吊车梁.docx

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吊车梁

专题设计（吊车梁设计）

吊车梁系直接承受吊车荷载的承重结构，是厂房上部的重要结构之一。

水电站厂房内大多采用电动桥式吊车水电站吊车具有以下特点：

a.吊车起吊容量大。

在大中型水电站厂房中，吊车容量常达百吨以上。

b.吊车工作间歇性大。

水电厂吊车只是在机组安装和大修时才起吊最重件（一般为发电机连轴转子），所以吊车在最大负荷工作的机会不多。

c.操作速度缓慢。

吊车运行速度和起吊速度均较缓慢。

d.水电厂吊车大多为软钩，轮压的动力系数较小，对结构受力有利。

吊车梁的设计包括内力计算，配筋计算，抗扭计算等。

1.吊车梁荷载

吊车梁的荷载包括自重、钢轨及附件重、吊车荷载等。

前两项是固定不变的均布荷载，后一项是移动的集中荷载。

吊车在吊车梁上运动产生三个方向的动力荷载：

竖向荷载、横向水平荷载和沿吊车梁纵向的水平荷载。

吊车梁的竖向荷载标准值应采用吊车最大轮压或最小轮压。

在计算吊车梁及其连接强度时吊车竖向荷载应乘以动力系数。

对悬挂吊车（包括电动葫芦）及工作级别A1~A5的软钩吊车，动力系数可取1.05；对工作级别A6~A8的软钩吊车、硬钩吊车和其他特种吊车，动力系数可取为1.1。

本次设计中取动力系数为1.1。

吊车的横向水平荷载由小车横行引起，其标准值应取横行小车重量与额定起重量之和的下列百分数，并乘以重力加速度，对于软钩吊车：

当额定起重量不大于10吨时，应取12%；当额定起重量为16~50吨时，应取10%；当额定起重量不小于75吨时，应取8%。

本次设计中取8%。

纵向水平荷载是指吊车刹车力，其沿轨道方向由吊车梁传给柱间支撑，计算吊车梁截面时不予考虑。

2.吊车梁的形式

吊车一般设计成简支梁，传力明确，构造简单，施工方便。

吊车梁设计成连续梁固然可节省材料，但连续梁对支座沉降比较敏感，因此对基础要求较高。

本次设计采用T形截面吊车梁，纵向、横向刚度均较大，抗扭性能较好，便于固定钢轨和有较宽的检查走道，起重量较大或中等的吊车梁宜采用这种T形截面。

起重机钢轨轨道采用QU70,重43kg/m。

3.吊车梁材料

吊车梁钢材应具有良好的塑性和韧性，因此采用HRB335钢筋。

吊车梁混凝土采用C30。

4.吊车梁计算

（1）基本条件

混凝土采用C30，钢筋混凝土容重取30kN/m3，吊车梁最大轮压33.2t，起重机总重61.1t，小车重24.5t，钢轨及附件取1.5kN/m。

抗弯安全系数取K=1.5×1.05=1.575，抗剪及抗扭安全系数取K=1.55×1.05=1.628，抗裂安全系数取K=1.0，动力系数取μ=1.1。

（2）内力计算

计算弯矩时计算跨度：

l=l中-中=7.6m

l=l0=7.2m

均布荷载自重：

g1=30×（0.9×0.2+0.7×0.5）=15.9kN/m

钢轨及附件重：

g2=1.5kN/m

总重g=g1+g2=15.9+1.5=17.4kN/m

因结构对称取半跨6个计算截面进行计算，计算简图如下：

在自重等均布横载作用下，各计算截面的内力计算见下表

截面

内力

0

1

2

3

4

5

M（kN.m）

0

45.23

80.4

105.53

120.60

125.63

Q（kN.m）

62．64

50.11

37.58

25.06

12.53

0

在吊车最大轮压作用下，逐一求出各截面的最大弯矩和最大剪力见下表

竖向荷载设计值：

Pmax=33.2×9.8×1.1×103=357.90kN

横向荷载设计值：

Tc=0.08×（24.5+61.1）×9.8×103=67.11kN

查《水电站厂房设计》P589、P590页得吊车梁内力计算影响线见表

截面

内力

0

1

2

3

4

5

Mmax（kN.m）

0

538.54

866.60

1055.10

1077.14

1119.16

Qmax（kN）

852.84

709.68

570.13

462.76

355.39

279.16

Qmin（kN）

0

-35.79

-71.58

-107.37

-143.16

-178.95

叠加后的内力见下表

截面

内力

0

1

2

3

4

5

Mmax（kN.m）

0

583.77

947

1160.63

1197.74

1244.79

Qmax（kN）

915.48

759.79

607.71

487.82

367.92

279.16

Qmin（kN）

62.64

14.32

-34

-82.31

-130.63

-178.95

给出内力包络图，见图

T形截面初拟定尺寸如下图所示

T形截面单位：

mm

（3）确定翼缘的计算宽度

吊车梁为独立T形梁，取a=65mm（因弯矩较大，考虑受拉钢筋排成双层，梁处于室内正常环境）

h0=h-a=900-65=835mm

独立T形梁hf’=200/835=0.24>0.1查表得

bf’=b+12hf’=500+12×200=2900mm

bf’=l0/3=7600/3=2533mm

上述数值均大于翼缘的实有宽度，所以按bf’=900mm计算。

鉴别T形梁所属情况，按下式进行

KM=1.2×1244.19=1493.75kN.m

fcbf’hf’（h0-hf’/2）=14.3×900×200×（835-200/2）=1891.89kN.m

KM

属于第一种T形截面（Χ

（4）配筋计算

钢筋采用HRB335则fy=300N/mmfy’=300N/mm

先按下式计算αs及相应的ξ再计算出受拉钢筋截面面积As。

αs=KM/fcbf’h02=1493.75×106/（14.3×900×8352）

=0.166

ξ=1-（1-2αs）0.5=0.183<0.85ξb=0.468

As=fcξbf’h0/fy=14.3×0.183×900×835/300=6555mm2

ρ=As/bh0=6555/（500×835）=1.57%>ρmin=0.2%满足要求。

选用钢筋2Ф36+4Ф40（As=7063mm2）

（5）斜截面承载力计算

支座边缘最大剪力为V=915.48kN

截面尺寸hw=h0-hf’=835-200=635mm

0.25fcbh0=0.25×14.3×500×835=1492.56kN

>KV=1.628×915.48=1490.40kN

故截面尺寸满足抗剪条件。

（6）验算是否需按计算确定腹筋

Vc=0.7ftbh0=0.7×1.43×500×835=417.92kN

应由计算确定腹筋，当h>800mm的梁，箍筋的直径不宜小于8mm，箍筋选用HPB235，因此初选双肢箍筋

@150（Asv=754mm2）

Vc

ρmin=Asv/bs=754/（500×150）=1.01%>ρsvmin=0.15%

满足最小配筋率的要求。

Vc+Vsv=0.7fcbh0+1.25fyvh0Asv/s

=0.7×1.43×500×835+1.25×210×835×754/150

=1519.70kN>KV=1490.40kN

故不需增设弯起钢筋帮助抗剪。

（6）抗扭计算

横向水平刹车力T是通过大轮子传给轨顶，由轨顶再传给吊车梁的。

力的作用位置与竖向轮压相同，因此梁在横向水平刹车力作用下的内力计算与竖向一样，只需将大车的一个轮子横向水平刹车标准值H0代替竖向计算中的μPmax，而自重等均布荷载则不予考虑。

根据SL/266__2001《水电站厂房设计规范》公式计算作用于吊车梁的扭矩标准值：

mT=β（μPmaxe1+H0e2）

e1为吊车轨道安装偏心距，一般取20mm；

e2为吊车横向水平刹车力T对吊车梁截面弯曲中心的距离，因此可由计算得出e2=ha+ya=270+268.77=538.77mm；

ha为轨道顶至吊车梁顶面的距离，取270mm；

μ为吊车竖向轮压动力系数取1.1；

ya为截面中心至界面顶面距离，ya=hf’/2+h/2（h-hf’）b3/（hf’bf’3+（h-hf’）b3），故ya=268.77mm

H0为吊车横向水平作用标准值（一个轮子），H0=T/m=67.11/4=16.78kN；

β为扭矩和剪力共同作用下的组合系数，取0.8

mT=0.8（357.90×0.02+16.78×0.53877）=12.96kN.m

梁的最大扭矩

产生在近支座截面处，和求单跨梁支座最大剪力的方法相同：

MTmax=mTVmax/γQμPmax=12.96×915.48/（1.1×357.9）=30.14kN.m

T形截面各矩形分块的抗扭刚度为：

梁肋：

Wtw=b2（3h-b）/6=5002×（3×900-500）/6=91.67×106mm3

翼缘：

Wtf’=hf’2（bf-b）/2=2002×（900-500）/2=8×106mm3

整个截面受扭塑性抵抗矩为：

Wt=Wtw+Wtf’=91.67×106+8×106=99.67×106mm3

V/bh0+MTmax/Wt=915.48×103/（500×835）+30.14×106/99.67×106

=2.495N/mm2<0.25fc/γd=0.25×14.3/1.2=2.979N/mm2

因此截面尺寸满足要求。

验算是否需按计算确定抗剪扭钢筋

0.7ft/γd=0.7×1.43/1.2=0.834N/mm2

应按计算确定抗剪扭钢筋。

抗弯纵筋计算：

判别T型梁截面类型：

[fcbf’hf’（h0-hf’/2）]/γd=[14.3×900×200×（835-200/2）]/1.2

=1576.575kN.m>M=1244.79kN.m

属于第一类T型截面，按宽度为bf’的矩形截面计算，与前面计算配筋一致。

腹板抗剪扭钢筋计算：

1）T型截面的扭矩分配：

梁肋：

翼缘：

2）验算腹板的配筋是否按弯、剪、扭构件计算：

因此不能忽略剪力V的影响。

不能忽略MT的影响，腹板应按弯、剪、扭构件计算。

3）βt的计算：

在梁所承受的荷载中，移动荷载占主要部分，它是一组移动的集中荷载，故

式中：

——剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数；

——计算剪跨比，

，取

，其中a为集中荷载作用点至支座截面或节点边缘的距离；

T——扭矩设计值，T=MTmax。

故

4）腹板抗剪箍筋计算：

设ζ=1.2

式中：

Acor——截面核心部分面积Acor=bcor×hcor

采用双肢箍筋（n=2）,则腹板单位长度上的单肢箍筋总截面面积为：

选用箍筋直径为

@150（Asv=754mm2）则：

Smax=300mm

ρmin=Asv/bs=754/（500×150）=1.01%>ρsvmin=0.15%

满足最小配筋率的要求。

5）腹板纵筋计算

腹板抗扭纵筋：

式中：

ucor——截面核心部分的周长，ucor=2（bcor+hcor）,bcor及hcor分别为从箍筋内表面计算的截面核心部分的短边和长边尺寸。

不满足最小配筋率的要求。

按最小配筋率Ast=ρstminbh=0.002×500×900=900mm2。

。

抗扭纵筋的间距不应大于300mm或梁宽b，故沿梁高分3层布置纵筋：

上层：

，选用2Ф14（As=308mm2）；

中层：

，选用2Ф14（As=308mm2）；

底层：

，选用2Ф36+4Ф40（As=7063mm2）。

e）翼缘抗扭钢筋计算：

受压翼缘按纯扭构件计算（不计V的影响）

1）箍筋：

可忽略扭矩的影响，按构造配箍筋。

为与腹板箍筋协调统一，选

@150（Asv=754mm2）。

2）纵筋：

式中：

ζ——受扭构件纵向钢筋与箍筋的配筋强度比，取1.2；

Ast1——受扭计算中单肢箍筋的截面面积；

u’cor——截面核心部分的周长。

（混凝土保护层厚度为30mm）。

满足最小配筋率要求。

选配钢筋8Ф16（As=1608mm2）。

（7）裂缝宽度验算

对于钢筋混凝土吊车梁，一般不需计算抗裂宽度验算。

（8）挠度验算

根据DL/T5057-1996《水工混凝土结构设计规范》，吊车梁主要由短期组合验算挠度，可不必再按长期组合进行验算。

因此正常运行工况下不进行挠度验算。

（9）成果分析

通过计算该吊车梁采用预制T形梁，吊车梁截面尺寸梁高h=900mm、梁肋宽b=500mm、翼缘宽度b’f=900mm、翼缘高度h’f=200mm；梁承受的最大荷载为吊车的最大轮压，根据荷载计算，该梁底部受力钢筋为2Ф36+4Ф40，底部受拉钢筋分两排布置，第一排布置2Ф36，第二排布置4Ф40；抗剪箍筋选用双肢箍

@150（Asv=754mm2）,翼缘按构造要求选用双肢箍

@150（Asv=754mm2），纵筋8Ф16，为了保证其配筋骨架的整体性，需在梁中间配置纵向架力钢筋，选用6Ф18的钢筋，同时设立拉筋

@300。

考虑到梁承受的荷载和跨度，对梁进行了扭曲、挠度等验算均满足要求。

T形截面配筋图