龙门架的设计方案.docx
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龙门架的设计方案
龙门架设计方案
一.竖井龙门架方案设计依据
1.《钢结构设计规范》;
2.《建筑施工手册》;
3.《钢结构》,上海铁路大学,中国铁路出版社;
4.《钢结构设计原理》,同济大学出版社。
二.设计龙门架的规格和布置
根据多年施工情况,龙门架统一采用工字钢和角钢连接,安装时采用焊接和螺栓连接龙门架在架立时,一定在圈梁外侧做基础,土仓的立柱应用混凝土浇注,在竖井一侧的立柱不少于6根,用28a工字钢或25槽钢对扣焊接其中预埋铁钢板采用200mm的钢板。
龙门提升架采用等跨结构,工字钢间连接采用焊接钢板,钢板间用螺栓和焊接连接。
为适应不同尺寸的竖井及运输能力,设计了6m,,三种跨度的钢梁,其中6m为双跨单轨提升架,分双跨单轨和三跨双轨两种提升架,为双跨双轨提升架。
三.设计计算
(一).大梁
提升架的受力为集中荷载,且沿大梁移动。
一般情况下土斗的装土量为,湿的砂及卵石容重为m3,土重为24KN,土斗重为3KN,电葫芦重为8KN,故集中荷载取35KN。
风荷载标准值:
取风荷载为m2,对水平方向投影为×=KN/m2。
根据施工经验,选用工字钢作为大梁,其受力简图如下所示。
为保证提升架经济,受力合理,选用不同类型的工字钢做大梁,进行强度和稳定性验算。
1.6m双跨大梁
采用工32a、Q235工字钢,梁跨度l最大为6.0m,荷载F为35KN,比重q为43.4Kg/m,强度和稳定性验算如下:
(1)、内力计算
电葫芦荷载考虑的动力系数,跨中最大弯矩设计值:
Mmax=×+×××Fl=·M
支座最大剪力设计值:
Vmax=×+×××F=
Nmax=9KN(风荷载)
(2)、抗弯强度验算
提升架为临时施工结构,重要性系数取。
查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表,
ωx=×103mm3
σ=×Mmax/ωx=mm2故强度满足要求。
(3)抗剪强度验算
查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表,
I=7114×104mm4,s=×103mm3,tw=8,
τ=×Vmax×s/I/tw=N/mm2故强度满足要求。
(4)稳定性验算
大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值
l=,与梁宽度的比值l/b==>16
必须进行整体稳定性验算。
查表得工32a工字钢的整体稳定性系数фb=Фb=
×Mmax/Фb/ωx=N/mm2故整体稳定性满足要求。
(5)刚度验算
最大跨中的挠度为ω0=×ql4/100/E/I+×Fl3/100/E/I
=满足要求。
2.双跨大梁
采用工32a、Q235工字钢,梁跨度l最大为6.5m,荷载F为35KN,比重q为43.4Kg/m,强度和稳定性验算如下:
(1)、内力计算
电葫芦荷载考虑的动力系数,跨中最大弯矩设计值:
Mmax=×+×××Fl=·M
支座最大剪力设计值:
Vmax=×+×××F=
Nmax=9KN(风荷载)
(2)、抗弯强度验算
提升架为临时施工结构,重要性系数取。
查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表,
ωx=×103mm3
σ=×Mmax/ωx=mm2故强度满足要求。
(3)抗剪强度验算
查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表,
I=7114×104mm4,s=×103mm3,tw=8,
τ=×Vmax×s/I/tw=N/mm2故强度满足要求。
(4)稳定性验算
大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值
l=,与梁宽度的比值l/b==>16
必须进行整体稳定性验算。
查表得工32a工字钢的整体稳定性系数фb=Фb=
×Mmax/Фb/ωx=mm2故整体稳定性满足要求。
(5)刚度验算
最大跨中的挠度为ω0=×ql4/100/E/I+×Fl3/100/E/I
=满足要求。
3.三跨大梁
采用工32a、Q235工字钢,梁跨度l最大为6.5m,荷载F为35KN,比重q为43.4Kg/m,强度和稳定性验算如下:
(1)、内力计算
电葫芦荷载考虑的动力系数,跨中最大弯矩设计值:
Mmax=×+×××Fl=·M
支座最大剪力设计值:
Vmax=×+×××F=
Nmax=9KN(风荷载)
(2)、抗弯强度验算
提升架为临时施工结构,重要性系数取。
查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表,
ωx=×103mm3
σ=×Mmax/ωx=mm2故强度满足要求。
(3)抗剪强度验算
查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表,
I=7114×104mm4,s=×103mm3,tw=8,
τ=×Vmax×s/I/tw=N/mm2故强度满足要求。
(4)稳定性验算
大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值
l=,与梁宽度的比值l/b==>16
必须进行整体稳定性验算。
查表得工32a工字钢的整体稳定性系数фb=Фb=
×Mmax/Фb/ωx=N/mm2故整体稳定性满足要求。
(5)刚度验算
最大跨中的挠度为ω0=×ql4/100/E/I+×Fl3/100/E/I
=满足要求。
4.双跨大梁
采用工32a、Q235工字钢,梁跨度l最大为,荷载F为35KN,比重q为m,强度和稳定性验算如下:
(1)、内力计算
电葫芦荷载考虑的动力系数,跨中最大弯矩设计值:
Mmax=×+×××Fl=·M
支座最大剪力设计值:
Vmax=×+×××F=
Nmax=9KN(风荷载)
(2)、抗弯强度验算
提升架为临时施工结构,重要性系数取。
查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表,
ωx=×103mm3
σ=×Mmax/ωx=mm2故强度满足要求。
(3)抗剪强度验算
查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表,
I=11076×104mm4,s=×103mm3,tw=,
τ=×Vmax×s/I/tw=N/mm2故强度满足要求。
(4)稳定性验算
大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值
l=,与梁宽度的比值l/b==>16
必须进行整体稳定性验算。
查表得工32a工字钢的整体稳定性系数фb=
×Mmax/фb/ωx=mm2故整体稳定性满足要求。
(5)刚度验算
最大跨中的挠度为ω0=×ql4/100/E/I+×Fl3/100/E/I
=满足要求。
(二)横梁
考虑根据竖井提升要求用单轨和双轨,受力简图如下所示:
(1)单轨
a、横梁长
按简支梁计算跨中弯矩设计值:
Mmax=××=KN·M
最大弯矩点位于C点。
采用工32a、Q235工字钢
σ=Mmax/ωx=mm2l/b==<16,故不需进行整体稳定性验算。
挠度验算:
ωmax=Fl3/48/E/I=满足要求。
b、横梁长
按简支梁计算跨中弯矩设计值:
Mmax=××=KN·M
最大弯矩点位于C点。
采用工32a、Q235工字钢
σ=Mmax/ωx=mm2l/b==<16,故不需进行整体稳定性验算。
挠度验算:
ωmax=Fl3/48/E/I=满足要求。
(2)双轨
横梁长,按简支梁计算,弯矩最大点在C~D之间。
Mmax=××=·M
采用工32a、Q235工字钢
σ=Mmax/ωx=mm2l/b==<16,故不需进行整体稳定性验算。
挠度验算:
挠度最大位于AC、DB之间
ωmax=Fα3(3-4α2)/24/E/I=满足要求。
(三)立杆
立杆分为单轨和双轨提升梁计算。
(1)单轨
采用工32a工字钢,总高度为6.5m,平面内计算长度为×6.5m,考虑剪刀撑和横撑的作用,平面外计算长度5.5m。
截面特性值:
A=
Ix=7114cm2
Iy=345cm2
刚度验算:
长细比λx=l0x/ix=36λy=l0y/iy=219
λmax=λy=219>150
计算整体稳定性:
对X轴属a类,对y轴属b类
查表得фx=,фy=
σ=N/ф/A=×103/102=mm2(2)双轨
若采用I32a工字钢,高度为6.5米,经查规范附表计算长度系数为,平面内计算长度为×6.5米,考虑剪刀撑和横撑的作用,平面外的计算长度为5.5米。
刚度验算:
长细比
λx=36
λy=219
λmax=λy=219>150。
对X轴属a类,对y轴属b类
查表得фx=,фy=
σ=N/ф/A=35×103/102=mm2(四)挡土撑计算
采用I14、Q235工字钢做挡土撑,长度为及最底部处最不利,为三跨连续梁:
(1)荷载计算
堆土高度按计算,不计粘结力,土内摩擦角按15°,底部挡土撑所受主动土压力均布荷载为:
q=1/2×20×(+)tg2(45-15/2)×=m
(2)内力计算
最大弯矩设计值:
Mmax=×ql2
=×××
=KN·M
支座最大剪力设计值:
Vmax=×
=×××
=KN
Nmax=9KN(风荷载)
(3)抗弯强度验算
提升架为临时施工结构,重要性系数取。
查表GB706-65中热轧工字钢截面特性表,可知
ωx=×103mm3
σ=×Mmax/ωx=××106/103
=×mm2故满足强度要求。
(4)抗剪强度计算
查表GB706-65中热轧工字钢截面特性表,可知
I=712×104mm4,s=×103mm3,tw=
τ=×V×s/I/tw=××103××103/712/104/
=×mm2故满足要求。
(5)稳定性计算
挡土撑上满铺钢板,稳定性不用计算。
(6)刚度验算
D点的挠度为
ω0=×ql4/100/E/I
=×××1012/100/206/103/712/104
=满足要求
(五)、节点验算
(1)、柱脚及横梁和立柱采用螺栓固定后施焊。
节点螺栓选用M20,主要用于连接固定作用,M20螺栓满足要求。
(2)、柱脚及横梁和立柱焊缝:
焊缝高度为h=8mm,满足要求,可不进行计算。
五.提升架的加工图见附图。
六.提升架附属设施
(1)检修平台和雨棚
在提升架上设电葫芦检修平台,如附图所示。
检修平台未设置栏杆,在进行检修作业时,应按高空作业进行,必须佩带保险绳。
另外,本检修平台承载力较低,检修人员不超过两人,检修用工具不超过10Kg.
另设电葫芦防雨棚,简易雨棚用瓦楞铁制做,用钢板和螺栓固定在大梁工字钢上面,如附图所示。
(2)爬梯及挡土设施
在龙门架立柱上焊接ф20的圆钢作爬梯踏步,间距300mm,圆钢与立柱工字钢两翼焊牢。
为方便堆土和出土,在堆土跨距立柱,和处立柱内侧各设一道挡土撑,挡土撑采用I14。
挡土撑与立柱之间14mm厚200×200连接板。
在堆土跨均匀布置挡土柱,如附图所示,挡土柱采用I28a,长3000mm,并嵌固于600×600×600的混凝土基础内500mm,施工时可根据堆土和出土需要进行安装。
七.加工说明
1.立柱的预埋件采用20mm厚钢板,预埋时,其上螺栓的位置尺寸必须准确无误。
2.圈梁外的立柱,要设置×m×m(长×宽×高)的混凝土基础,在混凝土基础上预埋钢板,要求基础混凝土一次浇筑完成。
3.提升架立柱与横梁预固定用高强度螺栓连接,螺栓均为ф18。
大梁与中间横梁的预固定连接采用ф20螺栓连接。
4.提升架侧向加设剪刀撑,以增强侧向强度。
剪刀撑为角钢,与立柱间采用焊接连接。
5.电葫芦应设垂直和水平运输限位器。
6.在立柱上下部各焊一块16mm厚剪刀撑连接钢板,上部剪刀撑连接钢板中心距立柱顶,下部剪刀撑连接钢板中心距立柱底。
在剪刀撑角钢端部直接打螺栓孔,并与剪刀撑连接钢板用ф18×60螺栓预固定。
固定后采用焊缝连接,焊缝高度不小于8mm。
7.横撑、斜撑及剪刀撑的连接均用螺栓预固定后焊缝连接。
围挡设计计算
围挡得搭设要求:
1、钢材等级:
Q235
柱高(m):
柱截面:
普通热轧工字钢I16
柱平面内计算长度系数:
柱平面内计算长度:
强度计算净截面系数:
截面塑性发展:
不考虑
是否进行抗震设计:
不进行抗震设计
2、风压计算
风动压(伯努力方程)
ω0=γ.ν2
由于γ.=γ/gγ=KN/m3(标准状态)
10级风速ν=s
所以十级风速的基本风压
ω0=××KN/m2=KN/m2
风荷载标准值
ωk=βgzμsμzω0
βgz=(B类,地面)
μs=μz=
所以ωk=×××=KN/m2
每柱均布荷载设计值
ωk'=×=KN/m
根部弯矩
μk'=×4×××4=KN·M
3、设计内力:
绕X轴弯矩设计值Mx:
绕Y轴弯矩设计值My:
轴力设计N(Kn):
4、截面特性计算
A=;Xc=;Yc=
Ix=Iy=;
Ix=;iy=
W1x=;W2x=
W1y=;W2y=
5、柱构件平面内稳定验算结果
平面内计算长度(m):
平面内长细比λx:
对X轴截面分类:
a类
轴心受压稳定系数фx:
等效弯矩系数βmx:
计算系数Nex'(KN):
柱平面内长细比:
λx=<[λ]=
受拉构件没有进行平面内稳定验算。
柱构件平面内验算满足。
4.柱构件平面外稳定验算结果
平面外计算长度(m):
平面外长细比λy:
对y轴截面:
b类
轴心受压稳定系数фy:
受弯整体稳定系数фbx:
等效弯矩系数βtx:
柱平面外长细比:
λy=<[λ]=300
受拉构件没有进行平面外稳定验算。
柱构件平面外验算满足。
5.局部稳定验算
腹板计算高厚比Ho/Tw=<容许高厚比[Ho/Tw]=
翼缘宽厚比B/T=<容许宽厚比[B/T]=
柱构件验算满足。