架桥机计算书教材

1、1/33/ 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。.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 ）1.29 1.1=1.42 t/ 节（单边） 0 号支腿总重 : Q4=5.6t1 号

2、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： 1.12/33/（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/m 2b. 非工作计算状态风压，设计为 11 级的最大风压 ;q 2=66kg/m 2（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

3、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） :图中图1P1=5.6t （前支柱自重）P2=1.42 （22+8.5 ） =43.31t（导梁后段自重）P3=1.42 32=45.44t（导梁前段自重）P4=14.6 t（2#承重横梁自重 ）3/33/P5= P 6=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=1.2 1.39 66(0.7+0.584+0.245+2.2

4、5+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=43.31 15+14.8 (22+1.5)+14.8 27.5+14.6 22=1725.65t. mM 倾 =5.6 32+45.44 16+10.05 5.58=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5/33/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

5、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+7.5 2) 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

6、.3/4=1.825 t.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6/33/度 852.6mm ，考虑到桁架空多，加 1.1 的系数， 852.6 1.1=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， 71 1.1=78mm， 天车横梁跨中最大

7、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 5A B C 图47/33/前行时1#提梁时2#提梁时1#天车行到跨中时架中梁时架边梁时（重边）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+232.79272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8/33/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 267.14540.42

8、923.333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 ，底板厚图69/33/度为12mm ，用160 168 14.5 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=146.45cm 2,I=68512.5cm4A=145.452100+12 406 2=3903 mm 2I=68512.510

9、4 2+12 406 (560+6) 22=4.49 -3m4计算图示如下图 7（ 单位 m）:P1 P2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=93.75 1=93.75t m则翼缘板应力：M y 93.75 0.292 2y6097t / m2 60.97MPa 210MPaI 0.00449腹板最大应力：maxQS 93.75 (12 406 (560 6) 10 9I 0.00449 2 14.5 10 321985t /m2 19.85MPa 140

10、 MPa局部压应力FTwLz93.75 1.35 104162 2 14.510/33/269.39MPa 320MPaLz=22 4+(12+25) 2=162mm 换算应力：2 3260.972 3 19.852 70.0MPa 1.1 231MPa2.（1）整体稳定性b 0=268-14.5=253.5mmh/b 0=584/253.5=2.36l/b 0=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=1

11、2.4 可腹板局部稳定：h0 560t 14.5h038.62 ht0 80 2f3Q5 80 345235 66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11/33/六 .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

12、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 ）12/33/P1 P2图截面特性如下：I=0.380 0.46 3-(0.38-2 0.01) 0.432 3/12=0.000664m 4 导梁支点悬出立柱中心位置 0.85 m ，则M=71.14 0.85=60.469t m翼缘应力：可60.469 0.23 16025t / m2 209.5

13、6MPa 210MPa0.000664腹板剪应力：QS 71.14 (14 380 (230 7) 10 9max 3max I 0.000664 2 10 10 326358.48t / m2 63.58MPa 140MPa局部压应力F 71.14 1.35 104 cTwLz 528 2 1090.95MPa 320MPalz=(120 2+10 )2+2 14=528mm 换算应力：2 3 2209.562 3 63.582 236.7MPa 1.1 230MPa 可13/33/焊缝强度与钢板等强，可不必进行计算3. （1 ）整体稳定性b 0=200-10-10=180h/b 0=460

14、/180=2.5566l/b 0=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h0 460 28t 1043.2 h0 80 235 66t 345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

15、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 ：14/33/P1 P21. 1 号车横梁挠度计算：m=1m l=9.6mEI=8.98 108当 P1=P 2=71.93t=m/l=1/9.6=0.1042fc fdPm2l6EI(3 2 )71.93 10 4 12 9.6 (3 2 0.1042)6 8.98 1084.11 10 3m当 P1= 93.75t P 2=32.73t 时， 可以把 C 点的 P1 分解开， P1=P1 +P2 有P1=93.75-32.73=61.02t42fc f D(3 2 0.10

16、42) 1.871 10 3m32.73 104 12 9.66 8.98 1082P1m2l fc 3EI(1 )461.02 104 1 9.683 8.98 108(1 0.1042) 2.401 10 3 mP1ml6EI0.001087rad61.02 104 1 9.686 8.98 108fd=m B=1 0.001087=1.087 10-3 m fc=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15/33/4.271/1=d1/(2.25+.245)d1=10.656 mm2.957/1=d2

17、/(2.25+.245)d2=7.38 mm故 d=d1+d2=10.656+7.38=18.03 mm 2. 0 号车横梁挠度计算：m=0.65m l=10.3m EI=1.328 108当 P1=P 2=44.89t=m/l=0.65/10.3=0.0631fc fdPm2l6EI(3 2 )44.89 104 0.652 10.3 (3 2 0.0631)6 1.328 1087.66 10 3m71.14t P 2=18.63t 时， 可以把 C 点的 P1 分解开， P1=P1 +P2 有P1=71.14-18.63=52.51tfc f D(3 2 0.0631) 3.181 10

18、 3 m18.63 104 0.652 10.386 1.328 108fd=m B=065 0.0044=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=35.62mmd=d1+d2=58.81mm综上计算，天车咬合总间距为 58.81mm,(100-70) 2=60mm 可16/33/八 .150 型分配梁：（ 1 号车处）截面形式如上图 11 ：（单位 mm ）000

19、02600截面特性：A=0.6 0.02 2+2 0.36 0.016=0.03552m 22 0.016 0.363122(0.6 0.023120.6 0.02 0.192 ) 9.92 10 4m4跨中集中荷载P=93.75+764/1000=94.514 t最大弯矩： Mpl 94.514 1.5 35.443t m44支点反力：R=94.514/2=47.257 t弯曲应力：MIy435.443 104 0.29.92 10 4671.46 106Pa 71.46MPa 210MPa腹板最大剪应力：maxQS447.257 104 (0.6 0.02 0.19)9.92 10 4 2

20、 0.01633.94 106 pa局部压应力33.94MPa 140MPaFcTwLz94.514 1.35 104640 2 1662.30MPa 320MPalz=600+2 20=640mm换算应力：17/33/2 3 2 71.462 33.942 92.53MPa 1.1 231MPa 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 60 5mm 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22A2(dd1 )22(0.2192 0.1952)2

21、0.0156m222A 2(dd1 )22(0.1922 0.1662)0.0146m244(dd1 )I y 2 6444(0.2194 0.1954)328.39 10 5 m4I y 244(d 4 d146444(0.1924 0.1664) 5.887 10 5m432回转半rIy8.39 10 50.0156 0.0733m回转半rIy5.887 10 5y A0.06345m0.0146稳（加 为以内钢管为准 ）。图 12图 13截面特性：按一端固结，一端铰接计算18/33/长细比 ul 0.7 3.6 34.4 150 ry 0.0733长细比 ry 0.06345 39.71

22、 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=2 ，得应力折减系数分别为=0.9538 ， =0.94187应力 NA2 71.14 1040.9538 0.015695.6MPa 210MPa可应力N2 71.14 1040.94187 0.0146103.047MPa 210MPa可(d 2 d12)444(d 4 d14)44(0.1924 0.1664 )542.9435 10 5 m4回转半ryIy2.9435 10 5 0.0635mA 0.0073Iy6464按一端固结，一端铰接计算2. 只考虑外侧单根受力，内侧一根作为一种约束

23、，则应力： （图见 13 ）2220.0073m2(0.9122 0.1662)长细比 uryl 00.7.0633.56 39.7 150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=2 ，得应力折减系数分别为 =0.9419应力 N 2 71.14 10 206.93MPa 210MPa 可A 0.9419 0.007319/33/十.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：1 (1 n ) 0.96 (1 0.9616

24、) E 0.72 E n 1 16 (1 0.96)所需牵引力：57.2P 4.965t 5t 可 n E 16 0.72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=38.11 60.7/57.2=7.46 6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=83.9 10 0.7/57.2=10.27 10可十一 .架桥机导梁整体稳定性

25、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20/33/1导梁跨中主弦杆截面形式见下图 14 ：（单位： cm ）A= （93.2-11.2 ） 8=656cm 2Ix=656 100 2=6560000cm 4Iy=656 502=1640000cm 2Wx=Ix/y=5660000/(100+12.5)=58311.11cmWy=Iy/x=1640000/(50+12.5)=26240cmIAx6566506000 100cmryIy 1640000A 65650cmx=l 0/rx=3200/1

26、00=32y=l 0/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=R 16-q 16 2/2=23.36 162-1.42 162/2=565.76t m21/33/横向风力产生在导梁跨中最大弯矩：按 7 级风压检算( W 0=19kg/m -3 2)W=K 1K2K3K4W0=1 0.41.01.219=9.12kg/m计算原理：Mx My f 170M P axWx yWyMx,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

27、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=2 9.12 2.495 (32 2/8) 10 -3 =6.0t mMx My 565.76 104 xWx yWy 0.929 58311.116 1040.786 26240107.35M170M P a2Wx=58311.11cm 3Mx My xWx yWy906.24 1040.929 58311.1123.30 1040.786 26240178.4MPa1.05 f 178.5MPa当架桥机前行时， B 点截面及截面特性同上有：Wy=26240cm 横向最大弯矩（取 7 级风压） My=ql 2

28、/2=210-39.122.495322/2=23.30t.m x=0.929, y=0.78622竖向最大弯矩 Mx=ql 2/2=1.42322/2+325.6=906.24 t.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 ,22/33/=215MPa, W=141cm 3）间距取 1.0m ，均置于节点上，钢轨采用 P50,允许 弯应力 =400MPa, W=287.2cm 3 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M max =pl/4=1 31.55332 0.7/4=5.5216 t

29、 m=5.522 10 4/287.2=192.26MPa =400满足规范要求。2工字钢行走时：M= pl/4=1 17.988 0.7/4=3.1479 t m=3.1479 10 4/141=223.26Mpa 1.05 =215 1.05=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1523/33/截面形式如图 15截面特性如下：A=20 2460+16 (800-40)=30560 mmI=20 4

30、60 400 22=2.944 10-3m4P图16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=16.25 2 11.6/4=94.25t m则翼缘板应力：4My 94.25 104 0.4 63 128.06 106 Pa 128.06MPa 210MPaI 2.944 10 3腹板最大应力：maxQS 16.25 2 104 (0.436 0.016 0.39) 19.80 106 paI 2.944 10 3 0.01619.38MPa 140MPa局部压应力FcTwLz16.25 2 1.35 104500 1654.84MPa 3

31、20MPalz=460+20 2=500mm24/33/换算应力：2 32128.062 3 19.802 132.57MPa 1.1 231MPa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/gtQ 为自重，V 为行车速度， V=3.0m/ming 为重力加速度 ,取 10m/S 2, t 为刹车时间 , t=2s小车产生的惯性力矩Q1=10th 1=1.85mM 惯 1= 10 3 1.85 0.04625t m10 2 60横梁惯性力矩Q2=6.4th2=1.1m6.4 3 1.1M 惯 2=0.0176t m10 2 60 混凝土梁体产生

32、的惯性力矩25/33/Q3=80 1.1=88th 3=3.05mM 惯 3=88 3 3.05 0.671t m10 2 60M 惯= M 惯 1+ M 惯 2+ M 惯 3=0.73485t ?m(2) .风力产生的倾覆力矩按 7 级风力计算， q=19kg/m 2=0.019t/m 2,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=1.6 1.39 0.019 22=0.169tM 1=0.169 1.85=0.313 t.m 横梁风力产生的力矩P2=1.6 1.39 0.019 13.1 0.8=0.443tM 2=0.443 1.1

33、=0.487 t.m 混凝土纵向风力产生的力矩P3=1.6 1.39 0.019 3.2 2.5=0.338tM 3=0.338 3.05=1.0309 t.mM 风= M 1+ M 2+ M 3=1.8309 t.mM 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=80 1.1=88t抗倾覆力矩为 ( d=1.0m, 轮间距为 2.0m )W= W 1+ W 2+W 3/2=10+6.4+88/2=60.4t26/33/则 M 稳 =60.4 1.0=60.4 t.m(4) .抗倾

34、覆安全系数n= M 稳/ M 倾=60.4/2.56575=23.54 1.3 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11.6 0.75/0.46=18.920可1# ，2#横梁连接处计算1 讨论最大受力当 P1=P2=71.93 t 时M A=71.93 T.M QA=0当 P1=93.75 t P2=32.73 t 时有 RX=100.11 t RY=26.37 tM A=63.24 T.M QA=93.75-32.73=61.02 t （偏安全）有 M

35、AMAX =71.93 T.M 假定 QAMAX =93.75-32.73=61.02 t2构造要求：290.2=180.4200 mm可27/33/1.5 90.2=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4M AMAX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 M AMAX =71.93 T.M QAMAX =61.02 t 则T=M AMAX /0.304=71.93/0.304=236.61 tQ= Q AMAX

36、/2=61.02/2=30.51 t销子的面积 S=0.25 3.14 90 2=6361.7 mm 2(1) T 的作用下： t=T/S=236.61 104/6361.7=371.93 MPa500MPa(2) Q 的作用下： q=Q/S=30.51 10 4/6361.7=47.96 MPA500MPa(3)2 32 371.932 3 47.962 381.10MPa1.1 550MPa28/33/5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=200 40 2=16000 mm2t=T/S=236.61 104/18600=127.21 Mpa 210MPat=T/S=236.61 10 4/16000=147.88 Mpa 210 MPa满足要求。2 )1-1 截面上破坏