40mT梁架桥机计算书

架桥机计算书

设计计算过程简要说明:由于架桥机工作状态时，存在两种危险截面的情况:Ⅰ种为移跨时存在的危险截面；Ⅱ种为运梁、喂梁时存在危险截面，故此须分别对其进行验算和受力分析。

一、 主体结构验算参数取值

1、三角主梁自重（包括轨道）：0.705t/m 2、平车：1.6t/台 3、天车：4.5t/台

4、验算载荷（40mT梁）：137t（最重为中跨边梁） 5、起重安全系数：1.05 运行冲击系数：1.15

结构倾覆稳定安全系数：≥1.5 6、材料

三角导梁主梁采用16Mn钢材。

二、 总体布置说明：

动力部分全部采用电动操作，系统电路为全变频方式（起吊电路

除外）。

（一）导梁中心距：7m；

（二）导梁全长：66m，前支点至中支点的距离为41.46m； （三）架桥机导梁断面：4.28m×2.5m，总宽9.5m；

（四）吊装系统采用：2台天车(含卷扬机、滑轮组)，2台横梁纵移平车 （五）行走系统采用：前部、中部四台平车带动导梁横移； （六）架桥机单边导梁的抗弯截面模量W1=47218.75cm3，惯性矩

I1 =5052406cm4。

三、 结构验算

1、 施工工况分析：

工况一：架桥机完成拼装或一孔T梁吊装后，前移至前支点位置时，悬臂最长，处于最不利情况，需验算，验算主要内容： ⑴、抗倾覆稳定性验算；

⑵、支撑反力的验算； ⑶、桁架内力验算； ⑷、悬臂挠度验算；

工况二、架桥机吊梁时，前部天车位于跨中时的验算，验算内容：

⑴天车横梁验算； ⑵支点反力的验算； ⑶桁架内力验算；

工况三、架桥机吊边梁就位时的验算

⑴前支腿强度及稳定性验算（架桥机各种工况见附图01、02、03）。 ⑵前、中部横梁强度验算

2、 基本验算

2．1工况一、

架桥机拼装完或吊装完一孔T梁后，前移至悬臂最大时为最不利状态，验算

内容：⑴抗倾覆稳定性的验算；⑵悬臂时刚度的验算⑶支点反力的验算⑷主桁内力的计算

2．2．1施工中的荷载情况

⑴主桁梁重：q1=7.05kN/m（两边导梁自重，含钢轨）

⑵天车横梁总成（包括天车横梁、横梁支腿、天车、横梁纵移平车等）自重（单

1

套天车横梁总成） P2=13t

(3)前部平车总成：P1=7.5t(含单幅横轨) (4)尾部平车总成：Q1=1.5t (5)尾部连接架: Q2=1t 2．2．3施工验算

⑴抗倾覆稳定性的验算（见计算模式图）

由于移跨时架桥机前端悬臂,此时为了生产安全,移跨之前应对架桥机尾部适当的配重,设计过程中以25t计算):

取B点为研究对象,去掉支座A,以支反力RA代替(由力矩平衡方程): 注:配重天车位于A 点横梁之上;

(2P2+250)×19.309+ q1l12/2+(Q1+Q2)×23.382=P1×41.46+ q1l22/2+RA×19.309 (其中l1=23.308m, l2=41.46m);

RA= [(2P2+250)×19.309+ q1l12/2+25×23.382- P1×41.46- q1l22/2]÷19.309

=[(260+250)×19.039+7.05×23.3082/2+25×23.382- 75×41.46-7.05×41.462/2]÷19.309 =375.29KN

RA远大于零,故是安全的.

悬臂端弯距：M1=q1×41.462/2＋P1×41.46 =7.05×41.462/2＋75×41.46 =3255.654kN.m

支撑端弯距:M2=q1×23.3082/2＋(250+130×2)×19.309+25×23.382

=7.05×23.3082/2＋510×19.309+25×23.382 =11801.97kN.m

抗倾覆安全系数K=M2/M1=11801.97/3255.654=3.625＞1.5满足规范要求. ⑵支点反力的计算(采用计算模式图示)

2

当架桥机导梁最前端前部平车总成与盖梁垂直时,悬臂最长,中支点受力最大.这里按连续梁计算各支点反力,具体结果如下:RA=375.29kN RB=250+2×130+75+7.05×66+25-375.29=700.01kN ⑶主桁内力验算 a、

主桁弯距验算

中支点处断面所受弯矩最大：

经分析中支点处断面所受弯矩最大，其抗弯截面模量W1=47218.75cm3，惯性矩I1 =5052406cm4，其中H=4280mm。

σ=M1/2W1=59.81Mpa＜[σ]=157Mpa，即三角桁架抗弯强度满足施工要求。 P2 P2=130kN q1=7.05kN/m Q1 Q2 D L=4.0731 P1=75kN RA 19.309m B 41.46m L=64.842m RC l1 l2 b、

销子抗剪验算

销子1（上）所受剪力为Q1=3255.654/（5×6）=108.52KN ，R1=45mm σ1=Q1/A=108.52/πR12=17.7 Mpa＜[σ]=300Mpa，销子材料为40Cr（淬火） 销子2（下）所受剪力为Q2=3255.654/（4×6）=135.65KN， R2=50mm σ2=Q2/A=399.44/πR22=17.3Mpa＜[σ]=300Mpa，销子材料为40Cr（淬火） 所以满足施工要求。 c、

桁架各杆件的内力验算：

中部支座反力RB =700.01KN,根据节点法求得：单片桁架竖压杆最大内力为F1=700.01/2=350KN，斜杆最大内力为F2=350/2/（2015/2141）=185.94KN。

3

由于竖压杆和斜杆均为短压杆，无需验算其稳定性，只需验算其拉压应力。 σ1= F1/A[]12=59.2MPa＜[σ]=157MPa，安全系数n=2.652，截面为两根[12槽钢，A[]12=3138.4㎜2

单边主梁桁架其上下弦杆受力为F= M1/H=760.7kN。 截面为两根[36b工字钢，其面积A=83.68cm2×4=33472 ㎜2

σ3= F3/ A=760700N÷33472mm2=22.7MPa＜[σ]=157MPa ，满足施工要求。 (4)悬臂挠度验算:

悬臂端在架桥机前移最大时挠度最大，挠度等于弹性及非弹性挠度之和。 a:弹性挠度计算，（ I1 = 14948848.94cm4）

fmax=f1+f2；

f1=-P1L3/(3EI1)=-75kN×41.463m3/(3EI1)； f2=-q1l4/(8EI1)=-7.05kN/m×41.464m4/8EI1

得fmax=-75kN×41.463m3/(3EI1) –7.05kN/m×41.464m4/8EI1 =-75kN×41.463m3/(3×206×109N/m2×14948848.94m4×10-8)- 7.05kN/m×41.464m4/(8×206×109N/m2×14948848.94m4×10-8)

=-0.142m

b：非弹性挠度计算

销子与销孔理论间隙为0.5mm，考虑到材料使用时间较长，以及桁架的变形，实际取1mm来计算非弹性挠度。 F非=0.1N(N+1)=1.2cm（N=3）

即悬臂挠度：f=f非+f弹=14.2+1.2=15.4cm

悬臂端翘起高度取0.4米为一合理值，能够满足架桥机的前移就位。

2．2工况二

架桥机吊装梁段前移，前天车至跨中时为又一不利状态，验算内容： ⑴天车横梁受力验算

4

⑵支点反力验算 ⑶主桁内力验算

2．2．1施工中的荷载情况

⑴主桁梁重：q1=7.05kN/m（三角桁架、钢轨）

⑵天车横梁总成（包括天车横梁、横梁支腿、天车、横梁纵移平车等）自重（单套天车横梁总成）

P2=13t （其中天车总成P3=5t） ⑶T梁重：P4=137t 2．2．2施工验算

⑴天车横梁受力验算（见图二）

P P

1.7m 7m 图二

当天车在横梁跨中时，弯矩最大。 荷载P=P4/8+P3/4=137/8+5/4=18.375t 横梁及轨道自重q=0.2t/m（可忽略不计） M横梁=P×1.7=31.24t〃m

横梁由箱型梁焊接而成，其组合截面抗弯模量W=3458563㎜3，则横梁截面应力σ=31.24×107/3458563=90.33MPa＜[σ]= 157Mpa , 安全系数n=1.738

故横梁满足施工要求。 ⑵支点反力的计算

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当架桥机吊装梁段前移，前天车至跨中时为又一不利状态，

a、受力模型如下:

66m L1=19.309m L2=41.46m P=37.75t P=37.75t

A RA 19.27m B RB C RC 40m 图三

用midas软件求得：RA=47.4t ,RB=40.8t，RC=34.1t ，

跨中最大弯矩M中=34.1×20.73-0.705×（20.73+1.158）2/2-=538t.m

σ=Mb/W1=113.9MPa＜[σ]=157MPa，安全系数n=1.38, 即三角桁架抗弯强度满足施工要求。

b、桁架各杆件的内力验算：

最大支座反力RA =474kN，根据节点法求得：单片桁架竖压杆最大内力为F1=474/2=237kN，斜杆最大内力为F2=237/2/（2015/2141）=125.9kN。

由于竖压杆和斜杆均为短压杆，无需验算其稳定性，只需验算其拉压应力。 σ1= F2/A[12=40.12MPa＜[σ]=157MPa，安全系数n=3.9，截面为两根[12槽钢，A[12=3138.4㎜2

单边主梁桁架其上下弦杆受力为F= M/H=251.4t。 截面为两根[36b工字钢，其面积A=83.68cm2×2=16736㎜2

σ3= F3/ A=2514000N÷16736mm=150.2MPa＜[σ]=157MPa ，安全系数n=1.05 c、刚度验算

喂梁时，当前部天车移动到前部总成与中部总成中间时，主梁桁架的最大变形为：

fmax=-341kN×20.73m/(3EI1)–7.05kN/m×20.73m/8EI1

3

3

4

4

6

=0.0336m=33.6mm＜[f静刚度]=L/700=59.23mm 所以架桥机跨中静刚度满足要求。

2.3工况三(吊边梁时)

架桥机吊边梁就位时的验算，此时A支点零空，验算内容：a前支腿强度及稳定性验算；b前、中部横梁强度验算。当前天车主梁至前部平车总成1.5m处时，前部横梁、支腿受力为最大（见图四）。

Q4 Q2 p5 p5 q=0.705t/m C A RA 19.27m B RB 38m 1.5m RC 23.382m 41.46m

图四

1、前支腿强度及稳定性验算（单边主梁） （1）求支反力RC

取支座B点为研究对象，由力矩平衡:

RC×41.46+ Q4×23.382+ Q2×19.27+q×23.3822/2=P5×39.96+ P5×1.96 + q×41.462/2 求得RB=72.64t，RC=43.57t （2）桁架的内力验算

中部支座反力RB =72.64t，桁架单根竖压杆最大内力为F1=36.32t，斜杆最大内力为F2=19.3t。

由于竖压杆和斜杆均为短压杆，无需验算其稳定性，只需验算其拉压应力。 σ1=F1/A=23.15MPa＜[σ]=157MPa，截面为两根[12槽钢，A=15.692cm2。 σ2= F2/A=12.3MPa＜[σ]=157MPa，截面为两根[12槽钢。

由于此时最大弯矩比前两种工况小的多,所以无须验算其上下弦杆的拉压应力。 （3）前支腿受压稳定性及前、中部横梁强度验算 架设边梁就位时，天车横移至单边如下图所示：

7

P=40.75t 1m q=0.2t/m

F RF D RD 7m 8m 图五

RD×7=0.2×7.52/2+ 40.75×6-0.2×0.52/2 求得RD=35.71t，RF =6.56t

a、中部横梁强度验算：如图所示（中部横梁重量可忽略不计） 2RD 7m 2RF R6 6 6m 7 R7 图六 P6+ P7= 2RB，P6- P7= 2（RD- RF），求得：P6= 101.18t，P7= 44.1t 所以中部横梁悬臂弯矩为M6= P6×L=1011.8kN×0. 5=505.9kN.m 中部横梁的抗弯截面模量为： W6=（BH3-bh3）/6H=8.73×10-3m3

其中B=600mm，H=650mm，b=576mm，h=610mm；

σ= M6/W6=57.95Mpa＜[σ]=157Mpa，所以中部横梁满足设计要求。 b、前部上横梁强度验算：如图所示（前部支腿重量可忽略不计）

2RD 7m 2RF R8 8 6m 9 R9 图七 P8+ P9=2RC，P8- P9= 1（RD- RF），求得：P8=62.84t，P9= 34.3t

8

（前部上横梁重量可忽略不计）

所以前部横梁悬臂弯矩为M8= P8×L=628.4kN×0. 5=314.2kN.m 前部上横梁的抗弯截面模量为： W8=（BH3-bh3）/6H=5.75×10-3m3

其中B=600mm，H=500mm，b=580mm，h=468mm；

σ= M8/W8=54.64Mpa＜[σ]=157Mpa，所以前部上横梁满足设计要求 c、前支腿强度及稳定性验算：

单根前支腿由δ20×400×400的箱型梁组成，截面积A=312cm2，则正应力：δ= P8/A=628.4×104/312×10-4=20.14Mpa ＜[σ]=157 Mpa

所以前支腿能满足施工要求。

2.4其他工况及验算说明

（1）、由于受场地限制，存梁区至左幅23#桥台和右幅22#桥台间只有65米长度，所以在架桥机完成拼装后，前移至前支点过程中，前支腿在跨中停止继续前进，等待尾部配重。此时为不配重情况下悬臂最长处，为一不利荷载情况。模型如下：

Q1 Q2 D P2 q1=7.05kN/m P1=75kN RA 25.533m 19.309m B 20m L=64.842m 取B点为研究对象,去掉支座A,以支反力RA代替(由力矩平衡方程): 注:配重天车位于A 点横梁之上;

2P2×19.309+ q1×44.8422/2+(Q1+Q2)×44.842=P1×20+ q1×202/2+RA×19.309 (其中l1=23.308m, l2=41.46m);

RA= （2P2×19.309+ q1×44.8422/2+25×44.842- P1×20- q1×202/2）÷19.309 =（260×19.039+7.05×44.8422/2+25×44.842- 75×20-7.05×202/2）÷19.309

9

=530.8KN

RA远大于零,故是安全的.

悬臂端弯距：M1=q1×202/2＋P1×20

=7.05×39.3092/2＋75×39.309 =2910kN.m

支撑端弯距:M2=q1×44.8422/2＋130×2×19.309+25×44.842

=7.05×44.8422/2＋260×19.309+25×44.842 =13229.5kN.m

抗倾覆安全系数K=M2/M1=13229.5/2910=4.5＞1.5满足规范要求.

（2）一般情况下，架桥机架梁都需要过幅，因果乱大桥施工进度较慢，下构施工进度较慢，而施工工期紧，任务重，为了配合架梁，采用集中施工下构的进度安排。先施工左幅再施工右幅，从大桩号桥墩往小桩号依次施工桥梁下构，所以，架桥时，先架设左幅，完成后，架桥机返回，再从右幅22#台开始架梁右幅。所以对于果乱大桥来说，不存在架桥机过幅施工，对于过幅的工况无需验算。

3、从以上计算可以看出，架桥机在任何工作状态下都能安全的进行使用。

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