吊车梁计算书.docx
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吊车梁计算书.docx
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吊车梁计算书
1计算总说明1
1.1计算目的和要求1
1.2计算原理1
1.3计算假定1
1.4计算的基本资料1
1.5设计工况及荷载组合3
2工况一(正常运行)计算过程3
2.1荷载计算3
2.2梁的计算跨度4
2.3内力计算4
2.4配筋计算6
2.4.1正截面承载力计算6
2.4.2斜截面承载力计算8
2.4.2.1截面尺寸复核8
2.4.2.2验算是否按计算配臵腹筋:
8
2.4.2.3腹筋计算8
2.4.3抗扭计算8
2.5正常使用极限状态验算14
2.5.1裂缝宽度验算14
2.5.2挠度验算15
2.6成果分析16
3工况2(静负荷试验)计算过程17
3.1荷载计算17
3.2梁的计算跨度,17
3.3内力计算18
3.4配筋计算19
3.4.1正截面承载力计算19
3.4.2斜截面承载力计算20
3.4.2.1截面尺寸复核20
3.4.2.2验算是否按计算配臵腹筋:
20
3.4.2.3腹筋计算20
4工况3计算过程(动负荷试验)21
4.1荷载计算21
4.2梁的计算跨度21
4.3内力计算22
4.4配筋计算23
4.4.1正截面承载力计算23
4.4.2斜截面承载力计算25
4.4.2.1截面尺寸复核25
4.4.2.2验算是否按计算配臵腹筋:
25
4.4.2.3腹筋计算25
4.5正常使用极限状态验算26
4.5.1裂缝宽度验算26
4.5.2挠度验算27
4.5.2.1构件短期刚度Bs:
27
4.5.2.2构件长期刚度Bl:
27
4.5.2.3验算构件的挠度28
5总结28
6附图及资料28
厂房吊车梁内力及配筋计算
1计算总说明
1.1计算目的和要求
本算稿为某水电站施工详图设计阶段,利用已作出的弯矩和剪力影响线图,绘出吊车梁的弯矩和剪力包络图,求出吊车梁的最大内力,最终计算出吊车梁的配筋。
1.2计算原理
依据结构力学原理计算出吊车梁的内力影响线及最终绘出内力包络图,依据
水工钢筋混凝土理论进行配筋计算及正常使用极限状态的验算。
1.3计算假定
作出吊车梁的影响线,假定桥机车轮在梁上移动,桥机在某一位臵时的竖标值之和最大时,为荷载最不利位臵。
某水电站厂房吊车梁采用预制T型梁,搁臵在主排架的牛腿上视为单跨铰接简支梁。
1.4计算的基本资料
根据厂房预制吊车梁布臵图(见附图),吊车梁的长度共有8种规格,其长度依次为:
9.180m,9.160m,9.860m,8.900m,8.200m,8.880m,10.195m,9.495m。
本算稿选取标准跨径为10.195m的梁进行计算,实际制造长度为10.175m,梁的净跨度为8.095m,梁的支承宽度按1.39m、0.69m计算。
初拟该T形梁的梁高h=2500mm、梁肋宽计算宽度b=800mm、翼缘计算宽度bf=1600mm、翼缘计算高度hf=400mm,截面尺寸如图1.4-1。
受力钢筋为U级钢筋:
fy=310N/mm2
箍筋为I级钢筋:
fyv=210N/mm2
砂浆容重:
=20kN/m3
840mm/840mm/1270mm/840mm/840mm/2080mm/840mm/840mm/1270mm/840mm
/840mm
平衡梁重:
409.81=392.4kN
依据的规范及参考文献:
DL/T5057—1996《水工混凝土结构设计规范》
SL266—2001《水电站厂房设计规范》
中国水利水电出版社《水工钢筋混凝土结构学》
高等教育出版社《结构力学》
DL5077—1997《水工建筑物荷载设计规范》
水利电力出版社《水电站厂房设计》
1.5设计工况及荷载组合
计算过程分三种工况计算:
工况一:
正常运行。
该T型梁承受的荷载有:
①.永久荷载:
梁自重、轨道及连接件的自重;②•可变荷载:
吊车吊最重件的同时在吊车轨道上移动对吊车梁所产生的影响等。
工况二:
静负荷试验。
工况三:
动负荷试验。
2工况一(正常运行)计算过程
2.1荷载计算
结构重要性系数为:
0=1.0,因为持久状况,设计状况系数即=1.0。
结构系数:
d=1.2
永久荷载分项系数:
g=1.05,可变荷载分项系数:
b=1.1,见《水工建筑物荷载设计规范》。
动力系数取为:
-1.05
梁上作用的均布荷载标准值:
梁自重标准值:
gk=(0.41.62.10.8)25=58kN/m
C30细石混凝土找平层标准值:
gk=0.101.625=4.0kN/m
钢轨及附件重标准值:
g轨=1120+584010009.81=1.489kN/m
I92X2丿
均布荷载标准值:
gb=58-4.01.489=63.489kN/m
均布荷载设计值:
gmGgb=1.0563.489=66.663kN/m
移动荷载:
根据厂家资料竖向最大轮压:
Pmax=790kN
移动(集中)荷载设计值:
P=Q」pmax=1.11.05790=912.45kN
平横向刹车力:
根据DL5077—1997《水工建筑物荷载设计规范》,按小车、
吊物及吊具的重力之和4%采用:
T=21009.818009.814%=392.4kN
2.2梁的计算跨度
计算跨度(单跨简支梁):
单跨最长为I=10195mm,净跨为J=8095mm,梁两端的支承宽度a分别为
0.69m,1.39m。
l0=1.05ln=1.058095=8500mm:
:
:
l0=ln8095690=8785mm,取较小
值。
所以梁的计算跨度取8500mm
吊车梁的计算简图见图2.2-1。
P=912.45kN
图2.2-1梁的受力简图
2.3内力计算
将单跨吊车梁分成10等份,因结构及荷载对称,取半跨0〜5共6个截面进
行计算,则相邻截面间距为0.850m。
a)在均布荷载P作用下,各计算截面的内力可按下式计算
■11
M(x)二0:
o(qlxqx2)
22
1
Q(x)二o:
o(—ql-qx)
(233)
(2.3.4)
将q=g=66.663kN/m代入上两式得各截面的弯矩和剪力,见表2.3-1
表2.3-1均布荷载作用下截面的弯矩和剪力表
'、、截面内力、、、
0
1
2
3
4
5
M(kN卽)
0
216.74
385.31
505.72
577.97
602.05
V(kN)
283.32
226.65
169.99
113.33
56.66
0
b)在吊车最大竖向轮压作用下,先求解得预制单跨简支梁的弯矩和剪力影响线,具体过程详见《厂房吊车梁影响线计算》算稿,影响线系数成果见表2.3-2
和表2.3-3。
表2.3-2弯矩影响线成果表
项目
截面0
截面1
截面2
截面3
截面4
截面5
a
0
0.388
0.664
0.863
0.967
0.988
表2.3-3剪力影响线成果表
项目
截面0
截面1
截面2
截面3
截面4
截面5
P
4.701
3.890
3.176
2.563
1.965
1.410
Pi
min
0
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4
-0.5
移动荷载各计算截面的最大(最小)内力按下式计算:
M=:
PI
将〉、-P代入上式,得各截面的弯矩和剪力,见表2.3-4
表2.3-4移动荷载作用下截面的弯矩和剪力表
'、截面内力'、、、
0
1
2
3
4
5
M(kN.m)
0
3009.260
5149.868
6693.277
7499.883
7662.755
Vmax(kN)
4289.427
3549.431
2897.941
2338.609
1792.964
1286.555
Vmin(kN)
0
-91.245
-182.490
-273.735
-364.980
-456.225
c)叠加后的内力见表2.3-5
表2.3-5截面的弯矩和剪力表
内力
截面
0
1
2
3
4
5
M(kNm)
0
3226.000
5535.178
7198.997
8077.853
8264.805
Vmax
(kN)
4572.747
3776.081
3067.931
2451.939
1849.624
1286.555
Vm.
(kN)
283.320
135.405
-12.500
-160.405
-308.320
-456.225
上表数值系利用表2.3-1均布荷载作用下的弯矩和剪力表及表2.3-4的移动
荷载作用下截面的弯矩和剪力表合并求得。
:
1
图2.3-1弯矩和剪力包络图
2.4配筋计算
2.4.1正截面承载力计算
该吊车梁采用预制,梁的截面尺寸参考同类的结构初拟,梁高满足梁跨的要
求,梁的高宽比h/b也满足要求,需要求受拉钢筋截面面积As。
吊车预制T型梁高度h=2500mm、梁肋宽b=800mm、翼缘计算宽度bf=1600mm、翼缘计算高度hf=400mm。
根据2.3节的计算结果可知,梁的下部配筋需根据2.3内力计算中的弯矩包络图中的值Mmax=8264.805kN_m进行计算。
梁下层配筋计算,估计需配两排纵筋,Mmax=8264.805kNm,取a=100mm,
22z
ho=2500-100=2400mm,仁=15N/mm,fy=310N/mm(H级),
2.
fyv=210N/mm(I级),d=1.2。
确定翼缘计算宽度按《水工钢筋混凝土结构学》中的表3—3查得:
hf'/h0=400/2400=0.17.0.1,独立T型梁,所以
bf二I。
/3=8500/3二2833.33mm
bf'二b12hf'二80012400二5600mm
上述两值均大于实有宽度(1600mm),故取bf'=1600mm。
鉴别T型梁的所属情况:
dM=1.28264.805=9917.766kN打
fcb;h;h0-h;/2[=151600400(2400-400/2)=21120kNn
rdM:
:
:
mh°_hf/2
所以属于第一种情况的T形梁(x^h;),按宽度为1600mm勺矩形梁进行计算。
6
rdM1.28264.80510
亠d2……20.0717
fcbfh015X1600X2400
'=1一.,1一2亠=1一.1一20.0717=0.0744:
:
:
b=0.544
仁匚bfh。
15況0.0744汇1600X24002
As13824mm
fy310
rAs13824r
s100%=0.720%「min=0.15%
bh08002400
选配钢筋27^36(As=14250mm2)。
2.4.2斜截面承载力计算
2.4.2.1截面尺寸复核
根据2.3节内力计算中的剪力包络图(图2.3—1),可知桥机轨道梁中的最
大剪力值为Qmax=4572.747kN。
验算截面尺寸,由于==2.5乞4.0,根
b800
据DL/T5057—1996《水工混凝土结构设计规范》中的公式6.5.1-1得:
0.25fcbh0=0.25158002400=7200kN
0.25fcbh0.rdV=1.24572.747=5487.296kN
故截面尺寸满足抗剪要求。
2.4.2.2验算是否按计算配臵腹筋:
0.07fcbh0=0.07158002400=2016kN
0.07fcbh0:
:
:
rdV=5487.296kN
应按计算配臵腹筋。
2.4.2.3腹筋计算
初选六支箍筋,由于梁高较大(h=2500mm),箍筋不能太细,选用12@100,
即Asv=6;・113.1=678.6mm,s=100mm。
a)验算配筋率:
满足最小配筋率的要求。
b)计算V:
678.6
=0.07158002400-1.252102400
100
二6291.18kN七「dV—5487.296kN
故构件所配的钢筋足以抵抗荷载引起的剪力,不需要弯起钢筋来抗剪。
2.4.3抗扭计算
横向水平刹车力T系通过大轮子传给轨顶、由轨顶再传给吊车梁的。
力的方
向为水平向,力的作用位臵与竖向轮压相同,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"max,而自重等均布恒载则不予考虑。
根据SL/266—2001《水电站厂房设计规范》公式(424)计算作用于吊车梁的扭矩标准值:
□t=7(」Pmax臼•H。
。
2)
式中:
ei吊车轨道安装偏心矩,一般取2cm;
e2——吊车横向水平刹车力T对吊车梁截面弯曲中心的距离,e^ha-ya;
ha——轨道顶至吊车梁顶面的距离,取27cm;
J――吊车竖向轮压动力系数,1.05;
Pmax吊车最大竖向轮压标准值,kN,Pmax=790kN
ya——截面弯曲中心至截面顶面距离;
Ho——吊车横向水平作用标准值(一个轮子),kN,
Ho=T,m=392.4.;12=32.7kN(m为作用在一侧吊车梁上的轮子数)
一:
——扭矩和剪力共同作用下的组合系数,2=0.7。
e2=270-695.283=965.283mm
e^20mm
mT=(1.057900.02-32.70.9653)0.7=33.709kN:
m
梁的最大扭矩(MTmax)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:
kNm
MTmax“,3.709血9.427=158.466
%APmax1.1X1.05X790
图2.4-1换算截面图(单位:
mrh
a)验算截面尺寸:
T形截面各矩形分块的抗扭刚度为:
22
b80073
梁肋:
Wtw(3h-b)(32500-800)=71.4710mm
66
翼缘:
22
”hf40073
Wtf(bf-b)(1600-800)=6.4010mm
22
整个截面受扭塑性抵抗矩为:
Wt二WtwWtf=71.471076.4010^77.8710?
mm
2
(0.25fc)(0.2515.0)=3.125N/mm
rd1.2
截面尺寸满足要求。
b)验算是否需按计算确定抗剪扭钢筋
—(0.7ft)—0.71.50=0.875N/mm^:
—MTmax=2.585N/mm
□1.2bh。
Wt
应按计算确定抗剪扭钢筋。
c)抗弯纵筋计算:
判别T型梁截面类型:
(2400-400/2)|-17600kN:
m
.M=8264.805kNn
属于第一类T型截面,按b;h矩形截面计算,与前面计算配筋一致
d)腹板抗剪扭钢筋计算:
e)
T型截面的扭矩分配:
2)验算腹板的配筋是否按弯、剪、扭构件计算:
11
(0.035fcbh0)0.035158002400=840kN:
:
:
V=4572.747kN
「d1.2
不能忽略V的影响。
117
(0.175ftWtw)0.1751.571.4710156.341kN打:
:
:
Mtw=145.442
「d1.2
不能忽略Mt的影响,腹板应按弯、剪、扭构件计算。
3):
t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
1.5
VWt'
10.17(‘1.5)—
Tbh0
式中:
剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数;
用点至支座截面或节点边缘的距离;
扭矩设计值,T=MTmax。
Asv
dV-0.07(1.5-'-t)fcbh
1.25fyA
1.24572.747103-0.07(1.5-0.222)158002400
1.252102400
2
=4.62mm/mm
=1.2
A
yvcor
67
1.2145.44210-0.350.2221.571.4710
1.2\1.2210(800-252)(2500-100-25)
2
=0.186mm/mm
米用六肢箍筋(n=6),则腹板单位长度上的单肢箍筋总截面面积为:
4.622
0.186=0.956mm/mm
ns
..2
选用箍筋直径为*12(Asv1=113.1mm),则得箍筋间距为:
113.1
118.31mm,取s=100mm。
0.956
满足最小配筋率的要求。
5)腹板纵筋计算
腹板抗扭纵筋:
fyS
210工2X(750+2375)2
=1.20.186945mm
310
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=Itminbh=0.0028002500=4000
抗扭纵筋的间距不应大于300mn或梁宽b,故沿梁高分九层布臵纵筋:
400022
444.44mm,选用2^18(As=509mm);
27:
:
」36(As=14250mm=)
e)翼缘抗扭钢筋计算:
1)箍筋:
'77
0.35ftWtf=0.351.56.40103.3610N_mm
■■'67'7
dMtf=1.213.02410=1.5610:
:
:
0.35ftWtf=3.3610Nnm
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12@100。
2)纵筋:
As;fyvucorf113.1X210X2^f350+750\2
Ast一=1.22023mm
fyS310X100
式中:
——受扭构件纵向钢筋与箍筋的配筋强度比,取1.2;
A,――受扭计算中单肢箍筋的截面面积;
U"――截面核心部分的周长。
(混凝土保护层厚度为25mm。
不满足最小配筋率要求。
按最小配筋率Ast=dtminbh=0.0028002500=4000mm2。
选配钢筋8G28(As=4926mm2)。
2.5正常使用极限状态验算
2.5.1裂缝宽度验算
因该梁处于室内正常环境,环境类别为一类,由附录五表1可知,荷载效应
长期组合下Wmax丨-0.35mm;
12M移127662.755
Ml^r0(gbl0—)=1.0(-63.4898.5)=6635.558kN:
m
8L»81.1X1.05
(Ml是由荷载标准值按荷载效应长期组合计算的弯矩)
荷载效应长期组合最大裂缝宽度计算公式:
d
)
Ae
式中:
冷构件受力特征系数,受弯构件冷=1.0;
-:
>2钢筋表面形状系数,变形钢筋S=1.0;
:
-3荷载长期作用影响系数,荷载效应的长期组合=1.6;
c——最外排纵向钢筋外边缘至受拉区底边的距离,c=25mm;
d受拉钢筋直径,d=36mm;
Ate有效受拉混凝土截面面积,Ate=2ab=2100800=160000mm2;
As受拉区纵向钢筋截面面积,As=14250mm2;
A14250
:
:
te——纵向受拉钢筋的有效配筋率,九二」——0.089;
Ate160000
Es——钢筋的弹性模量,Es=2.0105N/mm2;
;,l――按荷载效应长期组合计算的构件纵向受拉钢筋应力,
223.0136
=1.01.01.65(325-0.1)
2.0100.089
=0.206mm:
:
lwmax〕=0.35mm
故满足裂缝宽度要求。
2.5.2挠度验算
根据DL/T5057-1996《水工混凝土结构设计规范》中4.3.4条,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。
故正常运行工况下不进行挠度验算。
2.6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=2500mm、梁肋宽b=800mm、翼缘宽度bf=1600mm、翼缘高度h;=400mm;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14G36,底部受拉
钢筋分两排布臵,每排均布臵7根;抗剪箍筋选用六肢箍12@100,翼缘按构造要求选用双肢箍12@100,纵筋&:
-28,为了保证其配筋骨架的整体性,需在梁中间配臵纵向架力钢筋,选用6G18的钢筋,同时设立拉筋12@600。
考虑到梁承受的荷载和跨度,分别对梁进行了裂缝宽度、扭曲、挠度等验算,均满足要求。
具体的配筋见图2.6.1o
图2.6.1配筋图
3工况2(静负荷试验)计算过程
3.1荷载计算
永久荷载分项系数:
G=1.05,可变控制荷载分项系数q=1.1。
该工况是将小车停在桥机的跨中处,无冲击的起升额定起重量的1.25倍负
荷,桥机总重为410t,额定起重量为2400to
最大起吊容重:
Gt=24001.259.81=9810kN
桥机总重:
G2=4109.81=4022.1kN
吊车在一侧梁上的轮子数:
m=12
竖向轮压设计值为:
乜乜(Gt+G2)(9810+4022.1X
P二QPmax二Q-一=1.1633.971kN
2m24
根据2.1计算结果:
均布荷载标准值:
gb=5
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