吊车梁

专题设计（吊车梁设计）吊车梁系直接承受吊车荷载的承重结构，是厂房上部的重要结构之一。水电站厂房内大多采用电动桥式吊车水电站吊车具有以下特点：a.吊车起吊容量大。在大中型水电站厂房中，吊车容量常达百吨以上。b.吊车工作间歇性大。水电厂吊车只是在机组安装和大修时才起吊最重件（一般为发电机连轴转子），所以吊车在最大负荷工作的机会不多。c.操作速度缓慢。吊车运行速度和起吊速度均较缓慢。d.水电厂吊车大多为软钩，轮压的动力系数较小，对结构受力有利。吊车梁的设计包括内力计算，配筋计算，抗扭计算等。1.吊车梁荷载吊车梁的荷载包括自重、钢轨及附件重、吊车荷载等。前两项是固定不变的均布荷载，后一项是移动的集中荷载。吊车在吊车梁上运动产生三个方向的动力荷载：竖向荷载、横向水平荷载和沿吊车梁纵向的水平荷载。吊车梁的竖向荷载标准值应采用吊车最大轮压或最小轮压。在计算吊车梁及其连接强度时吊车竖向荷载应乘以动力系数。对悬挂吊车（包括电动葫芦）及工作级别A1~A5的软钩吊车，动力系数可取1.05；对工作级别A6~A8的软钩吊车、硬钩吊车和其他特种吊车，动力系数可取为1.1。本次设计中取动力系数为1.1。吊车的横向水平荷载由小车横行引起，其标准值应取横行小车重量与额定起重量之和的下列百分数，并乘以重力加速度，对于软钩吊车：当额定起重量不大于10吨时，应取12%；当额定起重量为16~50吨时，应取10%；当额定起重量不小于75吨时，应取8%。本次设计中取8%。纵向水平荷载是指吊车刹车力，其沿轨道方向由吊车梁传给柱间支撑，计算吊车梁截面时不予考虑。2.吊车梁的形式吊车一般设计成简支梁，传力明确，构造简单，施工方便。吊车梁设计成连续梁固然可节省材料，但连续梁对支座沉降比较敏感，因此对基础要求较高。本次设计采用T形截面吊车梁，纵向、横向刚度均较大，抗扭性能较好，便于固定钢轨和有较宽的检查走道，起重量较大或中等的吊车梁宜采用这种T形截面。起重机钢轨轨道采用QU70,重43kg/m。3.吊车梁材料吊车梁钢材应具有良好的塑性和韧性，因此采用HRB335钢筋。吊车梁混凝土采用C30。4.吊车梁计算(1)基本条件混凝土采用C30，钢筋混凝土容重取30kN/m3，吊车梁最大轮压33.2t，起重机总重61.1t，小车重24.5t，钢轨及附件取1.5kN/m。抗弯安全系数取K=1.5×1.05=1.575，抗剪及抗扭安全系数取K=1.55×1.05=1.628，抗裂安全系数取K=1.0，动力系数取μ=1.1。(2)内力计算计算弯矩时计算跨度：l=l中-中=7.6ml=l0=7.2m均布荷载自重：g1=30×（0.9×0.2+0.7×0.5）=15.9kN/m钢轨及附件重：g2=1.5kN/m总重g=g1+g2=15.9+1.5=17.4kN/m因结构对称取半跨6个计算截面进行计算，计算简图如下：在自重等均布横载作用下，各计算截面的内力计算见下表截面内力012345M(kN.m)045.2380.4105.53120.60125.63Q(kN.m)62．6450.1137.5825.0612.530在吊车最大轮压作用下，逐一求出各截面的最大弯矩和最大剪力见下表竖向荷载设计值：Pmax=33.2×9.8×1.1×103=357.90kN横向荷载设计值：Tc=0.08×（24.5+61.1）×9.8×103=67.11kN查《水电站厂房设计》P589、P590页得吊车梁内力计算影响线见表截面内力012345Mmax(kN.m)0538.54866.601055.101077.141119.16Qmax(kN)852.84709.68570.13462.76355.39279.16Qmin(kN)0-35.79-71.58-107.37-143.16-178.95叠加后的内力见下表截面内力012345Mmax(kN.m)0583.779471160.631197.741244.79Qmax(kN)915.48759.79607.71487.82367.92279.16Qmin(kN)62.6414.32-34-82.31-130.63-178.95给出内力包络图，见图T形截面初拟定尺寸如下图所示200900200200500700T形截面单位：mm（3）确定翼缘的计算宽度吊车梁为独立T形梁，取a=65mm（因弯矩较大，考虑受拉钢筋排成双层，梁处于室内正常环境）h0=h-a=900-65=835mm独立T形梁hf’=200/835=0.240.1查表得bf’=b+12hf’=500+12×200=2900mmbf’=l0/3=7600/3=2533mm上述数值均大于翼缘的实有宽度，所以按bf’=900mm计算。鉴别T形梁所属情况，按下式进行KM=1.2×1244.19=1493.75kN.mfcbf’hf’(h0-hf’/2)=14.3×900×200×(835-200/2)=1891.89kN.mKMfcbf’hf’(h0-hf’/2)属于第一种T形截面（Χhf’）按宽度为900mm的单筋矩形截面计算。（4）配筋计算钢筋采用HRB335则fy=300N/mmfy’=300N/mm先按下式计算αs及相应的ξ再计算出受拉钢筋截面面积As。αs=KM/fcbf’h02=1493.75×106/(14.3×900×8352)=0.166ξ=1-(1-2αs)0.5=0.1830.85ξb=0.468As=fcξbf’h0/fy=14.3×0.183×900×835/300=6555mm2ρ=As/bh0=6555/(500×835)=1.57%ρmin=0.2%满足要求。选用钢筋2Ф36+4Ф40（As=7063mm2）（5）斜截面承载力计算支座边缘最大剪力为V=915.48kN截面尺寸hw=h0-hf’=835-200=635mm0.25fcbh0=0.25×14.3×500×835=1492.56kNKV=1.628×915.48=1490.40kN故截面尺寸满足抗剪条件。（6）验算是否需按计算确定腹筋Vc=0.7ftbh0=0.7×1.43×500×835=417.92kNKV=1.628×915.48=1490.40kN应由计算确定腹筋，当h800mm的梁，箍筋的直径不宜小于8mm，箍筋选用HPB235，因此初选双肢箍筋12@150（Asv=754mm2）VcKV，Smax=300mmρmin=Asv/bs=754/(500×150)=1.01%ρsvmin=0.15%满足最小配筋率的要求。Vc+Vsv=0.7fcbh0+1.25fyvh0Asv/s=0.7×1.43×500×835+1.25×210×835×754/150=1519.70kNKV=1490.40kN故不需增设弯起钢筋帮助抗剪。（6）抗扭计算横向水平刹车力T是通过大轮子传给轨顶，由轨顶再传给吊车梁的。力的作用位置与竖向轮压相同，因此梁在横向水平刹车力作用下的内力计算与竖向一样，只需将大车的一个轮子横向水平刹车标准值H0代替竖向计算中的μPmax，而自重等均布荷载则不予考虑。根据SL/266__2001《水电站厂房设计规范》公式计算作用于吊车梁的扭矩标准值：mT=β（μPmaxe1+H0e2）e1为吊车轨道安装偏心距，一般取20mm；e2为吊车横向水平刹车力T对吊车梁截面弯曲中心的距离，因此可由计算得出e2=ha+ya=270+268.77=538.77mm；ha为轨道顶至吊车梁顶面的距离，取270mm；μ为吊车竖向轮压动力系数取1.1；ya为截面中心至界面顶面距离，ya=hf’/2+h/2（h-hf’）b3/（hf’bf’3+（h-hf’）b3），故ya=268.77mmH0为吊车横向水平作用标准值（一个轮子），H0=T/m=67.11/4=16.78kN；β为扭矩和剪力共同作用下的组合系数，取0.8mT=0.8（357.90×0.02+16.78×0.53877）=12.96kN.m梁的最大扭矩maxTM产生在近支座截面处，和求单跨梁支座最大剪力的方法相同：MTmax=mTVmax/γQμPmax=12.96×915.48/（1.1×357.9）=30.14kN.mT形截面各矩形分块的抗扭刚度为：梁肋：Wtw=b2（3h-b）/6=5002×（3×900-500）/6=91.67×106mm3翼缘：Wtf’=hf’2（bf-b）/2=2002×（900-500）/2=8×106mm3整个截面受扭塑性抵抗矩为：Wt=Wtw+Wtf’=91.67×106+8×106=99.67×106mm3V/bh0+MTmax/Wt=915.48×103/（500×835）+30.14×106/99.67×106=2.495N/mm20.25fc/γd=0.25×14.3/1.2=2.979N/mm2因此截面尺寸满足要求。验算是否需按计算确定抗剪扭钢筋0.7ft/γd=0.7×1.43/1.2=0.834N/mm2V/bh0+MTmax/Wt=2.979N/mm2应按计算确定抗剪扭钢筋。抗弯纵筋计算：判别T型梁截面类型：[fcbf’hf’(h0-hf’/2)]/γd=[14.3×900×200×(835-200/2)]/1.2=1576.575kN.mM=1244.79kN.m属于第一类T型截面，按宽度为bf’的矩形截面计算，与前面计算配筋一致。腹板抗剪扭钢筋计算：1）T型截面的扭矩分配：梁肋：mk72.2714.301067.991067.9166maxttwtwNMWWMT翼缘：mNMWWMT.k42.214.301067.9910866maxttftf'’2）验算腹板的配筋是否按弯、剪、扭构件计算：kNVkNbhfcd48.91513.1748355003.14035.02.11035.010因此不能忽略剪力V的影响。mkNMmkNWftwtwtd.72.27.12.191067.9143.1175.02.11175.016不能忽略MT的影响，腹板应按弯、剪、扭构件计算。3)βt的计算：在梁所承受的荷载中，移动荷载占主要部分，它是一组移动的集中荷载，故0)5.1(17.015.1TbhVWtt式中：t——剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数；——计算剪跨比，4.183500ha，取1.4，其中a为集中荷载作用点至支座截面或节点边缘的距离；T——扭矩设计值，T=MTmax。故328.08355001014.301067.991048.915)5.14.1(17.015.1663t4）腹板抗剪箍筋计算：mmmmhfbhfVSAsvyvctd/778.283521025.18355003.14)328.05.1(07.01048.9152.125.1)5.1(07.02300设ζ=1.210.351.2stdtwtttwyvcorAMfWsfAmmmm/186.0)3065900)(230500(2102.12.11067.9143.1328.035.01072.272.1266式中：Acor——截面核心部分面积Acor=bcor×hcor采用双肢箍筋（n=2）,则腹板单位长度上的单肢箍筋总截面面积为：mmmmsAnsASAstsvsv/575.1186.02778.2211选用箍筋直径为12@150（Asv=754mm2）则：Smax=300mmρmin=Asv/bs=754/(500×150)=1.01%ρsvmin=0.15%满足最小配筋率的要求。5）腹板纵筋计算腹板抗扭纵筋：11styvcoryvcorststyyAfufuAAfssf2389300)805440(2210186.02.1mm式中：ucor——截面核心部分的周长，ucor=2（bcor+hcor