架桥机计算书.doc

DF30/70Ⅲ型架桥机稳定性计算书计算单位：郑州大方桥梁机械有限公司校核单位：湖南对外建设有限公司张花高速28标2011年6月10日1主参数的确定：DF30/70Ⅲ型架桥机依据“DF30/70型架桥机设计任务书”而设计的混凝土预制梁架设安的专用设备，起吊能力70吨；适应桥梁跨径≤30米，并满足斜（弯）桥梁的架设要求。主要技术参数如下：起吊能力：70t适用桥梁跨径：≤30m适用最大桥梁纵坡：±3%适用斜桥角度：0-450适用弯曲半径：250m小车额定升降速度：1.27m/min小车额定纵向行走速度：4.25m/min主梁空载推进速度：4.25m/min大车横向行走速度：2.56m/min运梁平车轨距：2000mm运梁平车空载速度：17m/min运梁平车重载速度：4.25/8.5m/min本架桥机的设计是依据Q/ZDF010-1999《安装公路桥梁用架桥机通用技术条件》[1]，并参照GB3811-83《起重机设计规范》[2]、GBJ17-88《钢结构设计规范》[3]及起重机设计手册[4]进行。2整机稳定性计算：2.1架桥机纵向稳定性分析架桥机纵向稳定性最不利情况出现在架桥机悬臂前行阶段，该工况下架桥机的支柱已经翻起，1号天车及2号天车退至架桥机尾部作为配重，整机稳定系数Kw≥1.3-1.4。架桥机受力如下图所示：其中导梁前支腿Q前腿=0.7t，导梁重量简化至其结构中心，Q导梁=3.5t，主梁支点中心前一段重Q主梁=15.61t，支点中心后一段Q主梁=15.19t。两天车重心相距3m，Q车=6t。PW=CKhqA，C—风力系数查[4]表1-3-11，C取1.4Kh—风压高度变化系数查[4]表1-3-10，Kh取1q—计算风压查[4]表1-3-9，q取25kg/m2A—迎风面积A=7m2则：PW=1.4×1×25×7=245kgH=6m倾覆力矩M1=0.7×32+3.5×27+15.61×11.15+0.245×6=293t·m稳定力矩M2=15.19×10.85+6×15.7+6×18.7+4×19.7=450t·m稳定系数Kw=M2/M1=450/293=1.531.4符合要求2.2架桥机横向稳定性计算根据本架桥机的结构特点，架桥机提的梁为抗倾覆作用，因此只需分析非工作条件下架桥机的稳定性。2.结构计算：由于架桥机用于公路桥梁工程预制梁的安装，每年工作约6-8个月，每天连续工作不超过6小时，故只对结构进行强度和刚度计算，而不进行其疲劳强度的计算。2.1主梁结构计算：本架桥机主梁采用双梁组合，标准节采用“A”字桁架，每节长8米，最后一节长4米，导梁采用“A”字变截面，长10米，主梁全长54米，采用销轴连接，每条梁7节(含1节导梁)，见下图。2.1.1计算荷载：安装中梁时，P中=（Q车/2+Q梁/4）×K1安装边梁时，P边=（Q车/2+Q梁/2）×K2式中：P中---------安装中梁时作用于单根“A”字桁架主梁的荷载P边---------安装边梁时作用于单根“A”字桁架主梁的荷载Q车----------起吊小车质量，Q车=6000kgQ梁----------预安装混凝土梁（板）的质量,Q梁=70000kgK1------------安装中梁时的综合系数，取K1=1.2K2-----------安装边梁时的综合系数，取K2=1.2计算荷载为：P中=24600kgP边=45600kg2.1.2计算方法：利用SAP91钢结构有限元分析计算程序进行主梁的强度及刚度检算，采用许用应力计算方法，满足：σmax≤[σ]=σs/n=2350/1.33=1760kg/cm2Q235材质τmax≤[τ]=0.577[σ]=1000kg/cm2Q235材质σjy≤[σjy]=1.5[σ]=3525kg/cm2Q235材质fmax≤[f]=L/(700～1000)L为主梁计算跨度2.1.3计算工况：2.1.3.1工况Ⅰ：架桥机空载前移，前端悬臂约32m，如下图：2.1.3.2工况Ⅱ：导梁前支腿到位，前支腿悬挂过孔，如下图：2.1.3.3工况Ⅲ：前小车吊梁走到跨中，后小车还没起吊梁，如下图：2.1.3.4工况Ⅳ：前小车走到距前支腿13.5m，后小车起吊梁，如下图：2.1.3.5工况Ⅴ：架设边梁，载荷作用于前、中支腿附近，如下图：2.1.4主梁结构计算分析：针对工况Ⅰ、工况Ⅱ、工况Ⅲ、工况Ⅳ和工况Ⅴ，对主梁结构进行有限元计算，计算结果如下：工况Ⅰ：应力超过1700kg/cm2的杆件分布范围如下：最大应力：σmax=2022kg/cm2(下弦杆)最大挠度：fmax=–42cm(主梁前端)支反力：R前=0R中=14498×2=28996kgR平=1473×2=2946kg主梁接头处最大轴力：上弦Nmax=+1.1×105kg下弦Nmax=-0.6×105kg工况Ⅱ：没有应力超过1700Kg/cm2的杆件：最大应力：σmax=1597kg/cm2(上弦杆)最大挠度：f=–3cm支反力：R导前=3744×2=7488kgR中=8212×2=16424kgR平=5977×2=11954kg主梁接头处最大轴力：上弦Nmax=-0.3×105kg下弦Nmax=+0.2×105kg工况Ⅲ：应力超过1700kg/cm2的杆件分布范围如下：最大应力：σmax=3024kg/cm2(上弦杆)最大挠度：f=–10cm(跨中)支反力：R前=12390×2=24780kgR中=14791×2=29582kg主梁接头处最大轴力：上弦Nmax=-1.4×105kg下弦Nmax=+0.7×105kg工况Ⅳ：应力超过1700kg/cm2的杆件分布范围如下：最大应力：σmax=2564kg/cm2(上弦杆)最大挠度：f=–6.7cm(跨中)支反力：R前=12150×2=24300kgR中=19526×2=39052kgR顶=6340×2=12680kg主梁接头处最大轴力：上弦Nmax=-1.0×105kg下弦Nmax=+0.5×105kg工况Ⅴ：应力超过1700kg/cm2的杆件分布范围如下：最大应力：σmax=2307kg/cm2(腹杆)最大挠度：f前=–6.9cm(跨中)支反力：R前=30061×2=60122kgR中=28859×2=57718kg主梁接头处最大轴力：上弦Nmax=-0.8×105kg下弦Nmax=+0.4×105kg综合以上各工况主梁杆件受力情况，主梁标准节第二节和第三节接头附近，第三节和第四节接头附近应力σmax[σ]，需加强，第三节和第五节部分下弦应力σmax[σ]，需加强；第一节、第四节和第五节部分腹杆应力σmax[σ]，需加强。加强范围及加强型式详见加强图。加强后的主梁弦杆、腹杆应力σmax[σ]，满足要求；主梁最大工作挠度fmax=-10cm=L/316；制作时主梁预起拱f拱=6cm，则f=4cm=L/790，满足刚度要求。2.1.5主梁联结销轴校核：2.1.5.1综合以上各工况:上弦Nmax=-1.4×105kg下弦Nmax=+0.7×105kg①上弦销轴剪切：τmax=4N上弦max/πd2n1n2=1473kg/cm2d—销轴直径d=5.5cmn1—每一销轴剪切面n1=2n2—每一节头销轴数n2=2②下弦销轴剪切：τmax=4N下弦max/πd2n1n2=1100kg/cm2d=4.5cmn1=2n2=2③上弦销轴挤压：σjy=N上弦max/dδn=1591kg/cm2d—销轴直径d=5.5cmδ—插板厚度δ=8cmn—销轴数量n=2④下弦销轴挤压：σjy=N下弦max/dδn=1296kg/cm2d—销轴直径d=4.5cmδ—插板厚度δ=6cmn—销轴数量n=22.1.5.2导梁销轴校核：根据工况Ⅱ:上弦Nmax=-0.3×105kg下弦Nmax=+0.2×105kg①上弦销轴剪切：τmax=4N上弦max/πd2n1n2=472kg/cm2d—销轴直径d=4.5cmn1—每一销轴剪切面n1=2n2—每一节头销轴数n2=2②下弦销轴剪切：τmax=4N下弦max/πd2n1n2=314kg/cm2d=4.5cmn2=2n2=2③上弦销轴挤压：σjy=N上弦max/dδn=666kg/cm2d—销轴直径d=4.5cmδ—加强板厚度δ=5cmn—销轴数量n=2④下弦销轴挤压：σjy=N下弦max/dδn=370kg/cm2d—销轴直径d=4.5cmδ—插板厚度δ=6cmn—销轴数量n=2主梁销轴采用40Cr，[τ]=2840kg/cm2[σjy]=6000kg/cm2导梁销轴采用45#钢，[τ]=1870kg/cm2[σjy]=4000kg/cm2由此可知：τmax[τ]满足要求；σjy[σjy]满足要求。2.1.6主梁焊缝计算：根据“A”字桁架梁结构及受力特点，最危险焊缝发生在上弦公榫插板与相邻母材焊接处，故只对该处焊缝进行检算。材质：公榫插板16Mn相邻母材Q235计算应力按Q235上弦Nmax=-1.4×105kghelw=140cm2σf=Nmax/helw=1.4×105/140=1000kg/cm2查[4]表4-2-3[τw]=[σ]/2=1245kg/cm2σf[τw]焊缝满足要求。2.2前支腿计算：前支腿采用套管形式，受力P=65000kg，考虑安全性，计算按照小套管计算，管子为Φ245×10，材料为Q235，计算长度l=300cm，μ取2，采用折减系数法，计算如下：i=1/4√24.52+22.52=8.316λ=2×300/8.316=72.15查[4]表4-1-16[λ]=120根据[3]附录3查得ψ=0.824σ=P/ψA=65000/0.824×73.827=1068kg/cm2σ[σ]=1760kg/cm2λ[λ]=120前支腿满足强度及刚度要求。2.3前支腿销轴计算：前支腿销轴采用Φ65，材质为40Cr，根据结构，销轴只需校核剪切应力和挤压应力。τmax=4P/πd2n=980kg/cm2P—销轴最大受力P=65000kgd—销轴直径d=6.5cmn—销轴剪切面n=2σjy=P/dδn=1250kg/cm2P—销轴最大受力P=65000kgd—销轴直径d=6.5cmδ—铰链插板厚度δ=4cmn—铰链插板数量n=2τmax[τ]=2840kg/cm2σjy[σjy]=6000kg/cm2销轴满足要求。2.4边梁挂架计算：2.4.1边梁挂架上横梁校核：边梁挂架上横梁材料为Q235，尺寸如图所示：h=(9×1×10.5-4.5×4.1×4)/(9×1+4.1×20×2-4.5×4.1×2)=0.2cm惯性矩Jx=9×13/12+4.1×203×2/12-4.1×4.53×2/12+9×1×10.32+4.1×20×0.22×2-4.5×4.1×4.22×2=5715.6cm4边梁挂架上横梁受力如图所示：M=42000×55/4=577500kg.cmσ弯=577500/5715.6×10.8=1091kg/cm2σ剪=21000/136.1=154kg/cm2σ=√10912+1542=1102kg/cm2σ[σ]=1760kg/cm2强度满足要求。2.4.2边梁挂架吊板校核：吊板截面20×100，材料Q235σ=P/SP—吊板最大受力P=21000kgS—截面面积S=20cm2σ=21000/20=1050kg/cm2σ[σ]=1760kg/cm2吊板强度满足要求。2.4.3边梁挂架销轴校核：销轴采用Φ45，材质为40Cr，根据结构，销轴只需校核剪切应力和挤压应力。τmax=4P/πd2n=1320kg/cm2P—销轴最大受力P=42000kgd—销轴直径d=4.5cmn—销轴剪切面n=2σjy=P/dδn=1138kg/cm2P—销轴最大受力P=42000kgd—销轴直径d=4.5cmδ—接触板厚度δ=4.1cmn—接触板数量n=2τmax[τ]=2840kg/cm2σjy[σjy]=6000kg/cm2销轴满足要求。3.机械结构计算：3.1中支腿上、下行走机构功率计算：3.1.