架桥机计算书教材.docx
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架桥机计算书教材
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=7.5t(含卷扬机)
吊梁天车横梁重:
Q3=7.3t(含纵向走行)
主梁、桁架及桥面系均部荷载:
q=1.29t/节(单边)
1.29X1.1=1.42t/节(单边)
0号支腿总重:
Q4=5.6t
1号承重梁总重:
Q5=14.6t
2号承重梁总重:
Q6=14.6t
纵向走行横梁(1号车):
Q7=7.5+7.3=14.8t
纵向走行横梁(2号车):
Q8=7.5+7.3=14.8t
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:
qi=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:
①=1.1
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
P7
>
图1
P1=5.6t(前支柱自重)
P2=1.42X(22+8.5)=43.31t(导梁后段自重)
P3=1.42X32=45.44t(导梁前段自重)
P5=P6=14.8t(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=习CKnqAi
=1.2X1.39X66X(0.7+0.584+0.245+2.25+0.3+0.7+0.8+1.5)
xi2.9=10053kg=10.05t
作用在轨面以上5.58m处
M抗=43.31X15+14.8X(22+1.5)+14.8X27.5+14.6X22=1725.65t.m
M倾=5.6X32+45.44X16+10.05X5.58=962.319t.m
架桥机纵向抗倾覆安全系数
n=M抗/M倾=1725.65/(962.319X1.1)=1.63>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
天车梁
箱梁
导梁图2
P4起重小车
简图如图
P1为架桥机自重(不含起重车),作用在两支点中心
Pi=43.31+45.44+7.3X2+14.6X2=132.55t
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+ni)(1+n)①a其中:
ni=0.53n=0.5
A=(1+0.53)(1+0.5)X62X2.25=320.1525m2
风荷载P2=CkhA
=1.6X1.39X19X320.1525=13528kg=13.53t
P3为天车导梁承受的风荷载,作用点在支点以上5.179m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=7.5X2+100X1.1=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8.113m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=P2X3.8+P3X5.179+P4X1.435+P5X8.113
=13.53X3.8+0.1244X5.179+125X1.435+3.042X8.113=256.11tm
M抗=P1X4.8=132.55X4.8=636.24tm
架桥机工作条件横向抗倾覆安全系数
n=M抗/M倾=636.24/(256.11X1.1)=2.26>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
起重小车
天车横梁
导梁
大车横梁
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四•结构分析
(一)荷载取值:
桁架及桥面系均部荷载1.29t/节X1.1=1.42t/节(单边),荷载(100+7.5X2)X1.2=138.0t。
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(7.5+7.3)/4=3.7t,负荷轮压集中力为(7.3+138)/4=36.325t,架边梁时轮压集中力为(重边):
7.3/4+138/2=70.825t,(轻边)7.3/4=1.825t.吊
梁小车轮压集中力138/4=34.5t(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,加1.1的系数,852.6X1.仁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
:
1
[11
II
ABC
图4
前行时
i#提梁时门―
573厂'"彳33.573占0・~19卜"°门
202_;
2#提梁时
2j3CM3
r架中梁时
38.8巳卜宀£38眈3)143]■
架边梁时(重边)厂「
47.643
图5(单位:
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
+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
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
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
I
匚
1□
□
\0
ii)
斗
0
1(>
^36
图6
度为12mm,用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=146.45cm2,l=68512.5cm4
A=145.45
X2X100+12X406X2=3903mm2
I=68512.5
X104X2+12X406X(560+6)2X2=4.49-3m4
计算图示如下图7(单位m):
P1P2
、9.GZ
一
r
图
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=9.6m
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93.75tm
则翼缘板应力:
My93.75汇0.2922
-6097t/m2=60.97MPa:
:
㈢=210MPa
I0.00449
腹板最大应力:
压应力
'-F
TwLz
93.751.35104
162214.5
=269.39MPa:
:
:
[匚]=320MPa
Lz=22X4+(12+25)X2=162mm
换算应力:
■■■;=y23,=』60.972319.852=70.0MPa1.1[二]=231MPa
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36.8t(由电算
分析),此时由导梁传向横梁的荷载为P=71.14t.
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
工
10
J
□0
■'X
380
0M
为14mm,腹板厚10mm。
计算图示如下图9:
(单位:
m)
P1P2
t0.35L
10,3
C83
图
截面特性如下:
l=[0.380X0.463-(0.38-2X0.01)X0.4323]/12=0.000664m4
导梁支点悬出立柱中心位置0.85m,贝U
M=71.14X0.85=60.469tm
翼缘应力:
〈可〉
60.4690.23=16025t/m2=209.56MPa:
:
[门=210MPa
0.000664
腹板剪应力:
”_QS71.14x(14x380x(230—7))x10‘
vimax3
I「0.00066421010
=6358.48t/m2=63.58MPa订刁=140MPa
局部压应力
lz=(120X2+10)X2+2X14=528mm
换算应力:
=站匕2+3/=斗'209.562+3江63.582=236.7MPa痒1.1[c]=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
bo=2OO-1O-1O=18O
h/bo=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=9O/14=6.43<[b/t]=12.4(可)
h。
46O-28
t10
腹板局部稳定
=43.2:
[匹]=80235=66
tX345
故不需设加劲板,为安全起见,在直接受力处加了厚1Omm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1Omm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O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:
P1P2
L
¥
图
1.1号车横梁挠度计算:
m=1ml=9.6m
El=8.98X108
当P1=P2=71.93t
/=m/l=1/9.6=0.1042
当P1=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
42
(320.1042)=1.87110"m
32.73104129.6
68.98108
2
上,P1'mlfc':
3EI
(1■)=
4
61.021019.6
8
38.9810
(10.1042)=2.40110‘m
61.0210419.6
8
68.9810
fd=mX0b=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=P2=44.89t
/=m/l=0.65/10.3=0.0631
=7.6610”m71.14tP2=18.63t时,可以把C点的P1分解开,P仁P1'P2有
P1'71.14-18.63=52.51
18.631040.65210.3
61.32810
fd=mXBb=065X0.0044=0.00286m
fc=3.181+6.098=9.279mmfd=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)d仁23.19mm
9.279/1=d2/(2.25+.245)d2=35.62mm
d=d1+d2=58.81mm
综上计算,天车咬合总间距为58.81mm,(100-70)X2=60mm可
八.15。
型分配梁:
(1号车处)
截面形式如上图11:
(单位mm)
02
004
600
截面特性:
A=0.6XQ.Q2X2+2XQ.36XQ.Q16=0.03552m2
跨中集中荷载
P=93.75+764/1QQQ=94.514t
腹板最大剪应力:
=33.94MPa:
:
[]=14QMPa
lz=6QQ+2X2Q=64Qmm
换算应力:
厂-;.23.2二71.46233.942=92.53MPa:
:
1.1[匚]=231MPa可
九.0号柱承载力检算
立柱采用①219mm无缝钢管,壁厚12mm(内管①192mm,壁厚13mm),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(加’为以内钢管为准)。
图13
图12
截面特性:
A=2
二(d厶-d1)
22
二(0.219-0.195)
A'=2
2
=0.0156m
二(十-d1)
22
二(0.192-0.1662)
=0.0146m2
二(d-d1)
44
■:
(0.219-0.195)
32
=8.3910*m4
Iy'=2
44
(d-d1
64
回转半r
Iy
8.3910^
「0.0156=0.0733m
回转半r'
Iy'
5.88710^
yA'
0.06345m
0.0146
按一端固结,一端铰接计算
长细比=巴=07竺二34.4:
:
[]=150
ry0.0733
长细比‘牛^^二39.71]"150
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
271.14104
0.941870.0146
=103.047MPa十]=210MPa
〈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)
回转半ry-
J2・9435E=0.0635m
.Ai0.0073
按一端固结,一端铰接计算
长细比几=:
「00薦卜39."泊50
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
应力匚二N=271.1410=206.93MPa:
:
[二]=210MPa可
*A0.9419況0.0073
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:
1n(1—*)0.96x(1—0.9616)
E0.72
n1-16(1-0.96)
所需牵引力:
令57.2丄丄/r、
P4.965t:
:
:
5t〈可〉
ne160.72
选用公称抗拉强度为1700MPa的钢丝绳,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
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=656cm2
lx=656X1002=6560000cm4
Iy=656X502=1640000cm2
Wx=Ix/y=5660000/(100+12.5)=58311.11cm
Wy=ly/x=1640000/(50+12.5)=26240cm
65驚皿
=50cm
/x=l0/rx=3200/100=32
2y=l0/ry=3200/50=64
查表Q235(b类构件)得:
©x=0.929,如=0.786
竖向荷载在跨中产生的最大弯矩:
Mx=RX16-qX162/2=23.36X16X2-1.42X162/2=565.76tm
横向风力产生在导梁跨中最大弯矩:
按7级风压检算(Wo=19kg/m)
W=KiK2K3K4Wo=1X0.4X1.0X1.2Xl9=9.12kg/m
计算原理:
MxMy…—c
[f]=170MPa
:
:
」xWxGyWy
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
My=2X9.12X2.495X(322/8)X10-3=6.0tm
MxMy565.76104:
」xWx:
」yWy—0.92958311.11
•当架桥机前行时,B点截面及截面特性同上有:
Wx=58311.11cm3
Wy=26240cm$x=0.929,$y=o.786
22
竖向最大弯矩Mx=ql/2=1.42X32/2+32X5.6=906.24t.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,
[c]=215MPa,W=141cm3)间距取1.0m,均置于节点上,钢轨采用P50,允许弯应力[c]=400MPa,W=287.2cm3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
Mmax=pl/4=1X31.55332X0.7/4=5.5216tm
d=5.522Xl04/287.2=192.26MPa<[c]=400满足规范要求。
2.工字钢
行走时:
M=pl/4=1X17.988X0.7/4=3.1479tm
卢3.1479Xl04/141=223.26Mpa<1.05[o]=215Xl.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20mm
图15
截面形式如图15截面特性如下:
A=20X2X460+16X(800-40)=30560mm
1=20X460X4002X2=2.944X10-3m4
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