB=1090.25KN,根据节点法求得：
单片桁架斜腹杆最大内力为
F1=1058.25/4×sin77.5°×sin73.8°=209.72KN，
由于斜腹杆为短压杆,无需验算其稳定性,只需验算其拉压应力：
σ1=F1/2A[12=102.16Mpa＜[σ]=157Mpa，
中部特制双主梁单片桁架其上下弦杆受力为F2=M1/2H=248.046t,
截面为两根I25b工字钢加贴δ10钢板，其面积A=173.208cm2
σ3=F2/2A=143.2Mpa＜[σ]=157Mpa，满足施工要求。
（4）悬臂挠度验算:
悬臂端在架桥机前移最大时挠度最大，挠度等于弹性及非弹性挠度之和。
a:
弹性挠度计算
fmax=f1+f2｛f1=-P1L3/（3EI1）=-75kN×433m3/（3EI1）;f2=-q1l4/（8EI1）=
-11KN/m×434m4/8EI1｝
得fmax=-75kN×433m3/（3EI1）–11kN/m×434m4/8EI1
=-75kN×433m3/（3×206×109N/m2×13463524.7m4×10-8）-11KN/m×434m4/（8×206×109N/m2×13463524.7m4×10-8）
=-0.241m
b：
非弹性挠度计算
销子与销孔理论间隙为0.5mm，考虑到材料使用时间较长，以及桁架的变形，实际取1mm来计算非弹性挠度。
F非=0.1N（N+1）=2cm（N=4）
即悬臂挠度：
f=f非+f弹=24.1+2=26.1cm
悬臂端翘起高度取0.35米为一合理值，能够满足架桥机的前移就位。
2．2工况二
架桥机吊装梁段前移，前天车至跨中时为又一不利状态，验算内容：
⑴天车横梁受力验算
⑵支点反力验算
⑶主桁内力验算
2．2．1施工中的荷载情况
⑴主桁梁重：
q1=11kN/m（三角桁架、钢轨）
⑵⑵天车横梁总成（包括天车横梁、横梁支腿、天车、横梁纵移平车等）自重（单套天车横梁总成）
P2=12t（其中天车总成P3=5t）
⑶T梁重：
P4=140t
2．2．2施工中荷载组合分析
此工况中风荷载对结构本身作用不大，所以这里不考虑风荷载的影响。
2．2．3施工验算
⑴天车横梁受力验算（见计算模式图）
当荷载作用于横梁跨中时，弯矩最大；
荷载P=P4/4+P3/2=140/4+5/2=37.5t
横梁及轨道自重q=0.24t/m，则
M横梁=P×1.35＋q×62/8=51.7t·m
横梁由箱型梁焊接而成，其组合截面抗弯模量
W=（0.38×0.53-0.36×0.4683）/6×0.5=3.533×10-3m3，则横梁截面应力
δ=51.7/3.533=146.3Mpa〈157Mpa
故，横梁满足施工要求。
⑵支点反力的计算
当架桥机吊装梁段前移，前天车至跨中时为又一不利状态，中支点受力最大，
㈠由于此时支座A,B前端又多了一个支座C,变成了一次静不定结构,如果采用力学平衡无法求解,因此用变形叠加求解:
72m
L1=24.5mL2=43m
a1=7.5mP=77t
ARA17mBRBCRC
RA=1/L1[PL12-（PL13+PL23）/8（L1+L2）]
RB=（PL1+PL2）-（RA+RC）
RC=1/L2[P1L22/2-PL13+PL23/8（L1+L2）]
求得：
RB=152.1t，RC=34.3t，RA=46.8t
其最大弯矩Mmax=q1L13+q1L23/8（L1+L2）+[Pa1/L1（L12-a12）+Pa2/L2（L22-a22）]/2（L1+L2）=960t·m
σ=Mmax/W1=96.26Mpa＜[σ]=140Mpa，即三角桁架抗弯强度满足施工要求
d、销子抗剪验算
销子1所受剪力为Q1=9600/4×2.7=888.89KN
σ1=Q1/A=888.89/πR2=139.7Mpa＜[σ]=300Mpa，销子材料为40Cr（淬火）
销子2所受剪力为Q2=9600/8×2.7=444.44KN
σ2=Q2/A=444.44/πR2=134Mpa＜[σ]=300Mpa，销子材料为40Cr（淬火）
所以满足施工要求。
e、桁架各杆件的内力验算：
中部支座反力RB=1521KN,根据节点法求得：
单片桁架斜腹杆最大内力为
F1=1521/4×sin77.5°×sin73.8°=405.6KN，
由于斜腹杆为短压杆,无需验算其稳定性,只需验算其拉压应力：
σ1=F1/2A[12=127Mpa＜[σ]=157Mpa
中部特制单片桁架其上下弦杆受力为F2=M1/2H=1777.78t,
截面为两根I25b工字钢加贴δ10钢板，其面积A=173.208cm2
σ3=F2/2A=102.64Mpa＜[σ]=157Mpa，满足施工要求。
工况三：
架桥机吊边梁就位时的验算，此时A支点零空，验算内容：
⑴前支腿强度及稳定性验算，⑵前、中部横梁强度验算，当前天车主梁至前部平车总成1.5m处时，前部横梁、支腿受力为最大。
㈠求支反力RC:
1取支座B点为研究对象,由力矩平衡:
RC×43+Q1×24.5+q×292/2=P×41.5+P×3.5+q×432/2
求得RC=85.46t，RB=149.24t
Q2P5P5
q=1.1t/m
C
ARA24.5mBRB38m1.5mRC
29m43m
a、桁架各杆件的内力验算：
中部支座反力RB=1492.4KN,根据节点法求得：
单片桁架斜腹杆最大内力为
F1=1492.4/4×sin77.5°×sin73.8°=398KN，
由于斜腹杆为短压杆,无需验算其稳定性,只需验算其拉压应力：
σ1=F1/2A[12=124.67Mpa＜[σ]=157Mpa，
由于此时最大弯矩比前两种工况小的多,所以无须验算其上下弦杆的拉压应力
b、前支腿受压稳定性及前、中部横梁强度验算
架设边梁就位时，天车横移至单边如下图所示：
P=45t1.8m
q=0.24t/m
FRF3.3mDRD
6.2m
8m
RD×5.4=0.24×5.92/2+35×4.2-0.24×0.52/2
求得RD=28t，RF=8.5t
加上横梁立柱和纵移平车的重量得RD1=58t，RF1=19t
⑴中部横梁强度验算：
如图所示（中部横梁重量可忽略不计）
RD16.2mRF1
R664.4m7R7
P6+P7=RB，P6-P7=RD1-RF1，求得：
P6=94.12t，P7=55.12t
所以中部横梁悬臂弯矩为M6=P6×L=94.12×0.9=847.08KN.m
中部横梁的抗弯截面模量为：
W6=（BH3-bh3）/6H=8.462×10-3m3
其中B=650mm，H=600mm，b=626mm，h=560mm；
σ=M6/W6=100.1Mpa＜[σ]=157Mpa，所以中部横梁满足设计要求。
⑵前部横梁强度验算：
如图所示（前部支腿重量可忽略不计）
RD16.2mRF1
R884.4m9R9
P8+P9=RC，P8-P9=RD1-RF1，求得：
P8=62.23t，P9=23.23t
（前部横梁重量可忽略不计）
所以前部横梁悬臂弯矩为M8=P8×L=62.23×0.9=560.07KN.m
前部横梁的抗弯截面模量为：
W8=（BH3-bh3）/6H=5.41×10-3m3
其中B=550mm，H=550mm，b=530mm，h=518mm；
σ=M8/W8=103.52Mpa＜[σ]=157Mpa，所以前部横梁满足设计要求
⑶前支腿强度及稳定性验算：
单根前支腿截面积A=111.1cm2，
则正应力：
δ=P8/A=62.23×104/111.1×10-4
=56Mpa〈[σ]=157Mpa
以上是按截面受正应力强度条件来验算，下面按压杆受压稳定条件来验算
截面惯性矩I=27136.82cm4，支腿高度L=2米，按两边铰支考虑
i=（I/A）-1/2=（27136.82/111.1）-1/2=15.63cm
λ=200×1/15.63=12.8，查稳定系数φ=0.981，
P外界=φ[δ]A=0.981×157×106×111.1×10-4=171.1t〉62.23t，所以前支腿能满足施工要求。
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