万能杆件拼装龙门设计计算书

万能杆件拼装龙门设计计算书（净26×12m，额定起升荷载60t）设计：计算：复核：批准：湖北省路桥集团有限公司二○○九年十一月湖北省路桥集团有限公司万能杆件龙门设计计算书0目录一、参考资料和使用规范…………………………………………………………1二、龙门设计尺寸…………………………………………………………………1三、起重机工作级别划分与荷载统计……………………………………………1四、荷载组合………………………………………………………………………2五、结构模型及计算………………………………………………………………4六、结论和注意事项……………………………………………………………16湖北省路桥集团有限公司万能杆件龙门设计计算书1万能杆件龙门设计计算书一、参考资料和使用规范：《武汉左岭至鄂州花湖公路施工图》；《万能杆件图集》（中国人民解放军铁道兵工程学院训练部编印）；《实用起重吊装手册》杨文渊；《起重机设计规范》GB/T3811-2008；《钢结构设计规范》GB50017-2003（参考）。二、龙门设计尺寸：龙门采用N型万能杆件拼装，设计净跨26m，设计净高12m，龙门主梁截面4m×2m，龙门支腿截面2m×2m，考虑抗风和纵向行走时驱动加速力作用下整体稳定性，下部支腿采用2m×6m拼装形式；支腿采用双轨平车支撑，平车行走方向采用节点板栓接，横向为销轴铰接，天车采用跨越式，具体结构见《万能杆件龙门拼装结构图》、《天车及吊具加工图》。三、起重机工作级别划分与荷载统计：本项目龙门共需要吊装30mT梁575片，龙门总工作循环CT＜1.6×104，起重机使用等级为U0级。起重机需要经常吊装额定荷载，起重机的荷载状态级别为Q4级。按照起重机设计规范（GB/T3811-2008）起重机的整机工作级别为A2级。设计方法：基于数理统计的极限状态设计法。◎起重机质量引起的荷载，分项荷载系数γP1：万能杆件自重PG1=50.2t，天车、卷扬机、吊具自重PG2=3t；起升冲击系数05.011。◎总起升质量，分项荷载系数γP2：T梁自重PQ1=27.1×2.65/2=71.82/2≈36t，考虑其他项目的使用情况，龙门总起升质量设计60t。起升动荷载系数φ2=φ2min+β2Vq=1.10+0.34×0.3=1.20式中qV为稳定起升速度，单位m/s；min2、2为起升状态级别确定的系数，本例中为HC2级，分别取0.34和1.10。◎运行冲击荷载，分项荷载系数γP4：运行冲击荷载指在起重机带载或空载在具有一定弹性、接头处有空隙或高低错位钢轨上运行时，发生的垂直冲击荷载，包含起重机自重和起升质量。运行冲击系数41.10.0581.10.0580.25101.15yVh式中yV为起重机运行速度，本例取0.25m/s；h为轨道接头处两轨面的高差，本例取10mm。◎驱动加速力，分项荷载系数γP5：按照加速度计算的龙门纵向行走冲击荷载PAZ·=ma=（50.2+3+60）×0.078=8.83t。本例中龙门纵向运行速度0.25m/s，加速时间3.2s，加速度0.078m/s2。本例中传动系统存在微小间隙，采用其他一般的控制系统，加速力呈连续的但非平稳的变化，行走冲击系数5.15。按照GB/T3811-2008规范，龙门纵向行走冲击荷载乘以系数5后不应大于主动轮与钢轨的粘着力。本例中，龙门载重后的粘着力PG(50.2360)0.2528.3t。故：龙门纵向行走冲击荷载PAZ×5=8.83×1.5=13.245t。湖北省路桥集团有限公司万能杆件龙门设计计算书2按照加速度计算的天车横向行走冲击荷载PAH·=ma=（3+60）×0.078=4.914t。本例中天车横向运行速度0.25m/s，加速时间3.2s，加速度0.078m/s2。本例中传动系统存在微小间隙，采用其他一般的控制系统，加速力呈连续的但非平稳的变化，行走冲击系数5.15。按照GB/T3811-2008规范，龙门纵向行走冲击荷载乘以系数5后不应大于主动轮与钢轨的粘着力。本例中，天车载重后的粘着力PG(360)0.2515.75t。故：天车横向行走冲击荷载PAH×5=4.914×1.5=7.37t。◎其它可变荷载：正常工作状态风荷载PW1、非工作状态风荷载PW2，分项荷载系数γP7。龙门使用环境为内陆地区，按照GB/T3811-2008规范选用的计算风压为：P1=90N/㎡，P2=150N/㎡，与P2对应的计算风速为15.5m/s。其中P1是起重机正常使用状态下的组合计算风压，P2是起重机工作状态最大计算风压，用于验算起重机驱动装置的过载能力和起重机整机的抗倾覆稳定性、抗风防滑安全性等。龙门的最不利风荷载为最大迎风面受力，万能杆件龙门的结构单片桁架迎风面积充实率φ=0.34，查表得挡风折减系数η=0.51，万能杆件龙门可看成2片桁架，其总迎风面积A=（1-η2）/(1-η)×φ×A0=（1-0.512）/(1-0.51)×0.34×190.88≈98㎡。正常工作状态风荷载PW1=C×P1×A=1.7×90×98=14994N≈1.53t；非工作状态风荷载PW2=C×P2×A=1.7×150×98=24990N≈2.55t。本项目冰雪荷载和温度荷载不考虑。坡道阻力系数：本项目预制场轨道标高设计为水平面，不考虑坡道阻力系数。四、荷载组合：按照GB/T3811-2008标准，荷载组合有如下几类：1、起重机无风工作情况下的荷载组合有如下四种：A1——起重机载正常工作状态下，无约束地提升地面物品，无工作状态风荷载及其他气候影响产生的荷载，此时只应与正常操作控制下的其他驱动机构（不包括提升机构）引起的驱动加速力相组合；A2——起重机在正常工作状态下，突然卸除部分提升质量，无工作状态风荷载及其他气候影响产生的荷载，此时应按A1的驱动加速力组合；A3——起重机在正常工作状态下，（空中）悬吊着物品，无工作状态风荷载及其他气候影响产生的荷载，此时应考虑悬吊物品及吊具的重力与正常操作控制的任何驱动机构（包括起升机构）在一连串运动状态中引起的加速力或减速力进行任何的组合；A4——在正常工作状态下，起重机在不平道路或轨道上运行，无工作状态风荷载及其他气候影响产生的荷载，此时应按A1的驱动加速力组合。2、起重机在有风工作情况下的荷载组合：B1~B4——其荷载组合在A1~A4的组合相同，但应考虑加上工作状态风荷载及其他气候影响产生的荷载；B5——在正常工作状态下，起重机在带坡度的不平的轨道上以恒速偏斜运行，有工作状态风荷载及其他气候影响产生的荷载（其他机构不运动）。3、起重机受到特殊荷载作用的工作情况或非工作情况下的荷载组合：C1——起重机在工作状态下，用最大起升速度无约束地提升地面荷载，例如相当于电动机或发动机无约束地起升地面上松弛的钢丝绳，当荷载离地时起升速度达湖北省路桥集团有限公司万能杆件龙门设计计算书3到最大值（使用导出的φ2max，其他机构不运动）；C2——起重机在非工作状态下，有非工作状态风荷载及其他气候影响产生的荷载；C3——起重机在动荷载试验状态下，提升动载试验荷载，并有试验状态风荷载，与荷载组合A1的驱动加速力相组合；C4——起重机带有额定起升荷载，与缓冲碰撞力产生的荷载相组合；C5——起重机带有额定起升荷载，与倾翻力产生的荷载相组合；C6——起重机带有额定起升荷载，与意外停机引起的荷载相组合；C7——起重机带有额定起升荷载，与机构失效引起的荷载相组合；C8——起重机带有额定起升荷载，与起重机基础外部激励产生的荷载相组合；C9——起重机在安装、拆卸或运输期间产生的荷载相组合；结合本项目实际情况：天车的行走速度0.25m/s，龙门纵向移动的行走速度0.25m/s，小于0.7m/s，不考虑起重机所受的缓冲碰撞力；轨道布置为水平面，不考虑坡道阻力系数；轨道基础为现浇钢筋砼基础，其横断面尺寸为0.4×0.8m，地基承载能力130Kpa，承载能力满足要求；仅对如下荷载组合进行计算：A1，A3，A4，B1，B3，B4，C2。其荷载组合分项系数见下表：荷载组合γP1γP2γP4γP5γP7A11.16×φ11.34×φ2——1.55×φ5——A31.161.34——1.55×φ5——A4————1.16×φ41.55×φ5——B11.05×φ11.22×φ2——1.41×φ51.10B31.051.22——1.41×φ51.10B4————1.05×φ41.41×φ51.10C21.05——————1.10*空载1————————*活载——1——————*为了方便龙门荷载试验验收，对龙门的空载和增加活载状态下的挠度分别进行了计算，实际验收时仅需测量活载挠度，其分项系数取1。◎A1组合需要考虑的荷载为：恒载：龙门自重：1.16×0.95（1.05）×（50.2+3）t=58.63（64.80）t集中力：额定荷载：1.34×1.2×60t=96.48t龙门纵向行走冲击荷载：1.55×1.5×8.83t=20.52t天车横向行走冲击荷载：1.55×1.5×4.914t=11.425t龙门在做纵向行走的情况下，不允许进行天车横向移动；天车在做横向移动的情况下，不允许龙门进行纵向移动。◎A3组合需要考虑的荷载为：恒载：龙门自重：1.16×（50.2+3）t=61.712t集中力：额定荷载：1.34×60t=80.4t龙门纵向行走冲击荷载：1.55×1.5×8.83t=20.52t天车横向行走冲击荷载：1.55×1.5×4.914t=11.425t龙门在做纵向行走的情况下，不允许进行天车横向移动；天车在做横向移动的情况下，不允许龙门进行纵向移动。◎A4组合需要考虑的荷载为：恒载：龙门自重：1.16×1.15×（50.2+3）t=70.97t集中力：额定荷载：1.16×1.15×60t=80.04t湖北省路桥集团有限公司万能杆件龙门设计计算书4龙门纵向行走冲击荷载：1.55×1.5×8.83t=20.52t天车横向行走冲击荷载：1.55×1.5×4.914t=11.425t龙门在做纵向行走的情况下，不允许进行天车横向移动；天车在做横向移动的情况下，不允许龙门进行纵向移动。◎B1组合需要考虑的荷载为：恒载：龙门自重：1.05×0.95（1.05）×（50.2+3）t=53.07（58.65）t集中力：额定荷载：1.22×1.2×60t=87.84t龙门纵向行走冲击荷载：1.41×1.5×8.83t=18.68t天车横向行走冲击荷载：1.41×1.5×4.914t=10.39t风荷载：1.1×1.53t=1.683t龙门在做纵向行走的情况下，不允许进行天车横向移动。天车在做横向移动的情况下，不允许龙门进行纵向移动。◎B3组合需要考虑的荷载为：恒载：龙门自重：1.05×（50.2+3）t=55.86t集中力：额定荷载：1.22×60t=73.2t龙门纵向行走冲击荷载：1.41×1.5×8.83t=18.68t天车横向行走冲击荷载：1.41×1.5×4.914t=10.39t风荷载：1.1×1.53t=1.683t龙门在做纵向行走的情况下，不允许进行天车横向移动；天车在做横向移动的情况下，不允许龙门进行纵向移动。◎B4组合需要考虑的荷载为：恒载：龙门自重：1.05×1.15×（50.2+3）t=64.24t集中力：额定荷载：1.05×1.15×60t=72.45t龙门纵向行走冲击荷载：1.41×1.5×8.83t=18.68t天车横向行走冲击荷载：1.41×1.5×4.914t=10.39t风荷载：1.1×1.53t=1.683t龙门在做纵向行走的情况下，不允许进行天车横向移动；天车在做横向移动的情况下，不允许龙门进行纵向移动。◎C2组合需要考虑的荷载为：恒载：龙门自重：1.05×（50.2+3）t=55.86t集中力：风荷载：1.1×2.55t=2.81t五、结构模型及计算：结构计算采用MIDASCIVIL5.9通用有限元程序。由于在有限元模型中未能考虑节点板和螺栓等连接件