160t-50m桥架吊车梁受力的的分析计算

160t-50m桥架吊车梁受力的的分析计算
160t/50m架桥机有关
受力校核计算书
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茂名石化工程有限公司设计院
160t/50m架桥机有关受力校核计算
设计计算过程简要说明
由于架桥机工作状态时，存在两种危险截面的情况：I种为移跨时存在的危险截面；II种为运梁、喂梁、落梁时存在危险截面，故此须分别对其进行验算和受力分析。

一、主体结构验算参数取值
1、主导梁自重（包括枕木及轨道）：0.575t/m
2、天车副架梁：2.2t/台
3、天车：0.582t/台
4、验算载荷：160t
5、起重安全系数：1.05
运行冲击系数：1.15
结构倾覆稳定安全系数：≥1.5
6、基本假定
主梁现场拼装时重心最大偏差：e=0.1m
架桥机纵向移动时吊装T梁钢丝绳倾角：β＝±2°
二、总体布置说明
架桥机主要由主导梁、天车副架梁、天车组成。

导梁采用三角形截面桁架拼装式，动力部分全部采用电动操作。

1、导梁中心距：6m；
2、导梁全长：81m，前支点至中支点距离为52m；
3、架桥机导梁断面：2.8m×1.1m；
4、架桥机导梁底部由前部平车总成、中部平车总成、尾部平车总成等组成；
5、吊装系统由2套天车副架梁总成组成；
6、吊装系统采用：2台天车。

三、结构验算
1、施工工况分析
工况一：架桥机完成拼装或一孔T梁吊装就位后，前移至前支点位置时，悬臂最长，处于最不利情况，需验算的主要内容：
1）抗倾覆稳定性验算；
2）支撑反力的验算及中部横梁验算；
3）主导梁内力验算；
4）悬臂挠度验算。

工况二：架桥机吊梁时及架桥机吊梁就位时的验算内容：
1）天车副架梁验算；
2）主导梁内力验算；
3）前支腿强度及稳定性验算及前部横梁验算；
架桥机各种工况见附图1、5、6。

2.基本验算
2.1工况一
2.1.1抗倾覆稳定性验算
架桥机拼装架桥机完成拼装或一孔T梁吊装就位后，前移至前支点位置时，悬臂最长，处于最不利情况下的验算，此时为了生产安全，移跨之前须在架桥机尾部加上适当的配重，这里以安装的砼梁的一端重量作配重，则每条主导梁的配重为40t，故该工况下的力学模型图见图1所示：
图1工况一下的力学模型图
取B点为研究对象，去掉支座A，以求支座C的反力，由力矩平衡方程：
262.27)(6.25)8.5281(2
1
8.52212122⨯-⨯++⨯+-⨯=⨯c R P G G q q kN q P G G q R c 29.248268.5221
2.27)(6.25)8.5281(212
212=⨯-⨯++⨯+-⨯=
R c 远大于零，故是安全的。

倾覆力矩：M 1=0.5q ×52.82＝8015.4kN-m
平衡力矩：M 2=2.27)(6.25)8.5281(21
212⨯++⨯+-⨯P G G q =14470.475kN-m
抗倾覆安全系数k=M 2/M 1=14470.475/8015.4=1.805>1.5满足规范要求。

2.1.2 中支点反力的计算 按上图计算模型，有
kN R P G G q R c b 86.6668121=-+++⨯=
中支点的反力由中担来承担，中担梁的截面如下图所示：
图2 中担截面尺寸图
经计算其截面特性如下：
I ＝2297322667mm 4 W=7657742mm 3 主导梁对中担产生的最大弯矩为
Mmax=R b ×900＝666.86×900＝600174kN-mm
故中担梁截面上的最大应力为：
MPa W M 37.787657742
106001743
max =⨯==σ＜[σ]＝155MPa 安全
2.1.3 主导梁的内力验算
⑴中支点B 处断面所受弯矩最大： M b =0.5q ×52.82＝8015.4kN-m ⑵主导梁截面特性计算 ① 吊车梁主肢的截面特性
吊车梁截面尺寸如图2所示，架桥机车梁截面为3条空心的箱形梁，经计算得3条空心的箱形梁的截面参数为：
图3 主导梁主肢的截面外形尺寸图
上弦梁： I 1=324392277mm 4 A 1＝22912mm 2 下弦梁： I 2=101799936mm 4 A 2＝12672mm 2 则整个架桥机主梁截面的面积为： A ＝A 1+2A 2＝22912＋12672×2＝48256mm 2
()mm A
y A y i
i
i c 5.132348256
240641202240160212672=⨯+++⨯⨯=
=
∑∑
整个架桥机主梁截面的惯性矩为：
I=2I 2+2A 2（160+2240+120－y c ）2＋ I 1+A 1y c 2
=2×101799936＋2×12672×（160+2240+120－1323.5）2＋324392277＋22912×1323.52
＝76944629365mm 4 其截面系数为：
3710187.5)
1605.1323(5
7694462936)160(mm y I W c ⨯=+=+=
⑶主导梁的最大弯曲应力为
MPa MPa W M b 155][5.15410
187.51004.80157
6
=<=⨯⨯==σσ 满足施工要求。

2.1.4 主导梁的挠度验算 主导梁自重产生的最大挠度为
cm 6.34m 346.01057694462936101.288.521075.5812
114
341==⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-EI qL δ
前担重量产生的最大挠度为
cm 2.12m 122.01057694462936101.26)528.523(5210245.416)3(12
112322==⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=-=-EI a L Pa δ
所以弹性挠度为 f 弹＝f 1+f 2=34.6+12.2=46.8cm 能够满足架桥机前移就位。

2.2 工况二
2.2.1 天车副架梁验算
天车副架梁的受力模型图如下：
图4 天车副架梁的受力模型图
经计算，得
kN q G P R a 1.2112
57
.25.791.240025.71=⨯++=++=
其最大弯矩为
m kN q R a -=⨯⨯-⨯=⨯-⨯=8.62575.357.221
05.31.21175.32105.3M 22max
天车副架梁的截面特性参数为 I=1755904000mm 4 W=5853013.3mm 3 其最大弯曲应力为：
MPa W M 9.1063
.5853013108.6256
max =⨯==σ＜[σ]＝155MPa 安全
2.2.2 天车的受力分析
1、天车行走小车梁的受力分析 ⑴天车行走小车梁的受力模型图如下：
经计算，得
kN q G P R a 375.2022
15
.16.191.240026.11=⨯++=++=
其最大弯矩为
m kN q R a -=⨯⨯-⨯=⨯-⨯=416.668.015.121
33.0375.2028.02133.0M 22max
⑵天车行走小车梁的截面特性参数为 I=136263794.9mm 4 W=689272.1mm 3 ⑶其最大弯曲应力为：
MPa W M 36.961
.68927210416.666
max =⨯==σ＜[σ]＝155MPa 安全
2、天车中心横梁的受力分析
⑴天车中心横梁的受力模型图如下图所示
则其最大剪力为 V=422kN 跨中的最大弯矩为
M max =114.913kN-m ⑵天车行走小车中心梁的截面特性参数为 A=19520mm 2 I=413482667mm 4 W=2067413mm 3 ⑶其最大剪应力为：
MPa A V 61.2119520
104223=⨯==τ＜[τ]＝108.5MPa 安全
⑷其最大弯曲应力为：
MPa W M 58.552067413
10913.1146
max =⨯==σ＜[σ]＝155MPa 安全
2.2.3 架桥机跨中主导梁的受力分析 ⑴ 架桥机跨中主导梁的受力分析
架桥机吊梁时及架桥机吊梁就位时的验算内容，这里分两种情形。

工况2-1 架桥机吊梁前吊点行走至前跨正中位置时，其跨中弯矩达最大值，故需对该位置作如下验算：
通过对该主导梁进行受力分析，确定其力学模型如下图所示：
图5 架桥机主梁吊梁工作时的力学模型图之一
图中 P ——为作用在单条主梁某一跨上的集中载荷，N 或kN ；
l——为架桥机主梁的跨度，m；
a,b——为集中载荷作用点距两端点的距离，m。

通过对该工况下连续梁进行内力分析计算，可得：
其最大弯矩为跨中弯矩Mmax=5343.52kN-m
其最大剪力为右端剪力Vmax=655.78kN
工况2-2架桥机吊梁前吊点行走至前跨距前支点32.2米位置时，后吊点即将从运梁车改至由后跨主导梁承担时，其前跨中弯矩达最大值，故需对该位置作如下验算：
图6架桥机主梁吊梁工作时的力学模型图之二通过对该工况下连续梁进行内力分析计算，可得：
其最大弯矩为离左端32.2米处的跨中弯矩Mmax=5624.37kN-m
其最大剪力为右端剪力Vmax=－456.46kN
综合上述两种工况，得
Mmax=5624.37kN-m
Vmax=655.78kN
⑵架桥机跨中主梁截面特性计算
①架桥机跨中主梁主肢的截面特性
架桥机跨中主梁截面尺寸如图7所示，架桥机跨中主梁截面为3条空心的箱形梁，经计算得3条空心的箱形梁的截面参数为：
图7 吊车梁跨中主肢的截面外形尺寸图
上弦梁： I 1=316429653.3mm 4 A 1＝21760mm 2
下弦梁： I 2=100120320mm 4 A 2＝12240mm 2
则架桥机跨中主梁截面的面积为：
A ＝A 1+2A 2＝21760＋12240×2＝46240mm 2
()mm A y A y i i i
c 12.133446240
0217601202240160212240=⨯+++⨯⨯==∑∑ 架桥机跨中主梁截面的惯性矩为：
I=2I 2+2A 2（160+2240+120－y c ）2＋ I 1+A 1y c 2
=2×100120320＋2×12240×（160+2240+120－1334.12）2＋316429653.3＋21760×1334.122
＝73673278293mm 4
其截面系数为：
37109309.4)
16012.1334(37367327829)160(mm y I W c ⨯=+=+= ② 吊车梁斜缀条的截面特性
斜缀条采用2条[10的槽钢，其单肢截面面积为A 1＝13.28cm 2=1328mm 2 ⑶ 吊车梁截面强度校核
① 主肢强度校核
当 P=40t l=53m 时(相当于一共承受160t 吊重)，有：
)(05.11410
931.410624.579
max 1MPa W M =⨯⨯==σ＜［σ］＝155MPa 安全 ② 斜缀条强度校核
斜缀条主要承受截面上的剪力，其轴心力N 1按下式计算，如图8所示：
β
αcos cos 11•=n V N 其中 V 1——分配到一个缀条面的剪力；
n ——承受剪力V 1的斜缀条数；
α——斜缀条与架桥机主梁断面的夹角在纵向断面上投影，α＝52.152520
7001=-tg °； β——斜缀条与架桥机主梁断面的夹角在横向断面上投影，β＝68.92520
4301=-tg °。

正面
断面
图8 斜缀条受力简图
斜缀条的截面按承受N 2的轴心受压构件计算。

已知 P=40t l =53m 时，有： )(78.655max kN V = )(10452.368.9cos 52.15cos 2655780cos cos 2522N V N ⨯︒⨯︒=•=＝βα a) 对斜缀条进行强度校核：
)(48.1352
127410452.35
222MPa A N =⨯⨯==σ＜［σ］＝155MPa 安全 b) 对斜缀条进行稳定性校核：
L ＝2520/cos15.52°/cos9.68°＝2653mm
mm A I r 45.3974
.123.198=== 25.6745
.392653===r L λ 查表得：φ＝0.769，则
)(18.1762
1274769.010452.3'5
222MPa A N =⨯⨯⨯==φσ＜［f ］＝215MPa 安全
⑷ 主梁连接耳板及销轴受力校核
① 耳板受力分析
主梁连接耳板截面承受的最大弯矩为
)(102.582m -kN 8225540.5q 72max mm N M -⨯==⨯=
当此弯矩作用于销轴连接截面时，耳板及销轴的受力最大，此时的上耳板的最大受力为
)(1031.22520
102.58267
max N h M F ⨯=⨯==上 此力作用于上耳板上时，耳板上的应力为
MPa MPa r R F 100][)(5.87)
40100(11041031.2)(6=<=-⨯⨯⨯=-=σδσ上 安全 下耳板的最大受力则为
)(10155.12520
2102.5822267
max N h M F F ⨯=⨯⨯==上下＝ 此力作用于下耳板上时，下耳板上的应力为
MPa MPa r R F 120][)(1112
)36101(8010155.1)(2622=<=⨯-⨯⨯=-=σδσ下下 安全 ② 销轴受力分析
上销轴受耳板间产生的剪力V ＝F 上，当销轴采用材质为15MnVB 的高强度
圆钢时，每根上销轴共有两个截面受剪，故其最大剪应力为
MPa MPa r F A F 195][)(5.603914.381031.288262=<=⨯⨯⨯⋅=τπτ＝＝上销上
上销上上 安全 下销轴受耳板间产生的剪力V ＝F 下，故下销轴的最大应力为
MPa MPa r F A F 195][)(03.7535
14.381031.288262=<=⨯⨯⨯⋅=τπτ＝＝下销上下销上下 安全 2.2.3 前支腿强度及稳定性验算及前部横梁验算
⑴ 前支腿的支反力计算
前支腿的最大支反力产生于架桥机架梁即将就位的状态下，该状态下的受力模型图如下图9所示：
图9 架桥机架梁即将就位的状态下的受力模型图
通过对该连续梁进行内力分析计算，得
其前担的最大支反力为 V 1max =－538.2kN
其中担的最大支反力为 V 2max =－610.2kN
前支腿为两根φ273×14×3300的钢管制成，故每根前支腿的受力为 F 前＝538.2/2=269.1kN
⑵ 前支腿的强度及稳定性验算
前支腿的截面特性为
A 前＝11391mm 2 I 前＝95797500mm 4 i=91.7mm
故 367
.913300===i l λ 查表得：φ＝0.927 对其进行强度验算，其最大压应力为
155MPa ][MPa 62.2311391
101.269A 3
=<⨯=σσ＝＝前前
F 安全 对其进行稳定性验算，其最大压应力为 15MPa 2f MPa 48.2511391
927.0101.269A 3
=<⨯⨯⋅=＝＝前前
φσF 安全 ⑶ 前部横梁的强度验算
前部横梁的最大弯矩为
M max =F 前×900＝269.1×900＝242190kN-mm
前部横梁的截面特性为
A ＝39080mm 2 I=2713305666.7mm 4 W=8348632.8mm 3
故前部横梁的应力为
MPa 125][MPa 89.639080
101.269A 3
=<=⨯==ττ前
F 安全 MPa 155][MPa 298.834863210242190W M 3
max =<=⨯==σσ 安全 2.3 副架梁的受力分析验算
2.3.1 副架梁的受力力学模型
副架梁主要承受自重载荷及施工载荷，受力力学模型如下图所示：
参考文献
1 《工程起重机》长沙铁道学院本科教材;
2 《起重机设计手册》机械工业出版社,1984 ;φφ
3 唐秀近 时战 《结构力学》 大连理工大学出版社。

4 S.铁摩辛柯 J.盖尔[美] 《材料力学》 科学出版社。

5 建筑结构设计手册丛书编委会 罗邦富 魏明钟等 《钢结构设计手册》(GBJ17－88版) 中国建筑工业出版社。