龙门吊设计计算指南.doc
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目录
第1章前言 3
1、编制目的 3
2、适用范围 3
3、相关资料收集 3
4、相关规范及参考资料 3
第2章门式起重机分类和选用原则 4
1、门式起重机的分类 4
按门框结构形式 4
门式起重机 4
悬臂门式起重机 4
按主梁形式 5
单主梁门式起重机 5
双主梁门式起重机 5
按主梁结构 5
桁架梁 5
箱梁 5
3、门式起重机的选用原则 6
单主梁和双梁门式起重机的选用 6
跨度和悬臂长度 6
轮距的确定原则 6
4、门式起重机间距尺寸确定 6
第3章门式起重机的验算 7
1.基本设计方法 7
荷载分类 7
永久荷载 7
可变荷载 7
2.荷载组合 7
3.荷载工况分析 7
工况1 7
验算工况2 8
龙门吊横梁抗剪强度最不利验算工况 8
龙门吊桁架抗压强度最不利验算工况 8
考虑设计风荷载作用下横梁的整体稳定性 9
考虑龙门吊在设计风荷载下时的贝雷支腿顺桥向最不利工况 9
考虑龙门吊在设计风荷载下时的贝雷支腿横桥向最不利工况 10
4.荷载计算 10
永久荷载 10
可变荷载 11
风荷载 11
预制梁起吊后顺桥向摆动引起的水平力 12
预制梁起吊后起吊平车移动引起的水平力 12
5.龙门吊横梁抗弯强度验算 13
验算工况1 13
荷载组合后跨中最大弯矩 13
则单片加强的单排双层贝雷架承受最大弯矩为 13
贝雷架容许承载力 13
变形验算 14
验算工况2下龙门吊验算 14
龙门吊横梁抗剪强度最不利验算工况 14
龙门吊桁架抗压强度最不利验算工况 15
考虑设计风荷载作用下横梁的整体稳定性 15
考虑龙门吊在设计风荷载下时的贝雷支腿的顺桥向的强度验算 15
贝雷支腿顺桥向强度验算 16
第1章前言
1、编制目的
门式起重机作为一种常用的施工设备，在公路和铁路施工中一般用于预制和架设混凝土梁的作业。
它的金属结构像门形框架，承载主梁下安装两条支脚，可以直接在地面的轨道上行走，主梁两端可以具有外伸悬臂梁。
门式起重机具有场地利用率高、作业范围大、适应面广、通用性强等特点，在公路和铁路施工中得到广泛使用。
2、适用范围
本指南适用于普通公路工程预制场门式起重机的设计及计算。
3、相关资料收集
在展开进行门式起重机结构设计前，需要收集以下资料：
a、工程项目设计图纸；
b、预制梁场建设方案，地层断面图、地质报告，气象、水文资料；
c、最大和最重构件尺寸、重量；
d、门式起重机的规格及性能；
4、相关规范及参考资料
本指南编写过程中，主要参考以下规范及文件：
a、《通用门式起重机标准（GBT14405-93）》
b、《钢结构设计规范（GB50017-2003）》；
c、《起重机试验和规范程序（GB5905-86）》；
d、《路桥施工计算手册》；
e、《公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）》；
f、《起重设备安装工程施工及验收规范（GB50287-2010）》
以及其它相关行业规范，设计图纸等资料。
第2章门式起重机分类和选用原则
1、门式起重机的分类
按门框结构形式
分为门式起重机和悬臂门式起重机
门式起重机
a.全门式起重机：
主梁无悬伸，小车在主跨度内进行。
b.半门式起重机：
支腿有高低差，可根据使用场地的土建要求而定。
全门式起重机半门式起重机
悬臂门式起重机
a.单悬臂门式起重机：
这种结构形式往往是因场地的限制而被选用。
单悬臂门式起重机双悬臂门式起重机
b.双悬臂门式起重机：
最常见的一种结构形式，其结构的受力和场地面积的有效利用都是合理的。
按主梁形式
单主梁门式起重机
单主梁门式起重机结构简单，制造安装方便，自身质量小，主梁多为偏轨箱形架结构。
与双主梁门式起重机相比，整体刚度要弱一些。
因此，当起重量Q≤50t、跨度S≤35m时,可采用这种形式。
单主梁门式起重机门腿有L型和C型两种形式。
L型的制造安装方便，受力情况好,自身质量较小，但是，吊运货物通过支腿处的空间相对小一些。
C型的支脚做成倾斜或弯曲形，目的在于有较大的横向空间，以使货物顺利通过支脚。
双主梁门式起重机
双主梁门式起重机承载能力强，跨度大、整体稳定性好，品种多，但自身质量与相同起重量的单主梁门式起重机相比要大些，造价也较高。
根据主梁结构不同，又可分为箱形梁和桁架两种形式。
目前一般多采用箱形结构。
按主梁结构
桁架梁
使用角钢或工字钢焊接而成的结构形式，优点是造价低，自重轻，抗风性好。
但是由于焊接点多和桁架自身的缺陷，桁架梁也具有挠度大，刚度小，可靠性相对较低，需要频繁检测焊点等缺点。
适用于对安全要求较低，起重量较小的场地。
箱梁
使用钢板焊接成箱式结构，具有安全性高，刚度大等特点。
一般用于大吨位及超大吨位的门式起重机。
如右图MGhz1200，起重量1200吨，为国内最大的门式起重机，主梁采用了箱梁结构。
箱梁同时也具有造价高，自重大，抗风性较差等缺点。
3、门式起重机的选用原则
单主梁和双梁门式起重机的选用
它符合通用门式起重机GB/T14406—1993以及GB5905-86的有关规定。
一般情况下，起重量在50t以下，跨度在35m以内，无特殊使用要求，宜选用单主梁式。
如果要求门腿宽度大，工作速度较高，或经常吊运重件、长大件，则宜选双梁门式起重机。
跨度和悬臂长度
门式起重机的跨度是影响起重机自身质量的重要因素。
选择中，在满足设备使用条件和符合跨度系列标准的前提下，应尽量减少跨度。
轮距的确定原则
能满足门架沿起重机轨道方向的稳定性要求；
货物的外形尺寸要能顺利通过支腿平面钢架；
注意使轮距B与跨度S成一定比例关系，一般取轮距B=（1/4—1/6）S。
4、门式起重机间距尺寸确定
在工作中运输车辆在跨度内装卸时，应保持与门腿有以上的间距。
吊具在不工作时应与运输车辆有以上的间距，货物过门腿时，应有以上的间距。
第3章门式起重机的验算
1.基本设计方法
根据龙门吊的构造、使用情况和现场情况，进行龙门吊的受力分析，以确定龙门吊的荷载分类、荷载组合和几种验算工况。
荷载分类
根据现场情况，不考虑偶然荷载，因此龙门吊所受荷载分类如下：
永久荷载
包括贝雷桁架、加强弦杆、I36ａ分配梁和轨道的自重。
可变荷载
包括预制梁最大吊重、起吊和行走系统自重、风荷载和预制梁起吊后顺桥向摆动及起吊平车移动引起的水平力。
2.荷载组合
荷载组合中因不考虑偶然荷载，因此进行龙门吊验算时仅考虑基本组合，即为永久荷载效应与可变荷载效应的组合。
其中在进行结构强度和抗剪验算时，预制梁吊重考虑的动力系数。
3.荷载工况分析
根据龙门吊的构造、使用情况和现场情况，不难确定出龙门吊的验算工况为如下几种：
工况1
此工况为龙门吊在最大设计吊重情况下，吊点居于桁架中点时，桁架的最大跨中弯矩，计算简图见图1。
该工况为龙门吊横梁抗弯强度和变形的最不利验算工况，在此工况下，龙门吊横梁的弯矩和变形为最大，在此工况下进行横梁的抗弯强度验算。
C
B
A
P
图1 验算工况1
q
验算工况2
此工况为起重平车行至与横梁支点相距一定的位置，在最大设计吊重情况下的工况，计算简图见图2。
在该工况下有如下几种验算内容：
龙门吊横梁抗剪强度最不利验算工况
龙门吊横梁抗剪强度最不利验算工况，计算简图见图2。
在该工况下，龙门吊横梁承受最大剪力。
P
B
A
q
图2 验算工况2
龙门吊桁架抗压强度最不利验算工况
计算简图见图3。
在该工况下，龙门吊桁架承受最大压应力。
N
R
图3 单片桁架腹杆抗压强度验算计算图
桁架腹杆2I8
考虑设计风荷载作用下横梁的整体稳定性
计算简图见图4。
该工况为龙门吊横梁稳定性最不利验算工况。
Fwh5
F吊
B
A
平车
I36
贝雷架
轨道
Fwh4
Fwh3
Fwh2
Fwh1
图4 横梁稳定性验算计算图
G
：
分别为贝雷桁架、分配梁和横梁、轨道横桥向、起吊系统横桥向、预制预制梁顺桥向风压标准值 （kN/㎡）；
考虑龙门吊在设计风荷载下时的贝雷支腿顺桥向最不利工况
顺桥向的强度为贝雷支腿的顺桥向的强度验算的，计算简图见图5。
O
h
Fwh6
F1
N
图5 贝雷支腿顺桥向强度验算计算图
：
预制T预制预制梁横桥向风压标准值 （kN/㎡）；
考虑龙门吊在设计风荷载下时的贝雷支腿横桥向最不利工况
顺桥向的强度为贝雷支腿的横桥向的强度验算的，计算简图见图6。
O
h
Fwh7
F2
N
图6 贝雷支腿横桥向强度验算计算图
：
支腿横桥向风压标准值 （kN/㎡）；
4.荷载计算
永久荷载
永久荷载包括贝雷桁架、分配梁和横梁、轨道横桥向、起吊和行走系统P1、龙门吊最大设计吊重P设和支腿；
可变荷载
风荷载
查《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60－2004）附表A，取用工程所在地风速、风压的基本数据，按1/10的频率取值，根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60－2004）进行计算，计算风荷载标准值。
横向风荷载假定水平地垂直作用于各部分迎风面积的形心上，其风压标准值W按下式计算：
空气重力密度：
r=高度Z处的设计基准风速：
基本风压：
设计基准风压：
横桥向风荷载标准值：
：
设计风速重现期换算系数，取；
：
风载阻力系数。
对于贝雷桁片为ηk1,η取，k1取；预制预制梁顺桥向根据B/H=≈1，由《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60－2004）式得K1＝；预制预制梁横桥向根据B/H=＝＞8，由《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60－2004）式得K1＝。
：
考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数，取
：
地形、地理条件系数，取。
：
阵风风速系数，取。
：
迎风面积。
：
贝雷桁架迎风面积按结构物外轮廓线面积乘以的折减系数计算；：
分配梁和横梁I36ａ横桥向迎风面积；：
轨道横桥向迎风面积；：
起吊系统横桥向迎风面积；：
预制预制梁顺桥向的迎风面积；：
预制预制梁横桥向横预制梁方向的迎风面积；：
支腿横桥的迎风面积按外表面积的50%计算。
风荷载：
预制梁起吊后顺桥向摆动引起的水平力
设因预制梁起吊后顺桥向摆动引起的横向水平力作用于起吊平车顶部。
龙门吊吊物在起升预制梁时顺桥向设计预制梁最大偏摆角为2。
，则由此对每组横梁产生的顺桥向水平力为：
预制梁起吊后起吊平车移动引起的水平力
F移为考虑起吊平车起吊预制梁后移动时引起的横桥向水平荷载。
起吊平车移动时引起的横向水平荷载H按《钢结构设计手册》（第三版，2004）公式计算:
H：
吊车各轮的横向水平荷载标准值
Q：
吊车起重量
g:
小车重量，当无资料时，可近似的按下述情况确定：
当Q≤50t时，g=；
当Q＞50t时，g=；
n：
为起吊平车在一根轨道上的轮数。
考虑横向水平荷载增大系数aT,由《钢结构设计手册》（第三版，2004）公式表查得为aT=3,并设该横向水平荷载均匀分布在2个贝雷支腿上,则:
5.龙门吊横梁抗弯强度验算
验算工况1
龙门吊横梁强度验算按验算工况1进行验算：
该工况为龙门吊横梁抗弯强度最不利验算工况。
计算简图见图1。
荷载组合后跨中最大弯矩
永久荷载效应的分项系数取，可变荷载的分项系数取。
则单片加强的单排双层贝雷架承受最大弯矩为
n：
贝雷横梁片数
贝雷架容许承载力
根据《公路施工手册－桥涵》（1991年4月第一版）查得国产贝雷架的力学性质，弦杆截面积F；弦杆惯矩I；贝雷桁片的惯矩I。
如加强的单排双层贝雷架其中贝雷桁片的截面积考虑为上下弦杆的截面积之和。
惯性矩为：
则截面扭矩为：
16锰钢的容许应力考虑的提高系数，则其拉应力、压应力及弯应力为：
则加强的单排双层贝雷架的容许弯矩为：
考虑的不均匀折减系数，则：
符合使用要求。
变形验算
龙门吊横梁变形验算按验算工况1进行验算，未考虑贝雷架节点间隙挠度。
龙门吊横梁容许变形按[f]=L/750=36000/750=48mm控制。
龙门吊横梁在跨中设计最大吊重下的变形按以下计算公式计算：
验算工况2下龙门吊验算
如前所述，在该工况下龙门吊有5项验算内容，分别验算如下：
龙门吊横梁抗剪强度最不利验算工况
计算简图见图2。
在该工况下，龙门吊横梁承受最大剪力。
P、q取值与上相同。
每单片加强的单排双层贝雷架支点处最大剪力：
（） ≤[Q]=（由《公路施工手册－桥涵》［1991年4月］查得）则符合使用要求。
龙门吊桁架抗压强度最不利验算工况
计算简图见图3，在该工况下，龙门吊桁架承受最大压应力。
腹杆的压应力为：
，（A为腹杆截面面积）＜=273MPa则符合要求。
考虑设计风荷载作用下横梁的整体稳定性
计算简图见图4。
该工况为龙门吊横梁稳定性最不利验算工况。
倾覆弯矩计算为
抗倾覆弯矩计算为：
龙门吊横梁在最大设计吊重时在风荷载作用工况下，满足下式要求则整体稳定。
考虑龙门吊在设计风荷载下时的贝雷支腿的顺桥向的强度验算
计算简图见图5。
a.贝雷支腿承载力计算
按轴心受压杆计算贝雷支腿承载力
所需截面回旋半径：
长细比为：
依据长细比查《钢结构设计规范GB50017-2003》附录C得出a截面轴心受压构件稳定系数
贝雷支腿弯应力
贝雷支腿顺桥向强度验算
设横梁除起吊系统外承受的水平力传给贝雷支腿的水平荷载都均匀传递给二个支承墩的每根贝雷支腿上。
计算方法同，惯性矩方向为
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