架橋機(jī)計(jì)算書(shū).doc

目錄一、設(shè)計(jì)規(guī)范及參考文獻(xiàn)2二.架橋機(jī)設(shè)計(jì)荷載2三.架橋機(jī)傾覆穩(wěn)定性計(jì)算3四.結(jié)構(gòu)分析5五.架橋機(jī)1號(hào)、2號(hào)車(chē)橫梁檢算7六.架橋機(jī)0號(hào)立柱橫梁計(jì)算9七、1號(hào)車(chē)橫梁及0號(hào)柱橫梁撓度計(jì)算11八.150型分配梁：（1號(hào)車(chē)處）13九、0號(hào)柱承載力檢算14十、起吊系統(tǒng)檢算15十一 .架橋機(jī)導(dǎo)梁整體穩(wěn)定性計(jì)算16十二.導(dǎo)梁天車(chē)走道梁計(jì)算18十三.吊梁天車(chē)橫梁計(jì)算18一、設(shè)計(jì)規(guī)范及參考文獻(xiàn)（一） 重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB3811-83）（二） 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ17-88）（三） 公路橋涵施工規(guī)范（041-89）（四） 公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ021-89）（五） 石家莊鐵道學(xué)院GFJT-40/300拆裝式架橋機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)（六） 梁體按30米箱梁100噸計(jì)。二.架橋機(jī)設(shè)計(jì)荷載（一）.垂直荷載梁重:Q1=100t單個(gè)天車(chē)重：Q2=20t（含卷?yè)P(yáng)機(jī)、天車(chē)重、天車(chē)橫梁重）主梁、桁架及橋面系均部荷載：q=0.67t/m1.1=0.74t/m前支腿總重: Q3=4t中支腿總重：Q4=2t1號(hào)承重梁總重：Q5=34t2號(hào)承重梁總重：Q6=34t2#號(hào)橫梁Q7=12t梁增重系數(shù)?。?.1活載沖擊系數(shù)?。?.2不均勻系數(shù)?。?.1（二）水平荷載1.風(fēng)荷載a. 設(shè)計(jì)取工作狀態(tài)最大風(fēng)力，風(fēng)壓為7級(jí)風(fēng)的最大風(fēng)壓：q1=19kg/m2b. 非工作計(jì)算狀態(tài)風(fēng)壓，設(shè)計(jì)為11級(jí)的最大風(fēng)壓; q2=66kg/m2(以上數(shù)據(jù)參照石家莊鐵道學(xué)院GFJT-40/300拆裝式架橋機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)) 2.運(yùn)行慣性力： =1.1三.架橋機(jī)傾覆穩(wěn)定性計(jì)算(一) 架橋機(jī)縱向穩(wěn)定性計(jì)算架橋機(jī)縱向穩(wěn)定性最不利情況出現(xiàn)在架橋機(jī)懸臂前行階段，該工況下架橋機(jī)的支柱已經(jīng)翻起，1號(hào)天車(chē)及2號(hào)天車(chē)退至架橋機(jī)尾部作為配重，計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1（單位 m）:圖中P1=4t （前支柱自重）P2=0.7422=16.28t （導(dǎo)梁后段自重） P3=0.7430=22.2t （導(dǎo)梁前段自重） P5= P4=20t （含卷?yè)P(yáng)機(jī)、天車(chē)重、天車(chē)橫梁重）P6為風(fēng)荷載，按11級(jí)風(fēng)的最大風(fēng)壓下的橫向風(fēng)荷載，所有迎風(fēng)面均按實(shí)體計(jì)算，P6=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作用在軌面以上5.5m處M抗=16.2811+20（11+4+5）+20(11+5) =899.08t.mM傾=430+22.215+10.055.5=508.275t.m架橋機(jī)縱向抗傾覆安全系數(shù)n=M抗/M傾 =899.08/(508.2751.1)=1.611.3 1.3 可)2. 非工作條件下穩(wěn)定性計(jì)算架橋機(jī)懸臂前行時(shí)自重荷載全部由車(chē)體承擔(dān)，在橫向風(fēng)荷載作用下，其穩(wěn)定性見(jiàn)圖3。與圖2相比，架橋機(jī)在提的梁為傾覆作用時(shí)，架橋機(jī)有N=2.26的橫向抗傾系數(shù)，而圖3中已經(jīng)沒(méi)有提梁，故此不用計(jì)算而得出結(jié)論它的抗傾系數(shù)滿(mǎn)足要求。 結(jié)論：架橋機(jī)穩(wěn)定性符合規(guī)范要求四.結(jié)構(gòu)分析（一）、荷載取值： 桁架及橋面系均部荷載0.67t/節(jié)1.1=0.74t/節(jié)(單邊)，荷載（100+202）1.2=168.00t。其余荷載取值見(jiàn)前。縱向走行天車(chē)輪距為2m ,當(dāng)天車(chē)居于天車(chē)橫梁跨中時(shí)，單片空載輪壓集中力為（20+6）/4=6.5t，負(fù)荷輪壓集中力為（6+168）/4=43.5t，架邊梁時(shí)輪壓集中力為（重邊）：6/4+168/2=85.5t，（輕邊）6/4=1.5t.吊梁小車(chē)輪壓集中力168/4=42t（輪距1.6m）。（二）、分析計(jì)算：根據(jù)以上荷載值，按桁架進(jìn)行分析，計(jì)算過(guò)程由有限元分析程序SAP 93來(lái)完成。工況取:(1)架橋機(jī)前移，(2)1號(hào)天車(chē)提梁，(3)2號(hào)天車(chē)提梁，(4)1號(hào)天車(chē)至跨中、(5)中梁就位，(6)邊梁就位6種工況進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得前懸臂端最大撓度852.6mm，考慮到桁架空多，加1.1的系數(shù)，852.61.1=937.86mm，待架孔導(dǎo)梁跨中最大撓度71mm，考慮到桁架空多，加1.1的系數(shù)，711.1=78mm，天車(chē)橫梁跨中最大撓度?28mm.導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖4各桿件在工況1，5，6的桿件內(nèi)力見(jiàn)附加圖 各工況的軸重見(jiàn)圖5桿見(jiàn)最大內(nèi)力匯總表名稱(chēng)計(jì)算最大內(nèi)力（T）允許內(nèi)力（T）備注上弦桿+232.79272工況1B附近下弦桿-228.02266工況1B附近立桿-90.408119.0工況6C附近斜桿-57.673.6工況6C附近注：受拉為+，受壓為- 6種工況各支點(diǎn)最大反力（單邊）如下：（單位：噸）支點(diǎn)工況ABC工況12.34598.730工況267.14540.42923.333工況369.1474.9523.14工況445.45777.57140.502工況526.3976.8960.245工況6重邊25.86111.38395.29輕邊26.9342.39825.406五.架橋機(jī)1號(hào)、2號(hào)車(chē)橫梁檢算架橋機(jī)1號(hào)、2號(hào)車(chē)橫梁設(shè)計(jì)采用16Mn鋼，頂板厚度為12mm，底板厚度為12mm，用16016814.5兩根工字鋼做支撐，截面形式如圖6。截面特性如下：查工字鋼表有S=146.45cm2,I=68512.5cm4A=145.452100+124062=3903 mm2I=68512.51042+12406 (560+6) 22=4.49-3m4計(jì)算圖示如下圖7(單位 m):架橋機(jī)在吊邊梁對(duì)位時(shí)由導(dǎo)梁傳到橫梁的最大壓力為93.75t.1. 應(yīng)力計(jì)算兩導(dǎo)梁中心距L=5.1m懸臂長(zhǎng)度L=1m,最大集中荷載P=93.75t橫梁支點(diǎn)彎矩：M=93.751=93.75tm則翼緣板應(yīng)力：腹板最大應(yīng)力：局部壓應(yīng)力Lz=224+(12+25)2=162mm換算應(yīng)力：2.（1）整體穩(wěn)定性 b0=268-14.5=253.5mmh/b0=584/253.5=2.36l/b0=11600/253.5=45.7665故不必計(jì)算其整體穩(wěn)定性 (見(jiàn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)P28) 。 （2）局部穩(wěn)定性計(jì)算翼緣板局部穩(wěn)定b0/t=253.5/12=21.125 b0 /t=33 可b/t=76.75/12=6.4 b /t=12.4 可腹板局部穩(wěn)定：不需設(shè)加勁板。為安全起見(jiàn)，在直接受力處加了厚10mm的內(nèi)加勁肋和厚16mm的外加勁肋，同時(shí)，其他位置布置間距為1m的，厚10mm的內(nèi)加勁肋。由于焊縫按一級(jí)焊縫質(zhì)量驗(yàn)收，其強(qiáng)度與鋼板相同，故在此不檢算而其強(qiáng)度認(rèn)為其強(qiáng)度足夠。經(jīng)計(jì)算聯(lián)結(jié)處強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。六.架橋機(jī)0號(hào)立柱橫梁計(jì)算1. 設(shè)計(jì)說(shuō)明和基本依據(jù) 架橋機(jī)前支柱由支柱橫梁和立柱組成，立柱共計(jì)4根，在工作狀態(tài)下，僅考慮外側(cè)2根立柱承受豎向荷載，內(nèi)側(cè)2根只起橫向穩(wěn)定作用。 前支腿最大荷載發(fā)生在架橋機(jī)吊梁就位時(shí)，端構(gòu)架豎桿內(nèi)力為36.8t（由電算分析），此時(shí)由導(dǎo)梁傳向橫梁的荷載為P=71.14t.2. 立柱橫梁承載力檢算 （1）應(yīng)力檢算支柱橫梁采用箱形斷面，如圖8。設(shè)計(jì)采用16Mn鋼板，頂板和底板厚度為14mm,腹板厚10mm。 特性如下： I=0.3800.463-(0.38-20.01) 0.4323/12=0.000664m4導(dǎo)梁支點(diǎn)懸出立柱中心位置0.85 m，則M=71.140.85=60.469tm翼緣應(yīng)力： 可腹板剪應(yīng)力：局部壓應(yīng)力lz=(1202+10)2+214=528mm換算應(yīng)力：可焊縫強(qiáng)度與鋼板等強(qiáng)，可不必進(jìn)行計(jì)算。3. （1）整體穩(wěn)定性 b0=200-10-10=180h/b0=460/180=2.5566l/b0=11600/180=64.4465故可不必進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算 (見(jiàn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)P28) 。 （2）局部穩(wěn)定性計(jì)算 翼緣板局部穩(wěn)定：b0/t=180/14=12.86 b0/t=33 (可)b/t=90/14=6.43b/t=12.4 (可)腹板局部穩(wěn)定故不需設(shè)加勁板，為安全起見(jiàn)，在直接受力處加了厚10mm的內(nèi)加勁肋和厚16mm的外加勁肋，同時(shí)，其他位置布置間距為1m的，厚10mm的內(nèi)加勁肋。由于焊縫按一級(jí)焊縫質(zhì)量驗(yàn)收，其強(qiáng)度與鋼板相同，故在此不檢算而其強(qiáng)度認(rèn)為其強(qiáng)度足夠。經(jīng)計(jì)算聯(lián)結(jié)處強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。七、1號(hào)車(chē)橫梁及0號(hào)柱橫梁撓度計(jì)算由于橫梁剛性較大，可不計(jì)自重產(chǎn)生的撓度 計(jì)算圖示如下圖10：1. 1號(hào)車(chē)橫梁撓度計(jì)算： m=1m l=5.1m EI=8.98108當(dāng)P1=P2=71.93t=m/l=1/9.6=0.1042當(dāng)P1= 93.75t P2=32.73t時(shí)，可以把C點(diǎn)的P1分解開(kāi)，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有懸臂撓引起的導(dǎo)梁上口軌距變化最大d計(jì)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號(hào)車(chē)橫梁撓度計(jì)算：m=0.65m l=10.3m EI=1.328108當(dāng)P1=P2=44.89t=m/l=0.65/10.3=0.0631當(dāng)P1= 71.14t P2=18.63t時(shí)，可以把C點(diǎn)的P1分解開(kāi)，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有懸臂撓引起的導(dǎo)梁上口軌距變化最大d計(jì)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綜上計(jì)算，天車(chē)咬合總間距為58.81mm,(100-70)2=60mm可八.150型分配梁：（1號(hào)車(chē)處） 截面形式如上圖11：（單位mm）截面特性：A=0.60.022+20.360.016=0.03552m2跨中集中荷載P=93.75+764/1000=94.514 t最大彎矩：支點(diǎn)反力：R=94.514/2=47.257 t彎曲應(yīng)力：腹板最大剪應(yīng)力：局部壓應(yīng)力lz=600+220=640mm換算應(yīng)力： 可九、0號(hào)柱承載力檢算 立柱采用219mm無(wú)縫鋼管，壁厚12mm（內(nèi)管192mm，壁厚13mm），一側(cè)立柱由兩根組成，中間用605mm鋼管作為連接。1. 若按兩根鋼管同受力，其截面形式如右圖12所示，其失穩(wěn)方向?yàn)槔@y軸失穩(wěn)(加為以?xún)?nèi)鋼管為準(zhǔn))。圖12截面特性： 圖13 按一端固結(jié)，一端鉸接計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比長(zhǎng)細(xì)比由長(zhǎng)細(xì)比，可按a類(lèi)構(gòu)件查表3.4-5（鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)594頁(yè)），取安全系數(shù)n=2，得應(yīng)力折減系數(shù)分別為=0.9538，=0.94187應(yīng)力 可應(yīng)力 可2. 只考慮外側(cè)單根受力，內(nèi)側(cè)一根作為一種約束，則應(yīng)力：（圖見(jiàn)13）按一端固結(jié)，一端鉸接計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比由長(zhǎng)細(xì)比，可按a類(lèi)構(gòu)件查表3.4-5（鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)594頁(yè)），取安全系數(shù)n=2，得應(yīng)力折減系數(shù)分別為=0.9419應(yīng)力 可十、起吊系統(tǒng)檢算1. 起升系統(tǒng)檢算起升卷樣機(jī)5t，8輪100t滑車(chē)組，24.5mm鋼絲繩走16。起升荷載Q=57.2t（實(shí)際凈吊重為40t）,滑車(chē)組效率：所需牽引力： 可選用公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度為1700MPa的鋼絲繩，查表得其破段拉應(yīng)力為38.1t，考慮鋼絲間受力不均和內(nèi)力的存在，按0.7折減。安全系數(shù)n=38.1160.7/57.2=7.466 可2. 吊兩千斤繩驗(yàn)算 選用637絲36.5mm ,10股公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度為1700MPa的鋼絲繩，查表得其破段拉應(yīng)力為83.9t，考慮鋼絲間受力不均和內(nèi)力的存在，按0.7折減。安全系數(shù)n=83.9100.7/57.2=10.2710 可十一 .架橋機(jī)導(dǎo)梁整體穩(wěn)定性計(jì)算導(dǎo)梁的整體穩(wěn)定性計(jì)算可近似為一實(shí)體鋼梁。導(dǎo)梁在0號(hào)支柱、1號(hào)腿2號(hào)腿處有橫向支撐或橫向聯(lián)結(jié)，故不必在此處檢算導(dǎo)梁縱體穩(wěn)定1導(dǎo)梁跨中主弦桿截面形式見(jiàn)下圖14：（單位：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類(lèi)構(gòu)件)得：x=0.929, y=0.786 豎向荷載在跨中產(chǎn)生的最大彎矩： Mx=R16-q162/2=23.36162-1.42162/2=565.76tm 橫向風(fēng)力產(chǎn)生在導(dǎo)梁跨中最大彎矩：按7級(jí)風(fēng)壓檢算（W0=19kg/m2） W=K1K2K3K4W0=10.41.01.219=9.12kg/m 計(jì)算原理： Mx,My繞強(qiáng)軸和弱軸作用的最大彎矩. Wx,Wy按受壓邊緣確定的強(qiáng)軸和弱軸的抵抗矩 繞強(qiáng)軸彎曲所確定的整體穩(wěn)定系數(shù) f允許抗壓強(qiáng)度值 橫向風(fēng)力作用在導(dǎo)梁上引起的跨中彎矩，這里近似按簡(jiǎn)支梁計(jì)算導(dǎo)梁跨中風(fēng)力彎矩My=29.122.495(322/8)10-3=6.0tm 2當(dāng)架橋機(jī)前行時(shí)，B點(diǎn)截面及截面特性同上有： Wx=58311.11cm3 Wy=26240cm3 x=0.929, y=0.786豎向最大彎矩Mx=ql2/2=1.42322/2+325.6=906.24 t.m橫向最大彎矩（取7級(jí)風(fēng)壓）My=ql2/2=210-39.122.495322/2=23.30t.m十二.導(dǎo)梁天車(chē)走道梁計(jì)算考慮導(dǎo)梁上弦桿杰間不能承受輪壓集中荷載，故鋼枕（16b工字鋼, =215MPa, W=141cm3）間距取1.0m，均置于節(jié)點(diǎn)上，鋼軌采用P50,允許彎應(yīng)力=400MPa, W=287.2cm3鋼軌受彎按按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，最大輪壓為P=31.55332t，行走輪壓17.988t1鋼軌Mmax=pl/4=131.553320.7/4=5.5216 tm=5.522104/287.2=192.26MPa=400 滿(mǎn)足規(guī)范要求。2工字鋼行走時(shí)：M= pl/4=117.9880.7/4=3.1479 tm=3.1479104/141=223.26Mpa1.05=2151.05=225.75Mpa可1米一根工字鋼不能少。3架梁時(shí)由于輪壓增加，在架梁時(shí)輪下工字鋼按0.5米一根放置十三.吊梁天車(chē)橫梁計(jì)算（一） 受力計(jì)算架橋機(jī)天車(chē)橫梁設(shè)計(jì)采用16Mn鋼，頂板厚度為20mm，底板厚度為20mm截面形式如圖15。截面特性如下：A=202460+16(800-40)=30560 mm2I=2046040022=2.94410-3m4架橋機(jī)在架梁全過(guò)程中彎矩最大為活載在跨中，應(yīng)力計(jì)算橫梁支點(diǎn)彎矩：M=16.25211.6/4=94.25tm則翼緣板應(yīng)力：腹板最大應(yīng)力：局部壓應(yīng)力lz=460+202=500mm換算應(yīng)力：（二）.天車(chē)橫梁穩(wěn)定性計(jì)算1橫梁整體穩(wěn)定性計(jì)算見(jiàn)圖17(1).慣性力產(chǎn)生的傾覆力矩 P=QV/gt Q為自重， V為行車(chē)速度，V=3.0m/min g為重力加速度 ,取10m/S2, t為剎車(chē)時(shí)間, t=2s 小車(chē)產(chǎn)生的慣性力矩Q1=10t h1=1.85mM慣1= 橫梁慣性力矩 Q2=6.4t h2=1.1mM慣2= 混凝土梁體產(chǎn)生的慣性力矩Q3=801.1=88t h3=3.05mM慣3=M慣= M慣1+ M慣2+ M慣3=0.73485tm (2).風(fēng)力產(chǎn)生的傾覆力矩 按7級(jí)風(fēng)力計(jì)算，q=19kg/m2=0.019t/m2,迎風(fēng)面積均按實(shí)體計(jì)算。P風(fēng)=CKnqAi, c=1.6, K=1.39 小車(chē)風(fēng)力產(chǎn)生的力矩P1=1.61.390.01922=0.169tM1=0.1691.85=0.313 t.m 橫梁風(fēng)力產(chǎn)生的力矩P2=1.61.390.01913.10.8=0.443tM2=0.4431.1=0.487 t.m 混凝土縱向風(fēng)力產(chǎn)生的力矩P3=1.61.390.0193.22.5=0.338tM3=0.3383.05=1.0309 t.mM風(fēng)= M1+ M2+ M3=1.8309 t.m M傾= M風(fēng)+ M慣=2.56575 t.m(3).梁體自重產(chǎn)生的抗傾覆力矩小車(chē)自重：W1=10t, 橫梁自重：W2=6.4t混凝土自重：W3=801.1=88t 抗傾覆力矩為 （d=1.0m,輪間距為2.0m） W= W1+ W2+W3/2=10+6.4+88/2=60.4t 則 M穩(wěn)=60.41.0=60.4 t.m (4).抗傾覆安全系數(shù)n= M穩(wěn)/ M傾=60.4/2.56575=23.541.3 可因此，橫梁整體滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求。2橫梁?jiǎn)蝹€(gè)穩(wěn)定性計(jì)算見(jiàn)圖15和16由于工字鋼兩端有連接，計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比時(shí)按0.46米，外加0.75的系數(shù)以考慮工字鋼兩端有連接11.60.75/0.46=18.920 可一1#，2#橫梁連接處計(jì)算1 討論最大受力當(dāng)P1=P2=71.93 t 時(shí) MA=71.93 T.M QA=0當(dāng)P1=93.75 t P2=32.73 t 時(shí) 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構(gòu)造要求： 290.2=180.4200 mm可1.590.2=135.3140 mm可 390.2=270.6304 mm可3.銷(xiāo)子受彎：（14.5+32+40）2=173590=450 mm 可以不考慮銷(xiāo)子受彎而認(rèn)為強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。4MAMAX和 QAMAX的共同作用 計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)右（圖中銷(xiāo)子為90mm,中心距為304mm）：有MAMAX=71.93 T.M QAMAX=61.02 t 則T=MAMAX/0.304=71.93/0.304=236.61 tQ= QAMAX/2=61.02/2=30.51 t銷(xiāo)子的面積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連接鋼板（1） 從上圖中（1）的位置破壞(架為內(nèi)側(cè)的鋼板)：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滿(mǎn)足要求。（2）1-1截