140t40m通用架桥机设计计算书.docx

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=11 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=120kNP2Q2RABRC43mL1=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=-75kN433m3/(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=(0.380.53-0.360.4683)/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-PL13+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=134Mpa=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：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 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= 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。