30m架桥机计算书.doc

24/24/一 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。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)1.291.1=1.42 t/节(单边)0号支腿总重: Q4=5.6t1号承重梁总重：Q5=14.6t2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：q1=19kg/m2b. 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P1=5.6t （前支柱自重）P2=1.42（22+8.5）=43.31t （导梁后段自重） P3=1.4232=45.44t （导梁前段自重） P4=14.6t (2#承重横梁自重)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=CKnqAi =1.21.3966(0.7+0.584+0.245+2.25+0.3+0.7+0.8+1.5) 12.9=10053kg=10.05t作用在轨面以上5.58m处M抗=43.3115+14.8（22+1.5）+14.827.5+14.622=1725.65t.mM倾=5.632+45.4416+10.055.58=962.319t.m架桥机纵向抗倾覆安全系数n=M抗/M倾 =1725.65/(962.319 1.1)=1.631.3 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四.结构分析(一) 荷载取值： 桁架及桥面系均部荷载1.29t/节1.1=1.42t/节(单边)，荷载（100+7.52）1.2=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SAP 93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，852.61.1=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，711.1=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+232.79272工况1B附近下弦杆-228.02266工况1B附近立杆-90.408119.0工况6C附近斜杆-57.673.6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ABC工况12.34598.730工况267.14540.42923.333工况369.1474.9523.14工况445.45777.57140.502工况526.3976.8960.245工况6重边25.86111.38395.29轻边26.9342.39825.406五.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，底板厚度为12mm，用16016814.5两根工字钢做支撑，截面形式如图6。 截面特性如下：查工字钢表有S=146.45cm2,I=68512.5cm4A=145.452100+124062=3903 mm2I=68512.51042+12406 (560+6) 22=4.49-3m4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=9.6m悬臂长度L=1m,最大集中荷载P=93.75t横梁支点弯矩：M=93.751=93.75tm则翼缘板应力：腹板最大应力：局部压应力Lz=224+(12+25)2=162mm换算应力：2.（1）整体稳定性 b0=268-14.5=253.5mmh/b0=584/253.5=2.36l/b0=11600/253.5=45.7665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，顶板和底板厚度为14mm,腹板厚10mm。 计算图示如下图9：（单位：m ）截面特性如下： I=0.3800.463-(0.38-20.01) 0.4323/12=0.000664m4导梁支点悬出立柱中心位置0.85 m，则M=71.140.85=60.469tm翼缘应力： 可腹板剪应力：局部压应力lz=(1202+10)2+214=528mm换算应力：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=180h/b0=460/180=2.5566l/b0=11600/180=64.4465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：b0/t=180/14=12.86 b0/t=33 (可)b/t=90/14=6.43b/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。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10：1. 1号车横梁挠度计算： m=1m l=9.6m EI=8.98108当P1=P2=71.93t=m/l=1/9.6=0.1042当P1= 93.75t P2=32.73t时，可以把C点的P1分解开，P1=P1+P2有P1=93.75-32.73=61.02t fd=mB=10.001087=1.08710-3mfc=1.871+2.401=4.272mmfd=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=10.656 mm2.957/1=d2/(2.25+.245) d2=7.38 mm故 d=d1+d2=10.656+7.38=18.03 mm2. 0号车横梁挠度计算：m=0.65m l=10.3m EI=1.328108当P1=P2=44.89t=m/l=0.65/10.3=0.0631当P1= 71.14t P2=18.63t时，可以把C点的P1分解开，P1=P1+P2有P1=71.14-18.63=52.51t fd=m B=0650.0044=0.00286 mfc=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) d1=23.19 mm9.279/1=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)2=60mm可八.150型分配梁：（1号车处） 截面形式如上图11：（单位mm）截面特性：A=0.60.022+20.360.016=0.03552m2跨中集中荷载P=93.75+764/1000=94.514 t最大弯矩：支点反力：R=94.514/2=47.257 t弯曲应力：腹板最大剪应力：局部压应力lz=600+220=640mm换算应力： 可九. 0号柱承载力检算 立柱采用219mm无缝钢管，壁厚12mm（内管192mm，壁厚13mm），一侧立柱由两根组成，中间用605mm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12截面特性： 图13 按一端固结，一端铰接计算长细比长细比由长细比，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=0.9538，=0.94187应力 可应力 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）按一端固结，一端铰接计算长细比由长细比，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=0.9419应力 可十.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，24.5mm钢丝绳走16。起升荷载Q=57.2t（实际净吊重为40t）,滑车组效率：所需牵引力： 可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=38.1160.7/57.2=7.466 可2. 吊两千斤绳验算 选用637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=83.9100.7/57.2=10.2710 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）8=656cm2 Ix=6561002=6560000cm4 Iy=656502=1640000cm2 Wx=Ix/y=5660000/(100+12.5)=58311.11cm3 Wy=Iy/x=1640000/(50+12.5)=26240cm3 x=l0/rx=3200/100=32 y=l0/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： Mx=R16-q162/2=23.36162-1.42162/2=565.76tm 横向风力产生在导梁跨中最大弯矩：按7级风压检算（W0=19kg/m2） W=K1K2K3K4W0=10.41.01.219=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 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=29.122.495(322/8)10-3=6.0tm 2当架桥机前行时，B点截面及截面特性同上有： Wx=58311.11cm3 Wy=26240cm3 x=0.929, y=0.786竖向最大弯矩Mx=ql2/2=1.42322/2+325.6=906.24 t.m横向最大弯矩（取7级风压）My=ql2/2=210-39.122.495322/2=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, =215MPa, W=141cm3）间距取1.0m，均置于节点上，钢轨采用P50,允许弯应力=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17.988t1钢轨Mmax=pl/4=131.553320.7/4=5.5216 tm=5.522104/287.2=192.26MPa=400 满足规范要求。2工字钢行走时：M= pl/4=117.9880.7/4=3.1479 tm=3.1479104/141=223.26Mpa1.05=2151.05=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截面形式如图15。截面特性如下：A=202460+16(800-40)=30560 mm2I=2046040022=2.94410-3m4计算图示如下图16： 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=16.25211.6/4=94.25tm则翼缘板应力：腹板最大应力：局部压应力lz=460+202=500mm换算应力：（二）.天车横梁稳定性计算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/gt Q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 小车产生的惯性力矩Q1=10t h1=1.85mM惯1= 横梁惯性力矩 Q2=6.4t h2=1.1mM惯2= 混凝土梁体产生的惯性力矩Q3=801.1=88t h3=3.05mM惯3=M惯= M惯1+ M惯2+ M惯3=0.73485tm (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=CKnqAi, c=1.6, K=1.39 小车风力产生的力矩P1=1.61.390.01922=0.169tM1=0.1691.85=0.313 t.m 横梁风力产生的力矩P2=1.61.390.01913.10.8=0.443tM2=0.4431.1=0.487 t.m 混凝土纵向风力产生的力矩P3=1.61.390.0193.22.5=0.338tM3=0.3383.05=1.0309 t.mM风= M1+ M2+ M3=1.8309 t.m M倾= M风+ M惯=2.56575 t.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=801.1=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 则 M稳=60.41.0=60.4 t.m (4).抗倾覆安全系数n= M稳/ M倾=60.4/2.56575=23.541.3 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11.60.75/0.46=18.920 可一1#，2#横梁连接处计算1 讨论最大受力当P1=P2=71.93 t 时 MA=71.93 T.M QA=0当P1=93.75 t P2=32.73 t 时 有RX=100.11 t RY=26.37 tMA=63.24 T.M QA=93.75-32.73=61.02 t （偏安全）有MAMAX=71.93 T.M 假定QAMAX=93.75-32.73=61.02 t 2构造要求： 290.2=180.4200 mm可1.590.2=135.3140 mm可 390.2=270.6304 mm可3.销子受弯：（14.5+32+40）2=173590=450 mm 可以不考虑销子受弯而认为强度满足要求。4MAMAX和 QAMAX的共同作用 计算简图见右（图中销子为90mm,中心距为304mm）：有MAMAX=71.93 T.M QAMAX=61.02 t 则T=MAMAX/0.304=71.93/0.304=236.61 tQ= QAMAX/2=61.02/2=30.51 t销子的面积S=0.253.14902=6361.7 mm2(1) T的作用下：t=T/S=236.61104/6361.7=371.93 MPa 500MPa(2) Q的作用下：q=Q/S=30.51104/6361.7=47.96 MPA 500MPa(3) 合力的作用5连接钢板（1） 从上图中（1）的位置破坏(架为内侧的钢板)：S=200（14.5+32）2=18600 mm2S=200402=16000mm2t=T/S=236.61104/18600=127.21 Mpa 210MPat=T/S=236.61104/16000=147.88 Mpa 210 MPa满足要求。（2）1-1截面上破坏：I=122406(560+6)2