格构式型钢井架计算解读

格构式型钢井架计算书

依据《龙门架及井架物料提升机安全技术规范》完成。

一、荷载计算:

井架所受到的荷载主要包括以下几项：

1.起吊物和吊盘重力（包括索具等）G

其中 K ──动力系数，K=1.20；

Q ──起吊物体重力，Q=10.00kN；

q ──吊盘（包括索具等）自重力，q=2.00kN。

经过计算得到 G=14.4kN。

2.提升重物的滑轮组引起的缆风绳拉力S

其中 f0──引出绳拉力计算系数，取1.06。

经过计算得到 S=15.26kN。

3.井架自重力为1.00kN/m

4.风荷载为 Qw =1.20kN/m

5.摇臂杆端点A各杆件的内力

摇臂杆的起重荷载为 Q2=16.50kN

则起重滑轮组引出的索拉力S1=1.20×16.50=19.8kN

A点三向力平衡公式

根据已知条件=30.0，=45.0。

其中 N ──摇臂杆的A端点轴力，经计算得到为34.3kN；

T1──变幅滑轮组缆风绳的张力，经计算得到为17.75kN。

6.每根缆风绳的自重力

其中 Ts ──每根缆风绳自重力产生的张力(kN)；

q ──缆风绳单位长度自重力，取0.008kN/m；

l ──每根缆风绳长度，H/cos确定(m)；

H ──缆风绳所在位置的相对地面高度(m)；

──缆风绳与井架的夹角；

w ──缆风绳自重产生的挠度(m)，取w=l/300。

经过计算得到由上到下各缆风绳的自重力分别为

H1=50m —— Ts1=21.21kN

H2=20m —— Ts2=8.49kN

格构式型钢井架立面示意图

二、井架内力计算:

1. 各缆风绳与型钢井架连接点截面的轴向力计算：

经过计算得到由上到下各缆风绳与井架接点处截面的轴向力分别为

第1道H1=50m

N1=14.4+15.26+1.00×(50.00-50)+17.75×sin45.0+2×21.21=84.63kN 第2道H2=20m

N2=14.4+15.26+1.00×(50.00-20)+17.75×sin45.0+(34.3-19.8)×sin30.0+2×21.21+2×8.49=13 8.86kN

摇臂杆的支点截面处 H=37.5m

N O=14.4+15.26+1.00×(50.00-37.5)+17.75×sin45.0+(34.3-19.8)×sin30.0+2×42.42=104.38

2. 各缆风绳与型钢井架连接点截面的弯矩计算：

型钢井架计算简图

经过连续梁的计算得到

型钢井架剪力图(kN)

型钢井架弯矩图(kN.m)

经过计算得到由上到下各缆风绳与井架接点处截面的弯矩分别为

第1道H 1=50m 弯矩和支点力分别为

M 1=0kN.m ； Q 1=0kN

第2道H 2

=20m 弯矩和支点力分别为

M 2=143.892kN.m ； Q 2=47.22kN

摇臂杆的支点截面处 H O =37.5m 弯矩为

M O =162.805kN.m

三、整体稳定性计算:

1. 井架截面的力学特性：

井架的截面尺寸为1.60×2.00m ；

主肢的截面力学参数为 A 0=11.50cm 2，Z 0=2.15cm ，I x0=60.00cm 4，I y0=60.00cm 4；

格构式型钢井架截面示意图

井架的y-y轴截面总惯性矩：

井架的x-x轴截面总惯性矩：

井架的y1-y1轴和x1-x1轴截面总惯性矩：

经过计算得到：

I x=440672.64cm4；

I y=279028.64cm4；

I y'=I x'=359850.64cm4；

计算中取井架的惯性矩为其中的最小值279028.64cm4。

2. 井架的长细比计算：

井架的长细比计算公式：

其中 H ──井架的总高度，取50.00m；

I min──井架的截面最小惯性矩，取279028.64cm4；

A0──一个主肢的截面面积，取11.50cm4。

经过计算得到=64.2。

换算长细比计算公式：

其中 A ──井架横截面的毛截面面积，取4×11.50cm2；

A1──井架横截面所截垂直于x-x轴或y-y轴的毛截面面积，取2×6.90cm2；

经过计算得到h=65.23。

3. 井架的整体稳定性计算：

井架在弯矩作用平面内的整体稳定性计算公式：

其中 N ──轴心压力的计算值(kN)；

A ──井架横截面的毛截面面积，取4×11.50cm2；

──轴心受压构件弯矩作用平面内的稳定系数；

mx──等效弯矩系数, 取1.0；

M ──计算范围段最大偏心弯矩值(kN.m)；

W1──弯矩作用平面内，较大受压纤维的毛截面抵抗矩, W1 = 3487.86cm3；

N Ex──欧拉临界力(kN)。

根据换算长细比=65.23查《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附录B得到=0.797。

欧拉临界力N Ex的计算公式为

经过计算得到 N Ex=3.142×2.1×107×4×11.50/65.232/1000=2238.42kN；

经过计算得到由上到下各缆风绳与井架接点处截面的强度分别为

第1道H1=50m

σ=23N/mm ,计算强度小于205.0N/mm ,满足要求!

第2道H2=20m

σ=76.94N/mm ,计算强度小于205.0N/mm ,满足要求!

摇臂杆的支点截面处 H O=37.5m

σ=72.73N/mm ,计算强度小于205.0N/mm ,满足要求!

四、缆风绳受力计算:

缆风绳的拉力设计值选取各支点力水平分力最大值作为设计依据，最大值绳拉力为

[F g]=47.22/sin45.0=66.78kN

缆风绳的容许拉力按照下式计算：

其中[F g] ──缆风绳的容许拉力(kN)；

F g──缆风绳的钢丝破断拉力总和(kN)；

计算中可以近似计算F g=0.5d2，d为缆风绳直径(mm)；

──缆风绳之间的荷载不均匀系数，对6×19、6×37、6×61缆风绳分别取0.85、0.82和0.8；

K ──缆风绳使用安全系数。

计算中[F g]取66.78kN，=0.8，K=5.5,得到：

缆风绳最小直径必须大于30mm才能满足要求!