架桥机计算书.docx
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架桥机计算书
一、设计规范及参考文献
2.架桥机设计荷载
三•架桥机倾覆稳定性计算
4.结构分析
5.架桥机1号、2号车横梁检算
6.架桥机0号立柱横梁计算
7.1号车横梁及0号柱横梁挠度计算
8.150型分配梁:
(1号车处)
9.0号柱承载力检算
十、起吊系统检算
十一.架桥机导梁整体稳定性计算
十二.导梁天车走道梁计算
十三.吊梁天车横梁计算
一、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。
2.架桥机设计荷载
(一).垂直荷载
梁重:
Q1=100t
单个天车重:
Q2=20t(含卷扬机、天车重、天车横梁重)
主梁、桁架及桥面系均部荷载:
q=0.67t/mX1.1=o.74t/m
前支腿总重:
Q3=4t
中支腿总重:
Q4=2t
1号承重梁总重:
Q5=34t
2号承重梁总重:
Q6=34t
2#号横梁Q7=12t
梁增重系数取:
1.1
活载冲击系数取:
1.2
不均匀系数取:
1.1
(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:
2
q1=19kg/m
b.非工作计算状态风压,设计为11级的最大风压;
2
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:
①=1.1
3.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=4t(前支柱自重)
P2=0.74X22=16.28t(导梁后段自重)
P3=0.74X30=22.2t(导梁前段自重)
P5=P4=20t(含卷扬机、天车重、天车横梁重)
P6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,
P6=2CKnqAi=1.2X1.39X66X(0.7+0.584+0.245+2.25+0.3+0.7+0.8+1.5)
x12.9=10053kg=10.05t
作用在轨面以上5.5m处
M抗=16.28x11+20X(11+4+5)+20x(11+5)=899.08t.m
M倾=4X30+22.2X15+10.05X5.5=508.275t.m架桥机纵向抗倾覆安全系数
n=M抗/M倾=899.08/(508.275X1.1)=1.61>1.3<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
R为架桥机自重(不含起重车),作用在两支点中心(其中天车横梁重6t)
P1=(16.28+22.2)X2+12X2+6X2=112.96t
P2为导梁承受的风荷载,作用点在支点以上3.8m处,导梁迎风面积按实体面积计,导梁形状系数取1.6。
A=(1+n“(1+n2)①A其中:
n1=0.53n2=0.5
A=(1+0.53)(1+0.5)X62X2.25=320.15m2
风荷载P2=Ckh&A
=1.6X1.39X19X320.15=13528kg=13.53t
R为天车导梁承受的风荷载,作用点在支点以上5.5m处,迎风面积按实体计算,导梁形
状系数取1.6。
P3=2X1.39X1.6X19X0.8X0.46X4=124.4kg=0.1244t
P4为架桥机起重小车重量
P4=20X2+100X1.1=150t
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7.2m处,
P5=1.39X1.6X19X(3X2X2+2X30)=3042.432kg=3.042t
图2所示A点为倾覆支点,对A点取矩:
M倾=RX3.8+P3X5.5+P4X0.5+P5X7.2
=13.53X3.8+0.1244X5.5+150X0.5+3.042X7.2=149.00t•m
皿抗=P1X2=112.96X2=225.92t•m
架桥机工作条件横向抗倾覆安全系数n=M抗/M倾=225.92/(149X1.1)=1.38>1.3<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=2.26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
4.结构分析
(一)、荷载取值:
桁架及桥面系均部荷载0.67t/节X1.1=0.74t/节(单边),荷载(100+20X2)X1.2=168.00t。
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(20+6)
/4=6.5t,负荷轮压集中力为(6+168)/4=43.5t,架边梁时轮压集中力为(重边):
6/4+168/2=85.5t,(轻边)6/4=1.5t.吊梁小车轮压集中力168/4=42t(轮距1.6m)。
(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852.6mm考虑到桁架空多,力卩1.1的系数,852.6X1.1=937.86mm,待架孔导梁跨中最大挠度71mm考虑到桁架空多,加1.1的系数,71X1.仁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
杆见最大内力汇总表
名称
计算最大内力(T)
允许内力(T)
备注
上弦杆
+232.79
272
工况1B附近
下弦杆
-228.02
266
工况1B附近
立杆
-90.408
119.0
工况6C附近
斜杆
-57.6
73.6
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
2.345
98.73
0
工况2
67.145
40.429
23.333
工况3
69.14
74.95
23.14
工况4
45.457
77.571
40.502
工况5
26.39
76.89
60.245
工况6重边
25.86
111.383
95.29
轻边
26.93
42.398
25.406
5.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
1
■S.J
占
图6
160X168X14.5两根工字钢做支撑,截面形式如图6。
截面特性如下:
查工字钢表有S=146.45cm,l=68512.5cm4
2
A=145.45X2X100+12X406X2=3903mrn
1=68512.5X104X2+12X406X(560+6)2X2=4.49-击
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93.75t.
1.应力计算
两导梁中心距L=5.1m
悬臂长度L=1m最大集中荷载P=93.75t
横梁支点弯矩:
M=93.75X仁93.75t•m
则翼缘板应力:
腹板最大应力:
局部压应力
Lz=22X4+(12+25)X2=162mm
换算应力:
2.
(1)整体稳定性
b0=268-14.5=253.5mm
h/b0=584/253.5=2.3<6
l/b0=11600/253.5=45.76〈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=253.5/12=21.125<[b0/t]=33<可〉
b/t=76.75/12=6.4<[b/t]=12.4〈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勺内加劲肋和厚16mm勺外加劲肋,同
时,其他位置布置间距为1m的,厚10mm勺内加劲肋。
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。
6.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36.8t(由电算分析),
此时由导梁传向横梁勺荷载为P=71.14t.
2.立柱横梁承载力检算
(1)应力检算
14mm腹板
支柱横梁采用箱形断面,如图&设计采用16Mn钢板,顶板和底板厚度为
厚10mm
特性如下:
l=[0.380X0.463-(0.38-2X0.01)X0.432j/12=0.000664m4
导梁支点悬出立柱中心位置0.85m,贝U
M=71.14X0.85=60.469t•m
翼缘应力:
腹板剪应力:
局部压应力
lz=(120X2+10)X2+2X14=528mm
换算应力:
V209.562__363.582236.7MPa1.1[可230MPa〈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/b°=460/180=2.556<6
l/bo=116OO/18O=64.44<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:
bo/t=18O/14=12.86<[bo/t]=33(可)
b/t=90/14=6.43<[b/t]=12.4(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勺内加劲肋和厚16mm
的外加劲肋,同时,其他位置布置间距为1m的,厚10mm勺内加劲肋。
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:
P1
P2
93.75tP2=32.73t时,
可以把C点的P1分解开,P仁P1+P2有
P1'=93.75-32.73=61.02t
fd=mrK0b=1x0.001087=1.087x10-3m
fc=1.871+2.401=4.272mm
fd=1.87+1.087=2.957mm
有悬臂挠引起的导梁上口轨距变化最大d计算如下
4.271/1=d1/(2.25+.245)d1=10.656mm
2.957/1=d2/(2.25+.245)d2=7.38mm
故d=d1+d2=10.656+7.38=18.03mm
2.0号车横梁挠度计算:
m=0.65ml=10.3mEl=1.328x108
当P1=F2=44.89t
入=m/l=0.65/10.3=0.0631
42
44.89100.6510.3(320.0631)
61.328108当P1=71.14t
R=18.63t时,
P1'=71.14-18.63=52.51
fd=mX0b=065X0.0044=0.00286m
fc=3.181+6.098=9.279mm
fd=3.181+2.86=6.041mm
有悬臂挠引起的导梁上口轨距变化最大d计算如下
6.041/1=d1/(2.25+.245)d1=23.19mm
9.279/1=d2/(2.25+.245)d2=35.62mm
故d=d1+d2=58.81mm
综上计算,天车咬合总间距为58.81mm,(100-70)x2=60mm可
8.150型分配梁:
(1号车处)
截面形式如上图11:
(单位mm
O
60
截面特性:
2
A=0.6X0.02X2+2X0.36X0.016=0.03552m
跨中集中荷载P=93.75+764/1000=94.514t
最大弯矩:
M以94.5141.535.443tm
44
支点反力:
:
R=94.514/2=47.257t
4
弯曲应力:
My35.4431040.271.46106Pa71.46MPa210MPa
I9.9210
腹板最大剪应力:
33.94MPa[]140MPa
lz=600+2X20=640mm
换算应力:
71.46233.94292.53MPa1.1[]231MPa
九、0号柱承载力检算
立柱采用①219mm无缝钢管,壁厚12m(内管①192mm壁厚13mr)i,一侧立柱由两根组成,中间用①60X5mm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(力□'为
以内钢管为准)。
图13
图12
截面特性:
按一端固结,一端铰接计算
长细比巴
0.73.634.4[]
150
ry
0.0733
长细比'ul-
0.73.639.71[]
150
ry
0.06345
由长细比,可按
a类构件查表3.4-5
(《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①=0.9538,①=0.94187
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
由长细比,可按a类构件查表3.4-5(《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①=0.9419
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,①24.5mm钢丝绳走16
起升荷载Q=57.2t(实际净吊重为40t),
滑车组效率:
1(1n)0.96(10.9616)
0.72
所需牵引力:
572
P4.965t5t〈可〉
nE160.72
E
n1
16(10.96)
选用公称抗拉强度为1700MPa勺钢丝绳,查表得其破段拉应力为38.1t,考虑钢丝间受力
不均和内力的存在,按0.7折减。
安全系数n=38.11X6X0.7/57.2=7.46〉6〈可〉
2.吊两千斤绳验算
选用6X37丝©36.5mm,10股公称抗拉强度为1700MPa的钢丝绳,查表得其破段拉应
力为83.9t,考虑钢丝间受力不均和内力的存在,按0.7折减。
安全系数n=83.9X10X0.7/57.2=10.27〉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
―II—
T
—
p
T
II
1
o
o
■—r
1X
I
CD
—1—
1
-
IJ
^1^
1.导梁跨中主弦杆截面形式见下图14:
(单位:
cm)
A=(93.2-11.2)X8=656cm
Ix=656X1002=6560000cm
Iy=656X502=1640000crn
Wx=lx/y=5660000心00+12.5)=58311.11cm
Wy=ly/x=1640000/(50+12.5)=26240cm
入x=lo/rx=3200/100=32
入y=lo/ry=3200/50=64
查表Q235(b类构件)得:
©x=0.929,©y=0.786
竖向荷载在跨中产生的最大弯矩:
22
Mx=RX16-qX16/2=23.36X16X2-1.42X16/2=565.76t•m
横向风力产生在导梁跨中最大弯矩:
按7级风压检算(W=19kg/m2)
W=K1KKKW=1X0.4X1.0X1.2X19=9.12kg/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
巾一一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
23
My=2X9.12X2.495X(32/8)X10-=6.0t•m
机前行时,B点截面及截面特性同上有:
Wx=58311.11cn1Wy=26240cm©x=0.929,©y=0.786
竖向最大弯矩Mx=ql/2=1.42X32/2+32X5.6=906.24t.m
横向最大弯矩(取7级风压)My=ql2/2=2X10-3X9.12X2.495X322/2=23.30t.m
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,[(T]=215MPa,W=141cm间距取1.0m,均置于节点上,钢轨采用P50,允许弯应力[(T]=400MPa,W=287.2cm钢轨受弯按按简支梁计算,最大轮压为P=31.55332t,行走轮压17.988t
1•钢轨
MnaFpl/4=1X31.55332X0.7/4=5.5216t•m
(T=5.522X104/287.2=192.26MPa<[c]=400满足规范要求。
2.工字钢
行走时:
M=pl/4=1X17.988X0.7/4=3.1479t•m
c=3.1479X104/141=223.26Mpa<1.05[c]=215X1.05=225.75Mpa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0.5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20mn截面形式如图15
截面特性如下:
A=20X2X460+16X(800-40)=30560mm2
I=20X460X4002X2=2.944X10-3m
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=16.25X2X11.6/4=94.25t•m
则翼缘板应力:
腹板最大应力:
局部压应力
Iz=460+20X2=500mm
换算应力:
(二).天车横梁稳定性计算
11
亠
图17
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=3.0m/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
Q=10th1=1.85m
1031.85
M惯1=0.04625tm
10260
2横梁惯性力矩
Q2=6.4th2=1.1m
64311
M惯2=0.0176tm
10260
3混凝土梁体产生的惯性力矩
Q=80X1.1=88th3=3.05m
—8833.05丄
M惯3=0.671tm
10260
皿惯=M惯1+M惯2+M惯3=0.73485t?
m
(2).风力产生的倾覆力矩
按7级风力计算,q=19kg/m2=0.019t/m2,迎风面积均按实体计算。
P风二艺CKnqAi,c=1.6,K=1.39
1小车风力产生的力矩
Pi=1.6X1.39X0.019X2X2=0.169t
M=0.169X1.85=0.313t.m
2横梁风力产生的力矩
P2=1.6X1.39X0.019X13.1X0.8=0.443t
M2=0.443X1.1=0.487t.m
3混凝土纵向风力产生的力矩
P3=1.6X1.39X0.019X3.2X2.5=0.338t
M3=0.338X3.05=1.0309t.m
M风=M1+M2+M3=1.8309t.m
M倾=M风+M惯=2.56575t.m
(3).梁体自重产生的抗倾覆力矩小车自重:
W1=10t,横梁自重:
W2=6.4t
混凝土自重:
W3=80X1.1=88t
抗倾覆力矩为(d=1.0m,轮间距为2.0m)
W=W1+W2+W3/2=10+6.4+88/2=60.4t
贝UM稳=60.4X1.0=60.4t.m
(4).抗倾覆安全系数
n=M稳/M倾=60.4/2.56575=23.54〉1.3〈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0.46米,外加0.75的系数以考虑工字钢两端有连接
11.6X0.75/0.46=18.9<20可
一.1#,2#横梁连接处计算
1.讨论最大受力
当P1=P2=71.93t时Ma=71.93T.MQa=0
当P仁93.75tP2=32.73t时
有R=100.11tRy=26.37t
MA=63.24T.MQa=93.75-32.73=61.02t(偏安全)
有MAma=71.93T.M假定Qma=93.75-32.73=61.02t
2•构造要求:
2X90.2=180.4<200mm可
1.5X90.2=135.3<140mm可
3X90.2=270.6<304mm可
3.销子受弯:
(14.5+32+40)X2=173<5X90=450mm
可以不考虑销子受弯而认为强度满足