码头工程计算书.docx
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码头工程计算书
码头架桥机安装预制构件
工程计算书
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码头架桥机工作过程中机安全性验算
计算说明：
码头架桥机工作状态时，存在二种危险截面的情况:
1#移动桁吊行至悬臂端驳船上方提取轨道梁时为不利工况；1#桁吊提取轨道梁行至跨中时为不利工况。
故此须分别对其进行验算和受力分析。
1.1主体结构验算参数取值
a.三角主梁自重（包括轨道）：
0.55t/m
b.纵移台车总成：
10t/台
c.天车总成：
5.5t/台（含吊具）
d.验算载荷（预制轨道梁）：
87t（最重梁计算）
e.风载系数：
1.05运行冲击系数：
1.2结构倾覆稳定安全系数：
≥1.5
f.材料：
三角导梁主梁采用16Mn钢材
码头架桥机各组件重量表
序号
名称
单重（t）
件数
总重（t）
1
纵导梁
27.5
2
55
2
横导梁
3.75
2
7.5
6.75
2
13.5
3
前主支撑腿
10
1
10
4
后主支撑腿
10
1
10
5
前副支腿
1.5
1
1.5
6
后副支腿
1.5
1
1.5
7
关门
1
2
2
8
电器及液压系统
1
2
2
9
纵移台车
2
2
4
10
吊梁天车
3.5
2
7
11
快速天车
0.5
2
1
12
吊具
2
2
4
13
钢丝绳
0.5
2
1
总计
120
1.2主体结构尺寸说明
a.导梁中心距：
13.2m；
b.导梁全长：
50m，前支点至后支点的距离为30m；
c.架桥机导梁断面：
2*1.3m*2.7m，总宽14.5m；
d.吊装系统采用：
2台天车总成（含卷扬机、滑轮组），2台纵移台车（含纵移台车、D型三角桁架横导梁）
e.行走系统采用：
前、后主支撑四台移动轮箱带动导梁横移；
f.架桥机单边纵导梁的抗弯截面模量Wx=37599.2cm3，惯性矩Ix=5632909.4cm4。
1.3施工工况分析：
工况一：
1#桁吊前移至悬臂处取梁时，处于最不利情况，需验算，
验算主要内容：
（1）抗倾覆稳定性验算；
（2）纵导梁桁架内力验算；
（3）悬臂挠度验算；
工况二：
架桥机吊梁时，1#桁吊提取构件行走至跨中时的验算，验算内容：
（1）纵导梁内力验算；
（2）桁架挠度验算；
1.4结构验算
工况一：
1#桁吊前移至悬臂处取梁时
验算内容：
（1）抗倾覆稳定性验算；
（2）纵导梁桁架内力验算；
（3）D型三角桁架承载内力验算
工况一示意图
1.4.1施工中的荷载情况
（1）纵导梁自重：
q=11kN/m（两边导梁自重）
（2）1#桁吊（包括横导梁、吊梁天车、纵移台车等）提取构件：
P1=15.5+87t，P2=22.5t
（3）前、后主支撑总成：
P3=P3=10t
（4）前、后副支撑:
Q1=Q2=1.5t
（5）架桥机整机自重：
Q=120t
1.4.2施工验算
（1）抗倾覆稳定性的验算
计算简图
1#纵移桁吊移至架桥机悬臂端，2#纵移桁移至架桥机尾部作为配重取B点为研究对象,去掉支座C,以支反力RC代替（由力矩平衡方程）:
G*12.2+P2*35+P3*31.86=P1*9.7+RC*31.86
RC=（11*50*12.2+225*35+100*31.86-1025*9.7）/31.86
=246KN
RC远大于零,故是安全的。
悬臂端弯距：
M1=1.2*1.05*P1*L（1.2为动载系数，1.05为风载系数）
=1.2*1.05*1025*9.7
=12527.55kN·M
支撑端弯距:
M2=G*12.2+P2*35+P3*31.86
=2*11*50*12.2+225*35+100*31.86
=480761kN·m
抗倾覆安全系数K=M2/M1=480761/12527.55=38＞1.5满足规范要求.
（2）主桁内力验算
a、主桁弯距验算
经分析前副支腿A支点处断面所受弯矩最大，其抗弯截面模量W1=46034074mm3，惯性矩I1=8825724567mm4。
σ=M1/2W1=12527.55*106/（2*46034074）
=136Mpa＜[σ]=310Mpa，安全系数：
K=310/136=2.2，满足要求。
b、销子抗剪验算（上下销子距离：
h=2.395m）
销子1（上）所受剪力为：
Q1=M1/h=12527.55/（2*2*2.395）=1308KN，R1=44mm
τ1=Q1/A=1308000/（πR12）=170Mpa＜[τ]=360Mpa，销子材料为40Cr（淬火）K=360/170=2.1满足要求
销子2（下）所受剪力为：
Q2=12527.55/（2*4*2.395）=654KN，R2=34mm
τ2=Q2/A=654000/（πR22）=180Mpa＜[τ]=360Mpa，销子材料为40Cr（淬火）
K=360/180=2满足要求
所以满足施工要求。
c、悬臂挠度验算:
悬臂端在架桥机前移最大时挠度最大。
（I=5632909.4cm4）
fmax=
（1+
）+
（4
）
=
（1+
）+
（4
）
=38.2-4.4
=33.8mm＞[f]=14000/350=40mm
（3）D型桁架弯距验算
D型梁截面模量W1=15559.3cm3，惯性矩I1=1585302.59cm4，[σ]=210MPa
经分析，架桥机取梁且轮箱行至承载梁跨中时，承载梁集中受力为不利工况。
集中力P=（550*19.5/30.5+1025+100）/2=738KN
M1=0.25*738*11.7=2158.65kN·M
σ=M1/2W1=2158.65*106/（15559.3*103）
=139Mpa＜[σ]=210Mpa，安全系数：
K=210/139=1.5，满足要求。
工况二：
1#桁吊吊梁行至跨中时
（1）横导梁受力验算
（2）纵导梁受力验算
工况二示意图
1.4.3施工中的荷载情况
（1）1#桁吊的天车及吊具中梁为：
3.5+2+0.5=6t，轨道梁：
87t
（2）1#桁吊吊梁时，构件和天车总重量为P1=87+6=93t
（3）横导梁自重q=2.5kN/m
1.4.4施工验算
（1）横导梁受力验算（见图二）
图二
当天车在横导梁跨中时，弯矩最大。
荷载87+6=93t，考虑动载及风载系数，P1=93*1.2*1.05=117.18t（动载系数1.2，风载系数1.05）
M横导梁=0.25*P*L=0.25*1171.8*13.2=3866.94kN·M
横导梁由箱型拼焊而成，其组合截面抗弯模量W=15559.3cm3，惯性矩I=1585302.59cm4，
则横梁截面应力
σ=3866940000/2*15559300=124.4MPa＜[σ]=210Mpa,安全系数n=1.6
故横导梁满足施工要求。
（2）纵导梁受力验算
a、受力模型如下:
图三
1#桁吊吊轨道梁行至跨中时，对纵导梁的载荷（含纵移台车总成、天车总成、吊具、钢丝绳、构件）87+2+7.5+2+0.5+3.5=102.5t
考虑动载及风载系数，P1=102.5*1.2*1.05=129.15t（动载系数1.2，风载系数1.05）
单边纵导梁的抗弯截面模量Wx=37599.2cm3，惯性矩Ix=5632909.2cm4。
求得：
RB=1163.7kN,RC=1186.3kN，
跨中最大弯矩:
M中=0.25*1291.5*30
=9683.25kN·M
σ=M中/W1
=9686.25*106/（2*37599.2*103）（双导梁）
=129MPa＜[σ]=210MPa，安全系数n=1.6,
即三角桁架抗弯强度满足施工要求。
b、刚度验算
纵导梁桁架的最大变形为：
fmax=
+
=
+
=30.7＜[f静刚度]=L/350=85mm
所以架桥机跨中静刚度满足要求。
1.5提升（降）机构滑轮组验算
（1）计算载荷：
最重构件及吊具、钢丝绳荷载P=87+1+0.5=88.5t
（2）滑轮组出头拉力：
构件提升（降）机构采用“7*8”滑轮组，工作绳数n=16条、滑轮组采用Φ28*6*37+1钢丝绳，经计算，效率η=0.86。
见《起重机设计手册》（3-1-3），P223。
则钢丝绳自由端静拉力S：
S=QJ静/（η*m）=88.5/（0.86*16）=6.4t，选择1台8吨慢速卷扬机（满足要求）
Φ28*6*37+1钢丝绳抗拉强度为1668MPa，破断拉力P破=41.083t，安全系数k=6，P允=6.847t＞S=6.4t（满足要求）
第一章码头架桥机非工作状态下安全验算
1.1验算取值
a.架桥机结构自重，由架桥机图纸资料：
Q1=120t=1200kN。
b.风荷载值：
风载荷标准值计算，计算公式：
ωk=βzμsμzω0
其中，ωk–风载荷标准值（kN/m2）
βz---高度z处的风振系数，根据架桥机情况，βz取1.6；
μz---风压高度变化系数，根据实际及规范，取1.13；
ω0---基本风压（KN/㎡），按10级风，ω0=0.5KN/㎡；
S---架桥机迎风面积。
1.2桥机非工作状态下抗倾覆计算
（1）架桥机沿轨道方向抗倾覆计算（如图所示）
架桥机沿轨道方向受力情况
计算简图
桥机沿轨道方向风荷载，迎风面积S=2.7*50*0.4=54m2
F风=βz*μz*ω0*S=1.6*1.13*0.5*54=48.816kN
②架桥机沿轨道方向倾覆力矩
M倾=F风*H=48.816*8=390.528kN•m
③架桥机沿轨道方向稳定力矩
M稳=G*L=1200*6.6=7920kN•m
稳定系数：
K取1.5
M稳/M倾=7920/390.528=20＞1.5，符合使用要求。
（2）架桥机垂直轨道方向抗倾覆计算
由于架桥机垂直轨道方向跨径为30.6m，安全系数较大，不予计算
上验算结果：
架桥机在10级大风下，不会发生倾覆。
第二章码头架桥机支撑点受最大荷载计算
1.1验算取值
小车起升速度：
0.5m/min小车运行速度：
2.3m/min
台车运行速度：
3.1m/min大车运行速度：
3.1m/min
1.2工况分析
经分析，有2种工况下横梁承受荷载较大。
工况一：
架桥机提升预制轨道梁（最重构件）往跨中移动时，构件荷载集中在架桥机前部，仅考虑运行时的冲击系数；
工况一示意图
工况二：
架桥机吊取轨道梁（最重构件）行至跨中时，整机行走至待安装跨时，仅考虑行走时的冲击系数；
工况二示意图
1.3计算参数
（1）计算荷载
架桥机各组件重量表
序号
名称
单重（t）
件数
总重（t）
1
纵导梁
27.5
2
55
2
横导梁
3.75
2
7.5
6.75
2
13.5
3
前主支撑腿
10
1
10
4
后主支撑腿
10
1
10
5
前副支腿
1.5
1
1.5
6
后副支腿
1.5
1
1.5
7
关门
1
2
2
8
电器及液压系统
1
2
2
9
纵移台车
2
2
4
10
吊梁天车
3.5
2
7
11
快速天车
0.5
2
1
12
吊具
2
2
4
13
钢丝绳
0.5
2
1
总计
120
（2）荷载系数：
冲击系数：
k1=1.2（（GB3811-2008《起重机设计规范》P13）
动载系数:
k2=1.1（GB3811-2008《起重机设计规范》P11）
偏载系数：
k3=1.05（经验取值）
1.4风荷载计算
①计算公式：
F风=βzμzω0S
其中，βz-高度z处的风振系数，根据架桥机情况，βz取1.6；
μz-风压高度变化系数，根据实际及规范，取1.13；
ω0-基本风压（N/m2），见风压参数对照表
S-架桥机迎风面积，由设计图纸可知，架桥机纵导梁由5节A型梁拼接而成，横导梁由2节D型梁拼接而成，且架桥机正面主要迎风面为纵导梁纵向截面，侧面主要迎风面为横导梁纵向截面。
架桥机正面迎风面积：
S1=2.72*5*10*0.4=54.4m2；
⑤风载荷计算
F=βzμzω0S1
=1.6*1.13*267.8*54.4
=2.63t
1.5工况一支撑点最大荷载计算
计算简图
风荷载对a的影响：
F风*H=f风*0.5h
得f风=2.63*8*2÷12=3.5t
断面计算A点载荷：
PA=1.2*（15.5+87）+55*19.6÷30.6+13.5=171.7t
PB=55*11÷30.6+22.5+13.5=55.8t
x-x截面计算a点载荷：
Pa=Pb=1.05*0.5*171.7+3.5+2.5=96.14t
1.6工况二支撑点最大荷载计算
计算简图
风荷载对a的影响：
F风*H=f风*0.5h
得f风=2.63*8*2÷12=3.5t
断面计算B点载荷：
PB=1.2*（15.5+87+55*11/30.6+13.5+22.5）=190.0t
PB=55*19.6/30.6+15.5+13.5=64.3t
x-x截面计算a点载荷：
Pa=10÷12*190+3.5+2.5=164.4t
Pb=31.6+3.5+2.5=37.6
支撑点布置
第三章运梁车轮压计算
说明：
引桥空心板梁陆上运输采用*公司SH120型运梁车运输，1车装2件空心板梁。
运梁车工况图
1.1计算载荷：
1）轨道运梁车自重：
Q=12t其中，主车自重：
Q1=8t，副车自重：
Q2=4t
2）预制空心板梁理论最重：
40t
1.2载荷系数
考虑冲击系数：
1.2
考虑不均匀系数：
1.05
1.3主车最大轮压计算：
运梁车受力简图
1）运梁车拉梁时，主车连接桥受力A点计算：
根据力矩平衡方程，对C点取矩:
PA*L=P*l
式中：
PA--主车连接桥承受载荷；
L--主梁前桥与后桥间距；
P--1/2构件载荷；
l--承载托盘到前桥间距；
则PA=P*l/L
=40*2.255/2.98
=30.27t
2）主车连接桥承受自重：
P自=2*Q1/3=5.33t
3）主车单个轮压计算：
后桥轮轴承受构件和主车自重载荷相同，左右排轮子承受载荷也相同，
所以主车后桥单轮承受载荷计算如下：
P主=1.2*1.05（PA+P自）/4=1.2*1.05*（30.27+5.33）/4=11.214t
4）副车单个轮压计算
副车为双桥结构，前后桥轮轴承受构件载荷及自重载荷相同，左右排轮子承受载荷也相同，
所以副车单轮承受载荷计算如下：
P副=1.2*1.05（Q2+40）/4=1.2*1.05*（4+40）/4=13.86t
5）最大轮压计算
运梁车单个轮子接触桥面面积A=0.276*0.411=0.113436m2=113436mm2
运梁车单各轮子最大载荷P=13.86/2=6.93t=69300N
因此，运梁车重载时，单个轮对桥面的应力
σ=69300/113436=0.61Mpa
第四章公路架桥机过跨时抗倾覆计算
1.1施工工况分析：
公路架桥机吊装完一孔空心板梁后，前移至悬臂最大时为最不利状态，须对整机抗倾覆稳定性进行验算
1.2主体结构验算参数取值
a.三角主梁自重（包括轨道）：
0.25t/m
b.平车总成：
4t/台
c.天车总成：
3.5t/台
d.验算载荷（预制空心板梁）：
38t（最重梁计算）
e.风载系数：
1.05运行冲击系数：
1.2结构倾覆稳定安全系数：
≥1.5
f.材料：
三角导梁主梁采用16Mn钢材
公路架桥机各组件重量表
序号
名称
单重（t）
件数
总重（t）
1
纵导梁
10
2
20
2
平车总成
4
2
8
3
天车总成
3.5
2
7
4
吊具
0.5
2
1
5
前支腿
5.5
1
5.5
6
中支腿
5.5
1
5.5
7
电器及液压系统
1
2
2
8
钢丝绳
0.5
2
1
总计
50
1.3载荷组合
a.2台平车P1=P2=7.5t
b.前支腿总成P3=5.5t
c.纵导梁自重G=2*4*2.5=20t
d．配重P配=19t
1.4抗倾覆计算
计算简图
过跨时架桥机前端悬臂,过跨之前应将2台平车总成移至架桥机尾部，且1#平车总成吊住梁板作为配重，设计过程中以空心板梁一半重量计算P配=19t）:
取A点为研究对象,去掉支座C,以支反力RC代替（由力矩平衡方程）:
注:
配重1#天车位于C点上;
G*1+P3*21+RC*13=（P1+19）*13+P2*15.5
RC=[（7.5+19）*13+7.5*15.5-20*1-5.5*21]÷13
=25t
RC远大于零,故是安全的。
悬臂端弯距：
M1=G*1+P3*21
=20*1+5.5*21
=135.5t·M
支撑端弯距:
M2=（P1+19）*13+P2*15.5
=（7.5+19）*13+7.5*15.5
=460.75t·m
抗倾覆安全系数K=M2/M1=460.75/135.5=3.4＞1.5满足要求。
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