30m架桥机验算计算书.docx
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30m架桥机验算计算书
一．设计规范及参考文献
（一）重机设计规范（GB3811-83）
（二）钢结构设计规范（GBJ17-88）
（三）公路桥涵施工规范（041-89）
（四）公路桥涵设计规范（JTJ021-89）
（五）石家庄铁道学院《GFJT-40/300拆装式架桥机设计计算书》
（六）梁体按30米箱梁100吨计。
二.架桥机设计荷载
（一）.垂直荷载
梁重:
Q1=100t
天车重：
Q2=7.5t（含卷扬机）
吊梁天车横梁重：
Q3=7.3t（含纵向走行）
主梁、桁架及桥面系均部荷载：
q=1.29t/节（单边）
1.29×1.1=1.42t/节（单边）
0号支腿总重:
Q4=5.6t
1号承重梁总重：
Q5=14.6t
2号承重梁总重：
Q6=14.6t
纵向走行横梁（1号车）：
Q7=7.5+7.3=14.8t
纵向走行横梁（2号车）：
Q8=7.5+7.3=14.8t
梁增重系数取：
1.1
活载冲击系数取：
1.2
不均匀系数取：
1.1
（二）．水平荷载
1.风荷载
a.设计取工作状态最大风力，风压为7级风的最大风压：
q1=19kg/m2
b.非工作计算状态风压，设计为11级的最大风压;
q2=66kg/m2
（以上数据参照石家庄铁道学院《GFJT-40/300拆装式架桥机设计计算书》）
2.运行惯性力：
Ф=1.1
三.架桥机倾覆稳定性计算
（一）架桥机纵向稳定性计算
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，计算简图见图1（单位m）:
图中
P1=5.6t（前支柱自重）
P2=1.42×（22+8.5）=43.31t（导梁后段自重）
P3=1.42×32=45.44t（导梁前段自重）
P4=14.6t（2#承重横梁自重）
P5=P6=14.8t（天车、起重小车自重）
P7为风荷载，按11级风的最大风压下的横向风荷载，所有迎风面均按实体计算，
P7=ΣCKnqAi
=1.2×1.39×66×（0.7+0.584+0.245+2.25+0.3+0.7+0.8+1.5）
×12.9=10053kg=10.05t
作用在轨面以上5.58m处
M抗=43.31×15+14.8×（22+1.5）+14.8×27.5+14.6×22=1725.65t.m
M倾=5.6×32+45.44×16+10.05×5.58=962.319t.m
架桥机纵向抗倾覆安全系数
n=M抗/M倾=1725.65/（962.319×1.1）=1.63>1.3<可）
（二）架桥机横向倾覆稳定性计算
1.正常工作状态下稳定性计算
架桥机横向倾覆稳定性最不利情况发生在架边梁就位时，最不利位置在1号天车位置，检算时可偏于安全的将整个架桥机荷载全部简化到该处，计算简图如图
P1为架桥机自重（不含起重车），作用在两支点中心
P1=43.31+45.44+7.3×2+14.6×2=132.55t
P2为导梁承受的风荷载，作用点在支点以上3.8m处，导梁迎风面积按实体面积计，导梁形状系数取1.6。
A=（1+η1）（1+η2）ФA其中：
η1=0.53η2=0.5
A=（1+0.53）（1+0.5）×62×2.25=320.1525m2
风荷载P2=CkhεA
=1.6×1.39×19×320.1525=13528kg=13.53t
P3为天车导梁承受的风荷载，作用点在支点以上5.179m处，迎风面积按实体计算，导梁形状系数取1.6。
P3=2×1.39×1.6×19×0.8×0.46×4=124.4kg=0.1244t
P4为架桥机起重小车重量
P4=7.5×2+100×1.1=125t
P5为架桥机起重小车及梁体所受的风荷载，作用在支点以上8.113m处，
P5=1.39×1.6×19×（3×2×2+2×30）=3042.432kg=3.042t
图2所示A点为倾覆支点，对A点取矩：
M倾=P2×3.8+P3×5.179+P4×1.435+P5×8.113
=13.53×3.8+0.1244×5.179+125×1.435+3.042×8.113=256.11t·m
M抗=P1×4.8=132.55×4.8=636.24t·m
架桥机工作条件横向抗倾覆安全系数
n=M抗/M倾=636.24/（256.11×1.1）=2.26>1.3<可）
2.非工作条件下稳定性计算
架桥机悬臂前行时自重荷载全部由车体承担，在横向风荷载作用下，其稳定性见图3。
与图2相比，架桥机在提的梁为倾覆作用时，架桥机有N=2.26的横向抗倾系数，而图3中已经没有提梁，故此不用计算而得出结论它的抗倾系数满足要求。
结论：
架桥机稳定性符合规范要求
四.结构分析
（一）荷载取值：
桁架及桥面系均部荷载1.29t/节×1.1=1.42t/节（单边），荷载（100+7.5×2）×1.2=138.0t。
其余荷载取值见前。
纵向走行天车轮距为2m,当天车居于天车横梁跨中时，单片空载轮压集中力为（7.5+7.3）/4=3.7t，负荷轮压集中力为（7.3+138）/4=36.325t，架边梁时轮压集中力为（重边）：
7.3/4+138/2=70.825t，（轻边）7.3/4=1.825t.吊梁小车轮压集中力138/4=34.5t（轮距1.6m）。
（二）分析计算
根据以上荷载值，按桁架进行分析，计算过程由有限元分析程序SAP93来完成。
工况取:
（1）架桥机前移，
（2）1号天车提梁，（3）2号天车提梁，（4）1号天车至跨中、（5）中梁就位，（6）边梁就位6种工况进行计算，计算得前悬臂端最大挠度852.6mm，考虑到桁架空多，加1.1的系数，852.6×1.1=937.86mm，待架孔导梁跨中最大挠度71mm，考虑到桁架空多，加1.1的系数，71×1.1=78mm，天车横梁跨中最大挠度?
28mm.导梁结构图见图4
各杆件在工况1，5，6的杆件内力见附加图
各工况的轴重见图5
杆件最大内力汇总表
名称
计算最大内力（T）
允许内力（T）
备注
上弦杆
+232.79
272
工况1B附近
下弦杆
-228.02
266
工况1B附近
立杆
-90.408
119.0
工况6C附近
斜杆
-57.6
73.6
工况6C附近
注：
受拉为+，受压为-
6种工况各支点最大反力（单边）如下：
（单位：
吨）
支点
工况
A
B
C
工况1
2.345
98.73
0
工况2
67.145
40.429
23.333
工况3
69.14
74.95
23.14
工况4
45.457
77.571
40.502
工况5
26.39
76.89
60.245
工况6
重边
25.86
111.383
95.29
轻边
26.93
42.398
25.406
五.架桥机1号、2号车横梁检算
架桥机1号、2号车横梁设计采用16Mn钢，顶板厚度为12mm，底板厚度为12mm，用160×168×14.5两根工字钢做支撑，截面形式如图6。
截面特性如下：
查工字钢表有S=146.45cm2,I=68512.5cm4
A=145.45×2×100+12×406×2=3903mm2
I=68512.5×104×2+12×406×（560+6）2×2=4.49-3m4
计算图示如下图7（单位m）:
架桥机在吊边梁对位时由导梁传到横梁的最大压力为93.75t.
1.应力计算
两导梁中心距L=9.6m
悬臂长度L=1m,最大集中荷载P=93.75t
横梁支点弯矩：
M=93.75×1=93.75t·m
则翼缘板应力：
腹板最大应力：
局部压应力
Lz=22×4+（12+25）×2=162mm
换算应力：
2.
（1）整体稳定性
b0=268-14.5=253.5mm
h/b0=584/253.5=2.3<6
l/b0=11600/253.5=45.76〈65
故不必计算其整体稳定性（见《钢结构设计手册》P28）。
（2）局部稳定性计算
翼缘板局部稳定
b0/t=253.5/12=21.125<[b0/t]=33<可〉
b/t=76.75/12=6.4<[b/t]=12.4〈可〉
腹板局部稳定：
不需设加劲板。
为安全起见，在直接受力处加了厚10mm的内加劲肋和厚16mm的外加劲肋，同时，其他位置布置间距为1m的，厚10mm的内加劲肋。
由于焊缝按一级焊缝质量验收，其强度与钢板相同，故在此不检算而其强度认为其强度足够。
经计算联结处强度满足要求。
六.架桥机0号立柱横梁计算
1.设计说明和基本依据
架桥机前支柱由支柱横梁和立柱组成，立柱共计4根，在工作状态下，仅考虑外侧2根立柱承受竖向荷载，内侧2根只起横向稳定作用。
前支腿最大荷载发生在架桥机吊梁就位时，端构架竖杆内力为36.8t（由电算分析），此时由导梁传向横梁的荷载为P=71.14t.
2.立柱横梁承载力检算
（1）应力检算
支柱横梁采用箱形断面，如图8。
设计采用16Mn钢板，顶板和底板厚度为14mm,腹板厚10mm。
计算图示如下图9：
（单位：
m）
截面特性如下：
I=[0.380×0.463-（0.38-2╳0.01）×0.4323]/12=0.000664m4
导梁支点悬出立柱中心位置0.85m，则
M=71.14×0.85=60.469t·m
翼缘应力：
〈可〉
腹板剪应力：
局部压应力
lz=（120×2+10）×2+2×14=528mm
换算应力：
〈可〉
焊缝强度与钢板等强，可不必进行计算。
3.
（1）整体稳定性
b0=200-10-10=180
h/b0=460/180=2.556<6
l/b0=11600/180=64.44<65
故可不必进行整体稳定性验算（见《钢结构设计手册》P28）。
（2）局部稳定性计算
翼缘板局部稳定：
b0/t=180/14=12.86<[b0/t]=33（可）
b/t=90/14=6.43<[b/t]=12.4（可）
腹板局部稳定
故不需设加劲板，为安全起见，在直接受力处加了厚10mm的内加劲肋和厚16mm的外加劲肋，同时，其他位置布置间距为1m的，厚10mm的内加劲肋。
由于焊缝按一级焊缝质量验收，其强度与钢板相同，故在此不检算而其强度认为其强度足够。
经计算联结处强度满足要求。
七.1号车横梁及0号柱横梁挠度计算
由于横梁刚性较大，可不计自重产生的挠度
计算图示如下图10：
1.1号车横梁挠度计算：
m=1ml=9.6mEI=8.98×108
当P1=P2=71.93t
λ=m/l=1/9.6=0.1042
当P1=93.75tP2=32.73t时，
可以把C点的P1分解开，P1=P1’+P2有
P1’=93.75-32.73=61.02t
fd=m×θB=1×0.001087=1.087×10-3m
fc=1.871+2.401=4.272mm
fd=1.87+1.087=2.957mm
有悬臂挠引起的导梁上口轨距变化最大d计算如下
4.271/1=d1/（2.25+.245）d1=10.656mm
2.957/1=d2/（2.25+.245）d2=7.38mm
故d=d1+d2=10.656+7.38=18.03mm
2.0号车横梁挠度计算：
m=0.65ml=10.3mEI=1.328×108
当P1=P2=44.89t
λ=m/l=0.65/10.3=0.0631
当P1=71.14tP2=18.63t时，
可以把C点的P1分解开，P1=P1’+P2有
P1’=71.14-18.63=52.51t
fd=m×θB=065×0.0044=0.00286m
fc=3.181+6.098=9.279mm
fd=3.181+2.86=6.041mm
有悬臂挠引起的导梁上口轨距变化最大d计算如下
6.041/1=d1/（2.25+.245）d1=23.19mm
9.279/1=d2/（2.25+.245）d2=35.62mm
故d=d1+d2=58.81mm
综上计算，天车咬合总间距为58.81mm,（100-70）×2=60mm可
八.150型分配梁：
（1号车处）
截面形式如上图11：
（单位mm）
截面特性：
A=0.6×0.02×2+2×0.36×0.016=0.03552m2
跨中集中荷载P=93.75+764/1000=94.514t
最大弯矩：
支点反力：
：
R=94.514/2=47.257t
弯曲应力：
腹板最大剪应力：
局部压应力
lz=600+2×20=640mm
换算应力：
可
九.0号柱承载力检算
立柱采用Φ219mm无缝钢管，壁厚12mm（内管Φ192mm，壁厚13mm），一侧立柱由两根组成，中间用Φ60×5mm钢管作为连接。
1.
若按两根钢管同受力，其截面形式如右图12所示，其失稳方向为绕y轴失稳（加’为以内钢管为准）。
图12
截面特性：
图13
按一端固结，一端铰接计算
长细比
长细比
由长细比，可按a类构件查表3.4-5（《钢结构设计手册》594页），取安全系数n=2，得应力折减系数分别为Φ=0.9538，Φ=0.94187
应力
〈可〉
应力
〈可〉
2.只考虑外侧单根受力，内侧一根作为一种约束，则应力：
（图见13）
按一端固结，一端铰接计算
长细比
由长细比，可按a类构件查表3.4-5（《钢结构设计手册》594页），取安全系数n=2，得应力折减系数分别为Φ=0.9419
应力
可
十.起吊系统检算
1.起升系统检算
起升卷样机5t，8轮100t滑车组，Φ24.5mm钢丝绳走16。
起升荷载Q=57.2t（实际净吊重为40t）,
滑车组效率：
所需牵引力：
〈可〉
选用公称抗拉强度为1700MPa的钢丝绳，查表得其破段拉应力为38.1t，考虑钢丝间受力不均和内力的存在，按0.7折减。
安全系数n=38.11×6×0.7/57.2=7.46〉6〈可〉
2.吊两千斤绳验算
选用6×37丝φ36.5mm,10股公称抗拉强度为1700MPa的钢丝绳，查表得其破段拉应力为83.9t，考虑钢丝间受力不均和内力的存在，按0.7折减。
安全系数n=83.9×10×0.7/57.2=10.27〉10〈可〉
十一.架桥机导梁整体稳定性计算
导梁的整体稳定性计算可近似为一实体钢梁。
导梁在0号支柱、1号腿2号腿处有横向支撑或横向联结，故不必在此处检算导梁纵体稳定
1．导梁跨中主弦杆截面形式见下图14：
（单位：
cm）
A=（93.2-11.2）╳8=656cm2
Ix=656×1002=6560000cm4
Iy=656×502=1640000cm2
Wx=Ix/y=5660000/（100+12.5）=58311.11cm3
Wy=Iy/x=1640000/（50+12.5）=26240cm3
λx=l0/rx=3200/100=32
λy=l0/ry=3200/50=64
查表Q235（b类构件）得：
φx=0.929,φy=0.786
竖向荷载在跨中产生的最大弯矩：
Mx=R×16-q×162/2=23.36×16×2-1.42×162/2=565.76t·m
横向风力产生在导梁跨中最大弯矩：
按7级风压检算（W0=19kg/m2）
W=K1K2K3K4W0=1×0.4×1.0×1.2×19=9.12kg/m
计算原理：
Mx,My——绕强轴和弱轴作用的最大弯矩.
Wx,Wy——按受压边缘确定的强轴和弱轴的抵抗矩
ф——绕强轴弯曲所确定的整体稳定系数
[f]——允许抗压强度值
横向风力作用在导梁上引起的跨中弯矩，这里近似按简支梁计算导梁跨中风力弯矩
My=2×9.12×2.495×（322/8）×10-3=6.0t·m
2．当架桥机前行时，B点截面及截面特性同上有：
Wx=58311.11cm3Wy=26240cm3φx=0.929,φy=0.786
竖向最大弯矩Mx=ql2/2=1.42×322/2+32×5.6=906.24t.m
横向最大弯矩（取7级风压）My=ql2/2=2×10-3×9.12×2.495×322/2=23.30t.m
十二.导梁天车走道梁计算
考虑导梁上弦杆杰间不能承受轮压集中荷载，故钢枕（16b工字钢,[σ]=215MPa,W=141cm3）间距取1.0m，均置于节点上，钢轨采用P50,允许弯应力[σ]=400MPa,W=287.2cm3钢轨受弯按按简支梁计算，最大轮压为P=31.55332t，行走轮压17.988t
1．钢轨
Mmax=pl/4=1×31.55332×0.7/4=5.5216t·m
σ=5.522×104/287.2=192.26MPa<[σ]=400满足规范要求。
2．工字钢
行走时：
M=pl/4=1×17.988×0.7/4=3.1479t·m
σ=3.1479×104/141=223.26Mpa<1.05[σ]=215×1.05=225.75Mpa可
1米一根工字钢不能少。
3．架梁时由于轮压增加，在架梁时轮下工字钢按0.5米一根放置
十三.吊梁天车横梁计算
（一）受力计算
架桥机天车横梁设计采用16Mn钢，顶板厚度为20mm，底板厚度为20mm截面形式如图15。
截面特性如下：
A=20×2×460+16×（800-40）=30560mm2
I=20×460×4002×2=2.944╳10-3m4
计算图示如下图16：
架桥机在架梁全过程中弯矩最大为活载在跨中，
应力计算
横梁支点弯矩：
M=16.25×2×11.6/4=94.25t·m
则翼缘板应力：
腹板最大应力：
局部压应力
lz=460+20×2=500mm
换算应力：
（二）.天车横梁稳定性计算
1．横梁整体稳定性计算见图17
（1）.惯性力产生的倾覆力矩
P=QV/gtQ为自重，V为行车速度，V=3.0m/min
g为重力加速度,取10m/S2,t为刹车时间,t=2s
1小车产生的惯性力矩
Q1=10th1=1.85m
M惯1=
2横梁惯性力矩
Q2=6.4th2=1.1m
M惯2=
3混凝土梁体产生的惯性力矩
Q3=80×1.1=88th3=3.05m
M惯3=
M惯=M惯1+M惯2+M惯3=0.73485t•m
（2）.风力产生的倾覆力矩
按7级风力计算，q=19kg/m2=0.019t/m2,迎风面积均按实体计算。
P风=ΣCKnqAi,c=1.6,K=1.39
1小车风力产生的力矩
P1=1.6×1.39×0.019×2×2=0.169t
M1=0.169×1.85=0.313t.m
2横梁风力产生的力矩
P2=1.6×1.39×0.019×13.1×0.8=0.443t
M2=0.443×1.1=0.487t.m
3混凝土纵向风力产生的力矩
P3=1.6×1.39×0.019×3.2×2.5=0.338t
M3=0.338×3.05=1.0309t.m
M风=M1+M2+M3=1.8309t.m
M倾=M风+M惯=2.56575t.m
（3）.梁体自重产生的抗倾覆力矩
小车自重：
W1=10t,横梁自重：
W2=6.4t
混凝土自重：
W3=80×1.1=88t
抗倾覆力矩为（d=1.0m,轮间距为2.0m）
W=W1+W2+W3/2=10+6.4+88/2=60.4t
则M稳=60.4×1.0=60.4t.m
（4）.抗倾覆安全系数
n=M稳/M倾=60.4/2.56575=23.54〉1.3〈可〉
因此，横梁整体满足稳定性要求。
2．横梁单个稳定性计算见图15和16
由于工字钢两端有连接，计算长细比时按0.46米，外加0.75的系数以
考虑工字钢两端有连接
11.6×0.75/0.46=18.9<20可
一．1#，2#横梁连接处计算
1．讨论最大受力
当P1=P2=71.93t时MA=71.93T.MQA=0
当P1=93.75tP2=32.73t时
有RX=100.11tRY=26.37t
MA=63.24T.MQA=93.75-32.73=61.02t（偏安全）
有MAMAX=71.93T.M假定QAMAX=93.75-32.73=61.02t
2．构造要求：
2×90.2=180.4<200mm可
1.5×90.2=135.3<140mm可
3×90.2=270.6<304mm可
3.销子受弯：
（14.5+32+40）×2=173<5×90=450mm
可以不考虑销子受弯而认为强度满足要求。
4．MAMAX和QAMAX的共同作用
计算简图见右（图中销子为φ90mm,中心距为304mm）：
有MAMAX=71.93T.MQAMAX=61.02t则
T=MAMAX/0.304=71.93/0.304=236.61t
Q=QAMAX/2=61.02/2=30.51t
销子的面积S=0.25×3.14×902=6361.7mm2
（1）T的作用下：
t=T/S=236.61×104/6361.7=371.93MPa
<500MPa
（2）Q的作用下：
q=Q/S=30.51×104/6361.7=47.96MPA
<500MPa
（3）合力的作用
5．连接钢板
（1）．从上图中
（1）的位置破坏（架’为内侧的钢板）：
S=200×（14.5+32）×2=18600mm2
S’=200×40×2=16000mm2
t=T/S=236.61×104/18600=127.21Mpa<210MPa
t’=T/S=236.61×104/16000=147.88Mpa<210MPa
满足要求。
（2）1-1截面上破坏：
I=12×2×406×（560+6）2=3.12×109mm4=3.12×10-3m4
满足要求。
（3）.Q的作用
S=（584-90.2×2）×14.5×2=11704.4mm2
τ=Q/S=61.02×10000/11704.4=52.13Mpa<140MPa
（4）.合力作用
1二.0#横梁连接处计算
1．讨论最大受力图见下页
由前面讨论知，有MAMAX=44.89×0.65=29.1785T.MQAMAX=71.14-18.63=52.51t
2．构造要求：
2×70.5=141<200mm可
1.5×70.5=105.75≈100mm可
3×70.5=211.5<260mm可
3.销子受弯：
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