160t50m桥架吊车梁受力分析计算.docx

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：

Rc远大于零，故是安全的。
倾覆力矩：M1=0.5q×52.82＝8015.4kN-m
平衡力矩：M2==14470.475kN-m
抗倾覆安全系数k=M2/M1=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

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＝2297322667mm4 W=7657742mm3
主导梁对中担产生的最大弯矩为
Mmax=Rb×900＝666.86×900＝600174kN-mm
故中担梁截面上的最大应力为：
＜[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：
Mb=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：　I1=324392277mm4　A1＝22912mm2
下弦梁：　I2=101799936mm4　A2＝12672mm2　
则整个架桥机主梁截面的面积为：
A＝A1+2A2＝22912＋12672×2＝48256mm2

整个架桥机主梁截面的惯性矩为：
I=2I2+2A2（160+2240+120－yc）2＋ I1+A1yc2
=2×101799936＋2×12672×（160+2240+120－1323.5）2＋324392277＋22912×1323.52
＝76944629365mm4
其截面系数为：

⑶主导梁的最大弯曲应力为
　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

前担重量产生的最大挠度为

所以弹性挠度为　f弹＝f1+f2=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

其最大弯矩为

天车副架梁的截面特性参数为
I=1755904000mm4 W=5853013.3mm3
其最大弯曲应力为：
＜[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

其最大弯矩为

⑵天车行走小车梁的截面特性参数为
I=136263794.9mm4 W=689272.1mm3
⑶其最大弯曲应力为：
＜[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
　　　　　　Mmax=114.913kN-m
⑵天车行走小车中心梁的截面特性参数为
A=19520mm2 I=413482667mm4 W=2067413mm3
⑶其最大剪应力为：
＜[τ]＝108.5MPa　安全
⑷其最大弯曲应力为：
＜[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：　I1=316429653.3mm4　A1＝21760mm2
下弦梁：　I2=100120320mm4　A2＝12240mm2　
则架桥机跨中主梁截面的面积为：
A＝A1+2A2＝21760＋12240×2＝46240mm2

架桥机跨中主梁截面的惯性矩为：
I=2I2+2A2（160+2240+120－yc）2＋ I1+A1yc2
=2×100120320＋2×12240×（160+2240+120－1334.12）2＋316429653.3＋21760×1334.122
＝73673278293mm4
其截面系数为：

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A1＝13.28cm2=1328mm2
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：
＜［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N1按下式计算，如图8所示：

其中　V1——分配到一个缀条面的剪力；
　　　n ——承受剪力V1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＝°；
β——斜缀条与架桥机主梁断面的夹角在横向断面上投影，β＝°。

图8　斜缀条受力简图
斜缀条的截面按承受N2的轴心受压构件计算。
已知　P=40t l=53m时，有：

a) 对斜缀条进行强度校核：
＜［σ］＝155MPa 安全
b) 对斜缀条进行稳定性校核：
L＝2520/cos15.52°/cos9.68°＝2653mm

查表得：φ＝0.769，则
＜［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

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

此力作用于上耳板上时，耳板上的应力为
　安全
下耳板的最大受力则为

此力作用于下耳板上时，下耳板上的应力为
　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
　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
　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　V1max=－538.2kN
其中担的最大支反力为　V2max=－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＝11391mm2 I前＝95797500mm4 i=91.7mm
故　　查表得：φ＝0.927
对其进行强度验算，其最大压应力为
　安全
对其进行稳定性验算，其最大压应力为
　安全
⑶　前部横梁的强度验算
前部横梁的最大弯矩为
Mmax=F前×900＝269.1×900＝242190kN-mm
前部横梁的截面特性为
A＝39080mm2 I=2713305666.7mm4 W=8348632.8mm3
故前部横梁的应力为
安全
　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。