1、 JQ140t-40m型 (三角钢结构)通用架桥机设计计算书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:种为移跨时存在的危险截面;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、三角主梁自重(包括轨道):t/m(单边主梁)2、平车:t/台3、卷扬机:t/台4、验算载荷(40m梯梁):140t5、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:1.56、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:=2二、 总体布置说明: 1、导梁中心距:6.2m2、导梁全
2、长:72m,前支点至中支点的距离为43m;3、架桥机导梁断面:3.02m1.35m,总宽6.9m;4、吊装系统采用:2台天车(含卷扬机、滑轮组),2台横梁纵移平车;5、行走系统采用:前部、中部四台平车带动导梁横移。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梁吊装后,前移至前支点位置时,悬臂最长,处于最不利情况,需验算 算主要内容: 、抗倾覆稳定性验算; 、支撑反力的验算; 、桁架内力验算; 、悬臂挠度验算;工况二、架桥机吊梁时,前部天车位于跨中时的验算,验算内容:天车横梁验算;支点反力的验算;桁架内力验算;工况三、架桥机吊边梁就位时的验算前支腿强度及稳定性验算前、中部横
3、梁强度验算2、 基本验算21工况一、架桥机拼装完或吊装完一孔T梁后,前移至悬臂最大时为最不利状态,验算内容:抗倾覆稳定性的验算;悬臂时刚度的验算支点反力的验算主桁内力的计算221施工中的荷载情况主桁梁重:q1=11kN/m(两边导梁自重,含钢轨)天车横梁总成(包括天车横梁、横梁支腿、天车、横梁纵移平车等)自重(单套天车横梁总成)P2=12t(3)前部平车总成:P1=7.5t(含单幅横轨)(4)尾部平车总成:Q1=1.5t(5)尾部连接架: Q2=1t(6)前部连接架:Q3=1t(7)前部临时支撑:Q4=1.5t223施工验算抗倾覆稳定性的验算(见计算模式图)G配+Q1+Q2 P2 P3 q=1
4、1 Q3+Q4A 29m 43m由于移跨时架桥机前端悬臂,此时为了生产安全,移跨之前应对架桥机尾部适当的配重,设计过程中以25t计算:取B点为研究对象,去掉支座A,以支反力RB代替(由力矩平衡方程):注:配重天车位于A 点横梁之上;悬臂端弯距:M1=1/2114322543=11244.5kN.m支撑端弯距:M2=1/2q1292(250+1202+15)24.5+ Q229=17288kN.m抗倾覆安全系数K=M2/M1=22188/13394.5=1.531.5满足规范要求.支点反力的计算(采用计算模式图示)当架桥机导梁最前端前部平车总成与盖梁垂直时,悬臂最长,中支点受力最大.这里按连续梁
5、计算各支点反力,具体结果如下:RA=308.75kNRB=250+2120+75+1172+10-308.75=1058.25kN主桁内力验算a、 主桁弯距验算中支点处断面所受弯矩最大:三角桁架截面如图所示其抗弯截面模量W1=24II25b+4IA板1 +IA板2+(4AI25b+425.61+37)(H/2)2/(H/2)=99729.8cm3其惯性矩I1=W1(H/2)=13463524.7cm4其中H=2.7m,II25b=5280cm4,AI25b=53.541cm2=M1/W1=134.3Mpa=157Mpa,即三角桁架抗弯强度满足施工要求。P1=85kNq1=11kN/mP2=12
6、0kNP2Q2RABRC43mL1=4.5m L=67.5mb、 销子抗剪验算销子1所受剪力为Q1=13394.5/42.7=1240.23KN1=Q1/A=1240.23/R2=195 Mpa=300Mpa,销子材料为40Cr(淬火)销子2所受剪力为Q2=13394.5/82.7=620.165KN2=Q2/A=620.165/R2=186.9 Mpa=300Mpa,销子材料为40Cr(淬火)所以满足施工要求。c、 桁架各杆件的内力验算:中部支座反力RB =1090.25KN,根据节点法求得:单片桁架斜腹杆最大内力为F1=1058.25/4sin77.5sin73.8=209.72KN,由于
7、斜腹杆为短压杆,无需验算其稳定性,只需验算其拉压应力:1= F1/2 A12=102.16Mpa=157Mpa,中部特制双主梁单片桁架其上下弦杆受力为F2= M1/2H=248.046t,截面为两根I25b工字钢加贴10钢板,其面积A=173.208cm23= F2/2 A=143.2Mpa=157Mpa,满足施工要求。(4)悬臂挠度验算:悬臂端在架桥机前移最大时挠度最大,挠度等于弹性及非弹性挠度之和。a:弹性挠度计算fmax=f1+f2f1=-P1L3/(3EI1)=-75kN433m3/(3EI1);f2=-q1l4/(8EI1)=-11KN/m434m4/8EI1得fmax=-75kN4
8、33m3/(3EI1) 11kN/m434m4/8EI1 =-75kN433m3/(3206109N/m213463524.7m410-8)- 11KN/m434m4/(8206109N/m213463524.7m410-8)=-0.241mb:非弹性挠度计算销子与销孔理论间隙为0.5mm,考虑到材料使用时间较长,以及桁架的变形,实际取1mm来计算非弹性挠度。F非=0.1N(N+1)=2cm(N=4)即悬臂挠度:f=f非+f弹=24.1+2=26.1cm悬臂端翘起高度取0.35米为一合理值,能够满足架桥机的前移就位。22工况二架桥机吊装梁段前移,前天车至跨中时为又一不利状态,验算内容:天车横梁
9、受力验算支点反力验算主桁内力验算221施工中的荷载情况主桁梁重:q1=11kN/m(三角桁架、钢轨)天车横梁总成(包括天车横梁、横梁支腿、天车、横梁纵移平车等)自重(单套天车横梁总成)P2=12t (其中天车总成P3=5t)T梁重:P4=140t222施工中荷载组合分析此工况中风荷载对结构本身作用不大,所以这里不考虑风荷载的影响。223施工验算天车横梁受力验算(见计算模式图)当荷载作用于横梁跨中时,弯矩最大;荷载P=P4/4+P3/2=140/4+5/2=37.5t横梁及轨道自重q=0.24t/m,则M横梁=P1.35q62/8=51.7tm横梁由箱型梁焊接而成,其组合截面抗弯模量W=(0.3
10、80.53-0.360.4683)/60.5=3.53310-3m3,则横梁截面应力=51.7/3.533=146.3Mpa157 Mpa故,横梁满足施工要求。支点反力的计算当架桥机吊装梁段前移,前天车至跨中时为又一不利状态,中支点受力最大, 由于此时支座A,B前端又多了一个支座C,变成了一次静不定结构,如果采用力学平衡无法求解,因此用变形叠加求解: 72m L1=24.5m L2=43m a1=7.5m P=77t A RA 17m B RB C RC RA=1/L1PL12-(PL13+PL23)/8(L1+L2)RB=(PL1+PL2)-(RA+RC)RC=1/L2P1L22/2-PL1
11、3+PL23/8(L1+L2)求得:RB=152.1t ,RC=34.3t,RA=46.8t其最大弯矩Mmax=q1L13+q1L23/8(L1+L2)+Pa1/L1(L12-a12)+ Pa2/L2(L22-a22)/2(L1+L2)=960tm=Mmax/W1=96.26Mpa=140Mpa,即三角桁架抗弯强度满足施工要求d、 销子抗剪验算销子1所受剪力为Q1=9600/42.7=888.89KN1=Q1/A=888.89/R2=139.7 Mpa=300Mpa,销子材料为40Cr(淬火)销子2所受剪力为Q2=9600/82.7=444.44KN2=Q2/A=444.44/R2=134Mp
12、a=300Mpa,销子材料为40Cr(淬火)所以满足施工要求。e、 桁架各杆件的内力验算:中部支座反力RB =1521KN,根据节点法求得:单片桁架斜腹杆最大内力为F1=1521/4sin77.5sin73.8=405.6KN,由于斜腹杆为短压杆,无需验算其稳定性,只需验算其拉压应力:1= F1/2 A12=127Mpa=157Mpa中部特制单片桁架其上下弦杆受力为F2= M1/2H=1777.78t,截面为两根I25b工字钢加贴10钢板,其面积A=173.208cm23= F2/2 A=102.64Mpa=157Mpa,满足施工要求。工况三:架桥机吊边梁就位时的验算,此时A支点零空,验算内容
13、:前支腿强度及稳定性验算,前、中部横梁强度验算,当前天车主梁至前部平车总成1.5m处时,前部横梁、支腿受力为最大。求支反力RC: 取支座B点为研究对象,由力矩平衡:RC43+ Q124.5+ q292/2=P41.5+ P3.5+ q432/2求得RC=85.46t,RB=149.24t Q2 P5 P5 q=1.1t/m C A RA 24.5m B RB 38m 1.5m RC 29m 43m a、桁架各杆件的内力验算:中部支座反力RB =1492.4KN,根据节点法求得:单片桁架斜腹杆最大内力为F1=1492.4/4sin77.5sin73.8=398KN,由于斜腹杆为短压杆,无需验算其
14、稳定性,只需验算其拉压应力:1= F1/2 A12=124.67Mpa=157Mpa,由于此时最大弯矩比前两种工况小的多,所以无须验算其上下弦杆的拉压应力b、 前支腿受压稳定性及前、中部横梁强度验算架设边梁就位时,天车横移至单边如下图所示: P=45t 1.8m q=0.24t/m F RF 3.3m D RD 6.2m 8m RD5.4=0.245.92/2+ 354.2-0.240.52/2求得RD=28t,RF=8.5t加上横梁立柱和纵移平车的重量得RD1=58t,RF1=19t中部横梁强度验算:如图所示(中部横梁重量可忽略不计) RD1 6.2m RF1 R6 6 4.4m 7 R7
15、P6+ P7= RB,P6- P7= RD1- RF1,求得:P6= 94.12t,P7= 55.12t所以中部横梁悬臂弯矩为M6= P6L=94.120.9=847.08KN.m中部横梁的抗弯截面模量为:W6=(BH3-bh3)/6H=8.46210-3m3其中B=650mm,H=600mm,b=626mm,h=560mm;= M6/W6=100.1Mpa=157Mpa,所以中部横梁满足设计要求。前部横梁强度验算:如图所示(前部支腿重量可忽略不计)RD1 6.2m RF1 R8 8 4.4m 9 R9 P8+ P9= RC,P8- P9= RD1- RF1,求得:P8= 62.23t,P9=
16、 23.23t(前部横梁重量可忽略不计)所以前部横梁悬臂弯矩为M8= P8L=62.230.9=560.07KN.m前部横梁的抗弯截面模量为:W8=(BH3-bh3)/6H=5.4110-3m3其中B=550mm,H=550mm,b=530mm,h=518mm;= M8/W8=103.52Mpa=157Mpa,所以前部横梁满足设计要求前支腿强度及稳定性验算:单根前支腿截面积A=111.1cm2,则正应力:= P8/A=62.23104/111.110-4 =56 Mpa =157Mpa以上是按截面受正应力强度条件来验算,下面按压杆受压稳定条件来验算截面惯性矩I=27136.82cm4,支腿高度L=2米,按两边铰支考虑i=(I/A)-1/2=(27136.82/111.1)-1/2=15.63cm=2001/15.63=12.8,查稳定系数=0.981,P外界=A=0.981157106111.110-4=171.1t62.23t,所以前支腿能满足施工要求。