架桥机计算书.docx
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架桥机计算书
一．ik设计规范及参考文献
（一）重机设计规范（GB3811-83）
（二）钢结构设计规范（GBJ17-88）
（三）公路桥涵施工规范（041-89）
（四）公路桥涵设计规范（JTJ021-89）
（五）石家庄铁道学院《GFJT-40/300拆装式架桥机设计计算书》
（六）梁体按30米箱梁100吨计。
二.架桥机设计荷载
（一）.垂直荷载
梁重:
Q1=100t
天车重：
Q2=（含卷扬机）
吊梁天车横梁重：
Q3=（含纵向走行）
主梁、桁架及桥面系均部荷载：
q=节（单边）
×=t/节（单边）
0号支腿总重:
Q4=
1号承重梁总重：
Q5=
2号承重梁总重：
Q6=
纵向走行横梁（1号车）：
Q7=+=
纵向走行横梁（2号车）：
Q8=+=
梁增重系数取：
活载冲击系数取：
不均匀系数取：
（二）．水平荷载
1.风荷载
a.设计取工作状态最大风力，风压为7级风的最大风压：
q1=19kg/m2
b.非工作计算状态风压，设计为11级的最大风压;
q2=66kg/m2
（以上数据参照石家庄铁道学院《GFJT-40/300拆装式架桥机设计计算书》）
2.运行惯性力：
Ф=
三.架桥机倾覆稳定性计算
（一）架桥机纵向稳定性计算
架桥机纵向稳定性最不利情况出现在架桥机悬臂前行阶段，该工况下架桥机的支柱已经翻起，1号天车及2号天车退至架桥机尾部作为配重，计算简图见图1（单位m）:
图中
P1=（前支柱自重）
P2=×（22+）=（导梁后段自重）
P3=×32=（导梁前段自重）
P4=（2#承重横梁自重）
P5=P6=（天车、起重小车自重）
P7为风荷载，按11级风的最大风压下的横向风荷载，所有迎风面均按实体计算，
P7=ΣCKnqAi
=××66×+++++++
×=10053kg=
作用在轨面以上处
M抗=×15+×（22+）+×+×22=倾=×32+×16+×=架桥机纵向抗倾覆安全系数
n=M抗/M倾=×=><可）
（二）架桥机横向倾覆稳定性计算
1.正常工作状态下稳定性计算
架桥机横向倾覆稳定性最不利情况发生在架边梁就位时，最不利位置在1号天车位置，检算时可偏于安全的将整个架桥机荷载全部简化到该处，计算简图如图
P1为架桥机自重（不含起重车），作用在两支点中心
P1=++×2+×2=t
P2为导梁承受的风荷载，作用点在支点以上处，导梁迎风面积按实体面积计，导梁形状系数取。
A=（1+η1）（1+η2）ФA其中：
η1=η2=
A=（1+）（1+）×62×=
风荷载P2=CkhεA
=××19×=13528kg=
P3为天车导梁承受的风荷载，作用点在支点以上处，迎风面积按实体计算，导梁形状系数取。
P3=2×××19×××4==
P4为架桥机起重小车重量
P4=×2+100×=125t
P5为架桥机起重小车及梁体所受的风荷载，作用在支点以上处，
P5=××19×（3×2×2+2×30）==t
图2所示A点为倾覆支点，对A点取矩：
M倾=P2×+P3×+P4×+P5×
=×3.8+×+125×+×=t·m
M抗=P1×=×=t·m
架桥机工作条件横向抗倾覆安全系数
n=M抗/M倾=（×）=><可）
2.非工作条件下稳定性计算
架桥机悬臂前行时自重荷载全部由车体承担，在横向风荷载作用下，其稳
定性见图3。
与图2相比，架桥机在提的梁为倾覆作用时，架桥机有N=的横向抗倾系数，而图3中已经没有提梁，故此不用计算而得出结论它的抗倾系数满足要求。
结论：
架桥机稳定性符合规范要求
四.结构分析
（一）荷载取值：
桁架及桥面系均部荷载节×=节（单边），荷载（100+×2）×=。
其余荷载取值见前。
纵向走行天车轮距为2m,当天车居于天车横梁跨中时，单片空载轮压集中力为（+）/4=，负荷轮压集中力为（+138）/4=，架边梁时轮压集中力为（重边）：
4+138/2=，（轻边）4=.吊梁小车轮压集中力138/4=（轮距）。
（二）分析计算
根据以上荷载值，按桁架进行分析，计算过程由有限元分析程序SAP93来完成。
工况取:
（1）架桥机前移，
（2）1号天车提梁，（3）2号天车提梁，（4）1号天车至跨中、（5）中梁就位，（6）边梁就位6种工况进行计算，计算得前悬臂端最大挠度，考虑到桁架空多，加的系数，×=，待架孔导梁跨中最大挠度71mm，考虑到桁架空多，加的系数，71×=78mm，天车横梁跨中最大挠度28mm.导梁结构图见图4
各杆件在工况1，5，6的杆件内力见附加图
各工况的轴重见图5
杆件最大内力汇总表
名称
计算最大内力（T）
允许内力（T）
备注
上弦杆
+
272
工况1B附近
下弦杆
266
工况1B附近
立杆
工况6C附近
斜杆
工况6C附近
注：
受拉为+，受压为-
6种工况各支点最大反力（单边）如下：
（单位：
吨）
支点
工况
A
B
C
工况1
0
工况2
工况3
工况4
工况5
工况6
重边
轻边
五.架桥机1号、2号车横梁检算
架桥机1号、2号车横梁设计采用16Mn钢，顶板厚度为12mm，底板厚度为12mm，用160×168×两根工字钢做支撑，截面形式如图6。
截面特性如下：
查工字钢表有S=,I=
A=×2×100+12×406×2=3903mm2
I=×104×2+12×406×（560+6）2×2=
计算图示如下图7（单位m）:
架桥机在吊边梁对位时由导梁传到横梁的最大压力为.
1.应力计算
两导梁中心距L=
悬臂长度L=1m,最大集中荷载P=
横梁支点弯矩：
M=×1=·m
则翼缘板应力：
腹板最大应力：
局部压应力
Lz=22×4+（12+25）×2=162mm
换算应力：
2.
（1）整体稳定性
b0==
h/b0=584/=<6
l/b0=11600/=〈65
故不必计算其整体稳定性（见《钢结构设计手册》P28）。
（2）局部稳定性计算
翼缘板局部稳定
b0/t=12=<[b0/t]=33<可〉
b/t=12=<[b/t]=〈可〉
腹板局部稳定：
不需设加劲板。
为安全起见，在直接受力处加了厚10mm的内加劲肋和厚16mm的外加劲肋，同时，其他位置布置间距为1m的，厚10mm的内加劲肋。
由于焊缝按一级焊缝质量验收，其强度与钢板相同，故在此不检算而其强度认为其强度足够。
经计算联结处强度满足要求。
六.架桥机0号立柱横梁计算
1.设计说明和基本依据
架桥机前支柱由支柱横梁和立柱组成，立柱共计4根，在工作状态下，仅考虑外侧2根立柱承受竖向荷载，内侧2根只起横向稳定作用。
前支腿最大荷载发生在架桥机吊梁就位时，端构架竖杆内力为（由电算分析），此时由导梁传向横梁的荷载为P=.
2.立柱横梁承载力检算
（1）应力检算
支柱横梁采用箱形断面，如图8。
设计采用16Mn钢板，顶板和底板厚度为14mm,腹板厚10mm。
计算图示如下图9：
（单位：
m）
截面特性如下：
I=[×╳×]/12=
导梁支点悬出立柱中心位置m，则
M=×=·m
翼缘应力：
〈可〉
腹板剪应力：
局部压应力
lz=（120×2+10）×2+2×14=528mm
换算应力：
〈可〉
焊缝强度与钢板等强，可不必进行计算。
3.
（1）整体稳定性
b0=200-10-10=180
h/b0=460/180=<6
l/b0=11600/180=<65
故可不必进行整体稳定性验算（见《钢结构设计手册》P28）。
（2）局部稳定性计算
翼缘板局部稳定：
b0/t=180/14=<[b0/t]=33（可）
b/t=90/14=<[b/t]=（可）
腹板局部稳定
故不需设加劲板，为安全起见，在直接受力处加了厚10mm的内加劲肋和厚16mm的外加劲肋，同时，其他位置布置间距为1m的，厚10mm的内加劲肋。
由于焊缝按一级焊缝质量验收，其强度与钢板相同，故在此不检算而其强度认为其强度足够。
经计算联结处强度满足要求。
七.1号车横梁及0号柱横梁挠度计算
由于横梁刚性较大，可不计自重产生的挠度
计算图示如下图10：
1.1号车横梁挠度计算：
m=1ml=EI=×108
当P1=P2=
λ=m/l=1/=
当P1=P2=时，
可以把C点的P1分解开，P1=P1’+P2有
P1’=
fd=m×θB=1×=×10-3m
fc=+=
fd=+=
有悬臂挠引起的导梁上口轨距变化最大d计算如下
1=d1/+.245）d1=mm
1=d2/+.245）d2=mm
故d=d1+d2=+=mm
2.0号车横梁挠度计算：
m=l=EI=×108
当P1=P2=
λ=m/l==
当P1=P2=时，
可以把C点的P1分解开，P1=P1’+P2有
P1’=
fd=m×θB=065×=m
fc=+=
fd=+=
有悬臂挠引起的导梁上口轨距变化最大d计算如下
1=d1/+.245）d1=mm
1=d2/+.245）d2=
故d=d1+d2=
综上计算，天车咬合总间距为,（100-70）×2=60mm可
八.150型分配梁：
（1号车处）
截面形式如上图11：
（单位mm）
截面特性：
A=××2+2××=
跨中集中荷载P=+764/1000=t
最大弯矩：
支点反力：
：
R=2=t
弯曲应力：
腹板最大剪应力：
局部压应力
lz=600+2×20=640mm
换算应力：
可
九.0号柱承载力检算
立柱采用Φ219mm无缝钢管，壁厚12mm（内管Φ192mm，壁厚13mm），一侧立柱由两根组成，中间用Φ60×5mm钢管作为连接。
1.
若按两根钢管同受力，其截面形式如右图12所示，其失稳方向为绕y轴失稳（加’为以内钢管为准）。
图12
截面特性：
图13
按一端固结，一端铰接计算
长细比
长细比
由长细比，可按a类构件查表（《钢结构设计手册》594页），取安全系数n=2，得应力折减系数分别为Φ=，Φ=
应力
〈可〉
应力
〈可〉
2.只考虑外侧单根受力，内侧一根作为一种约束，则应力：
（图见13）
按一端固结，一端铰接计算
长细比
由长细比，可按a类构件查表（《钢结构设计手册》594页），取安全系数n=2，得应力折减系数分别为Φ=
应力
可
十.起吊系统检算
1.起升系统检算
起升卷样机5t，8轮100t滑车组，Φ钢丝绳走16。
起升荷载Q=（实际净吊重为40t）,
滑车组效率：
所需牵引力：
〈可〉
选用公称抗拉强度为1700MPa的钢丝绳，查表得其破段拉应力为，考虑钢丝间受力不均和内力的存在，按折减。
安全系数n=×6×=〉6〈可〉
2.吊两千斤绳验算
选用6×37丝φ,10股公称抗拉强度为1700MPa的钢丝绳，查表得其破段拉应力为，考虑钢丝间受力不均和内力的存在，按折减。
安全系数n=×10×=〉10〈可〉
十一.架桥机导梁整体稳定性计算
导梁的整体稳定性计算可近似为一实体钢梁。
导梁在0号支柱、1号腿2号腿处有横向支撑或横向联结，故不必在此处检算导梁纵体稳定
1．导梁跨中主弦杆截面形式见下图14：
（单位：
cm）
A=（）╳8=656cm2
Ix=656×1002=6560000cm4
Iy=656×502=1640000cm2
Wx=Ix/y=5660000/（100+=
Wy=Iy/x=1640000/（50+=26240cm3
λx=l0/rx=3200/100=32
λy=l0/ry=3200/50=64
查表Q235（b类构件）得：
φx=,φy=
竖向荷载在跨中产生的最大弯矩：
Mx=R×16-q×162/2=×16××162/2=·m
横向风力产生在导梁跨中最大弯矩：
按7级风压检算（W0=19kg/m2）
W=K1K2K3K4W0=1××××19=m
计算原理：
Mx,My——绕强轴和弱轴作用的最大弯矩.
Wx,Wy——按受压边缘确定的强轴和弱轴的抵抗矩
ф——绕强轴弯曲所确定的整体稳定系数
[f]——允许抗压强度值
横向风力作用在导梁上引起的跨中弯矩，这里近似按简支梁计算导梁跨中风力弯矩
My=2×××（322/8）×10-3=·m
2．当架桥机前行时，B点截面及截面特性同上有：
Wx=Wy=26240cm3φx=,φy=
竖向最大弯矩Mx=ql2/2=×322/2+32×=
横向最大弯矩（取7级风压）My=ql2/2=2×10-3×××322/2=
十二.导梁天车走道梁计算
考虑导梁上弦杆杰间不能承受轮压集中荷载，故钢枕（16b工字钢,[σ]=215MPa,W=141cm3）间距取，均置于节点上，钢轨采用P50,允许弯应力[σ]=400MPa,W=钢轨受弯按按简支梁计算，最大轮压为P=，行走轮压
1．钢轨
Mmax=pl/4=1××4=t·m
σ=×104/=<[σ]=400满足规范要求。
2．工字钢
行走时：
M=pl/4=1××4=t·m
σ=×104/141=<[σ]=215×=可
1米一根工字钢不能少。
3．架梁时由于轮压增加，在架梁时轮下工字钢按米一根放置
十三.吊梁天车横梁计算
（一）受力计算
架桥机天车横梁设计采用16Mn钢，顶板厚度为20mm，底板厚度为20mm截面形式如图15。
截面特性如下：
A=20×2×460+16×（800-40）=30560mm2
I=20×460×4002×2=╳10-3m4
计算图示如下图16：
架桥机在架梁全过程中弯矩最大为活载在跨中，
应力计算
横梁支点弯矩：
M=×2×4=·m
则翼缘板应力：
腹板最大应力：
局部压应力
lz=460+20×2=500mm
换算应力：
（二）.天车横梁稳定性计算
1．横梁整体稳定性计算见图17
（1）.惯性力产生的倾覆力矩
P=QV/gtQ为自重，V为行车速度，V=min
g为重力加速度,取10m/S2,t为刹车时间,t=2s
1小车产生的惯性力矩
Q1=10th1=
M惯1=
2横梁惯性力矩
Q2=h2=
M惯2=
3混凝土梁体产生的惯性力矩
Q3=80×=88th3=
M惯3=
M惯=M惯1+M惯2+M惯3=•m
（2）.风力产生的倾覆力矩
按7级风力计算，q=19kg/m2=m2,迎风面积均按实体计算。
P风=ΣCKnqAi,c=,K=
1小车风力产生的力矩
P1=×××2×2=
M1=×=
2横梁风力产生的力矩
P2=××××=
M2=×=
3混凝土纵向风力产生的力矩
P3=××××=
M3=×=
M风=M1+M2+M3=
M倾=M风+M惯=
（3）.梁体自重产生的抗倾覆力矩
小车自重：
W1=10t,横梁自重：
W2=
混凝土自重：
W3=80×=88t
抗倾覆力矩为（d=,轮间距为）
W=W1+W2+W3/2=10++88/2=
则M稳=×=
（4）.抗倾覆安全系数
n=M稳/M倾==〉〈可〉
因此，横梁整体满足稳定性要求。
2．横梁单个稳定性计算见图15和16
由于工字钢两端有连接，计算长细比时按米，外加的系数以
考虑工字钢两端有连接
×=<20可
一．1#，2#横梁连接处计算
1．讨论最大受力
当P1=P2=t时MA=QA=0
当P1=tP2=t时
有RX=tRY=t
MA=QA=t（偏安全）
有MAMAX=假定QAMAX=t
2．构造要求：
2×=<200mm可
×=<140mm可
3×=<304mm可
3.销子受弯：
（+32+40）×2=173<5×90=450mm
可以不考虑销子受弯而认为强度满足要求。
4．MAMAX和QAMAX的共同作用
计算简图见右（图中销子为φ90mm,中心距为304mm）：
有MAMAX=QAMAX=t则
T=MAMAX/==t
Q=QAMAX/2=2=t
销子的面积S=××902=mm2
（1）T的作用下：
t=T/S=×104/=MPa
<500MPa
（2）Q的作用下：
q=Q/S=×104/=MPA
<500MPa
（3）合力的作用
5．连接钢板
（1）．从上图中
（1）的位置破坏（架’为内侧的钢板）：
S=200×（+32）×2=18600mm2
S’=200×40×2=16000mm2
t=T/S=×104/18600=Mpa<210MPa
t’=T/S=×104/16000=Mpa<210MPa
满足要求。
（2）1-1截面上破坏：
I=12×2×406×（560+6）2=×109mm4=×10-3m4
满足要求。
（3）.Q的作用
S=×2）××2=
τ=Q/S=×10000/=<140MPa
（4）.合力作用
1二.0#横梁连接处计算
1．讨论最大受力图见下页
由前面讨论知，有MAMAX=×=QAMAX=t
2．构造要求：
2×=141<200mm可
×=≈100mm可
3×=<260mm可
3.销子受弯：
（10+32+40）×2=164<5×70=350mm
可以不考虑销子受弯而认为强度满足要求。
4．MAMAX和QAMAX的共同作用
计算简图见右（图中销子为φ70mm,中心距为260mm）：
有MAMAX=QAMAX=t则T=MAMAX/==t
Q=QAMAX/2=2=t
销子的面积S=××702=mm2
T的作用下：
t=T/S=×104/=MPa
<500MPa
Q的作用下：
q=Q/S=×104/=MPA
<500Mpa
合力的作用
5．连接钢板
（1）．从上图中
（1）的位置破坏（架’为内侧的钢板）：
S=200×（10+32）×2=16800mm2
S’=200×40×2=16000mm2
t=T/S=×104/16800=Mpa<210MPa
t’=T/S=×104/16000=Mpa<210MPa
满足要求。
（2）1-1截面上破坏：
I=14×2×380×（230-7）2=×108mm4=×10-4m4
满足要求。
（3）.Q的作用
S=×2）×10×2=6380mm2
（4）.合力作用
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