大吨位、大跨度龙门吊的结构计算方法_secret

大吨位、大跨度龙门吊的结构计算方法

一  工程概况

xx铁路分离式立交桥全长1218米，其上部结构为：0～3＃墩采用30＋41＋30米一联预应力砼箱梁，梁高1.8米；20～23＃和28～31＃采用一联钢筋砼箱梁，梁高1.3米，36～39＃墩采用21＋33＋21米一联预应力砼箱梁，梁高1.8米；23~28#跨xx铁路采用35＋35＋38＋32＋35米预应力简支板梁，梁高1.76米；其余为25米简支变连续预应力小箱梁，梁高1.4米；标准半桥宽20.25米，两半桥净距1.5米；全桥共有预制25米小箱梁372片，板梁120片。预制梁场设一幅65吨34米跨龙门吊，主要承担梁的预制、移存任务；另外跨线路设一幅65吨49米跨龙门吊，主要承担铁路北梁的架设任务。现以跨线65吨49米跨架梁龙门吊为例，简要介绍其尺寸拟定及结构计算方法。

二  结构计算

 （一） 尺寸拟定

1．净空计算

桥面最大宽度  20.25×2+1.5＝42m

运梁线路宽  4.0m

另侧预留量  0.6m

净宽  42＋4＋0.6＝46.6m

2．净高计算

梁高  1.76m

吊梁设备  3.0m

轨底标高  9.5(地面标高)+0.2(道渣厚)+0.16(枕木高)=19.86m

盖梁顶至轨底高  24.062－19.86＝14.202m

净高  1.76＋3.0＋14.202=18.962m  

考虑预留量  选用净高20.0m。

（二） 轮压计算

1．荷载计算

(1)自重  横梁及走道梁采用四片式军用梁，两片每米约重0.55T；48×0.55×2＝52.8T

立柱采用八三轻墩横放、六五式墩立放组合设置，总重76.5T

走行结构重约13.4T

恒载总重 Q恒＝52.8＋76.5＋13.4＝142.7T

恒载产生的反力R恒＝Q恒/2＝71.35T

(2)活载  小车及起吊设备重约 10T

滑轮组及吊梁设备约5T

38m预应力板梁重 48.49×2.6＝126T

活载总重 Q活＝10＋5＋1/2×126＝76T

考虑活载移动时的冲击系数 k=1.2

   R活＝k Q活(l－a)/l=1.2×760×(48.5－2.85)/48.5=858.4KN

式中l为两塔架中心间距；a为起重小车至塔架中心最小距离；

(3)纵向风力计算

设工作时风压强度w＝500N/m2  风力P＝w·f·k1·k2  式中F为受风面积；k1为体形系数，横梁及立柱取0.4，行走小车取1.0；k2为空气动力系数，取1.5；

行车风力  P1＝0.5×2×2×1.5＝3KN

M1＝P1×y1＝3×23.0＝69KN·M(y为轨顶至受风面积中心的距离)

横梁风力 P2＝0.5×48×2×0.4×1.5＝28.8KN

M2＝28.8×y2＝28.8×21＝604.8KN·M

立柱风力 P3＝2×0.5×20×2×0.4×1.5＝24KN

M3＝24×y3＝24×10＝240KN·M

M总＝M1＋M2＋M3＝69＋604.8＋240＝913KN·M

纵向风力产生的反力R风＝M总/d＝913/8＝114KN

其中d为两组单轮距离(立柱底部宽度)。

2．荷载组合及轮压计算

受力最大的一组轮子总压力为R总＝R恒＋R活＋R风＝（713.5＋858.4＋114）/2＝843KN

采用φ600mm轮子，其容许压力为R轮＝210KN

一组轮子数n≥R总/R轮=4 

每侧采用3组，每组4个，间距4m，双轨布置，两侧共24个轮子   每个车轮实际受力843/6＝140.5KN

（三） 稳定计算

由于龙门吊跨度较大，横向稳定问题不大，主要计算纵向稳定。纵向倾覆力矩由风力及惯性力组成，主要为风力产生的倾覆力矩。（如图1）

1．纵向风力产生的倾覆力矩

计算稳定时按w＝1000N/㎡考虑，即为轮压计算时风力的一倍 

轮压计算时风力的力矩为913KN·M,则计算稳定时风力的力矩为M风＝913×2＝1826KN·M

2．惯性力产生的倾覆力矩

P惯＝Q/g·V/t  Q为自重  V＝8m/min=8/60m/s  g=9.8m/s2   t=2s

(1)起吊行车及起吊梁产生的惯性力Q4=100+50＝150KN  

P4=150×8/(9.8×2×60)＝1.02KN  M4=P4×y4=1.02×23＝23.46 KN·M

(2)横梁及走道梁产生的惯性力Q5＝134 KN 

 P5＝134×8/(9.8×2×60)＝0.91KN  M5=P5×y5=0.91×21＝19.11KN·M

(3)立柱产生的惯性力（分上下两段计算）

上段立柱自重Q6＝275KN 

 P6＝275×8/(9.8×2×60)＝1.87KN 

 M6=P6×y6=1.87×15＝28.05KN·M

下段立柱自重Q7＝490KN  

P7＝490×8/(9.8×2×60)＝3.3KN 

 M7=P7×y7=3.3×6＝19.8KN·M

M惯＝M4+M5+M6+M7=23.46＋19.11＋28.05＋19.8＝90.42KN·M

总的倾覆力矩M倒＝M风＋M惯＝1826＋79.2＝1916.42 KN·M

3．龙门吊自重产生的稳定力矩

M稳＝Q恒×d/2=(1427+100+50)×8/2=6308KN·M

K= M稳/ M倒＝6308/1916.42＝3.29≥1.2（安全）

（四） 龙门吊的内力计算及截面选择

杆件的内力计算

1.假设荷载作用在节点上；                     

把立体龙门吊桁架分为平面 桁，并按双铰框架计算；（如图2）

      每端反力为两立柱平均分担；

      横梁惯性矩同立柱的惯性矩；

2.荷载作用下的内力计算

  横梁及走道梁自重作用下5.5KN/m（二桁），恒载作用下龙门吊内力

恒载节点  5.5×2/2=5.5KN/m

竖直反力  5.5×48/(2×2)=66KN

反力为两立柱平均分担  66/2=33KN

K=h/l×J1/J2=20/48=0.42

水平反力H=ql2/4h(3+2K)=2.75×482/4×20（3＋2×0.42）=20.63KN

每个立柱平均分担  H/2=10.63KN

根据恒载、反力、水平力则可求得龙门吊各杆件内力。

3.活载作用下杆件的内力计算

  将起重机、起吊梁、滑轮组、吊梁设备及预应力梁重量可在横梁上移动，共重858KN作为活载，分布在二桁二节点上，考虑冲击系数 k=1.2

  每节点荷载为 1.2×858/(2×2)=257.4KN

  竖直反力为2×257.4/2=257.4KN

  每立柱反力 257.4/2=128.7KN

  水平反力H=2×1.5P·a·b/h·l·(3+2×0.42)=117.3KN 

  H/2=117.3/2=58.65KN

  根据上述荷载、反力、水平力则可计算龙门吊各杆件内力，移动活载计算各活载时内力最大值。

4.杆件内力组合

  根据上述计算，恒载加活载在不同位置时所产生的最大内力，即得杆件的内力组合。

5.根据杆件内力及所在位置，查万能杆件应力表，即可选择截面。（如图3）

（五）其它计算

1.横梁挠度计算，计算假定为

按实腹梁的挠度计算；

荷载仅计算静活载，不计冲击力；

计算挠度乘2，考虑万能杆件为粗制螺栓连接，多次装拆增加孔径，影响实际挠度；

走行小车较慢，容许值可采用    挠度/跨度≤1/400

2.走行结构计算

  计算车轮架与车轮架连接下的横梁，以及与龙门吊连接的横梁，一般按简支梁计算，并选择截面。

3.其它还需要计算小车走道梁、吊装设备、滑轮组等。

三  结束语

从目前龙门吊的运营情况看，该跨线架梁龙门吊设计合理，运营正常，没有出现安全事故，值得推广应用。