贝雷梁吊装倾倒事故的力学分析

型需有足够剧烈的畸变,这时的R与ymax1应在0.15以上.而按目前的静态设计参数,R取值大约在0.05左右,按静张力计算的ymax值也只在0.05~0.1之间(包括悬垂段长度变化导致的静张力T改变).要注意的是,R与ymax1都随弦轴向张力减小而迅速增大.笔者在文[3]中曾分析了由提升绳悬垂段振动对绳张力的影响.悬垂段绳的张力可近似等于绳弦段张力.而悬垂段纵振动可使绳张力瞬时趋于极小,这样,ymax1急升,振型畸变加剧,从而便引发跳绳事故.

另外,跳绳发生除有振型足够地畸变外,还需悬垂段振动与弦段振动在方向上的配合.同时还应有足够的时间,从这点讲,振动周期的延长也增大了跳绳发生的机会,这仍与静态参数v,T及L有关.

控制悬垂段绳的纵振动,降低提升速度及缩短弦长是控制跳绳事故发生的有效手段.

󰀁2刘克夫.L4/8拉丝机动态响应高速拉丝花节现象研究.

中南工业大学硕士论文,1985.50~100

󰀁3郭源君.立井提升钢丝绳动应力分析.湘潭矿业学院学

报,1991(2):50~54

JUMPINGANDVIBRATIONANALYSISOFSTRINGOFHOISTINGWIREROPEGUOYuanjun(XiangtanUniversityofTechnology,

Xiangtan411201,China)

AbstractInthispaper,consideringthespoolvelocityweanalysedthenonlinearvibrationcharacteristicsofstringofhoistingwireropeanddiscussedtheconditionofropejumping.Itwasfoundthatthemainreasoncausingaccidentofropejumpingisabnormalchangeofthevibrationmode.Keywordshoisting,nonlinearvibrating,jumpingofhoistingwirerope参󰀁考󰀁文󰀁献

󰀁1中国矿业大学编.矿井提升设备.北京:煤炭工业出版

社,1980.100~150

贝雷梁吊装倾倒事故的力学分析

邓小青󰀁彭如海󰀁何惠际

(华东船舶工业学院基础学科系,镇江212003)

摘要对高架桥吊装中发生的严重事故进行了力学分析,指出事故发生的原因和防止类似事故发生的对应策施工结束以后随同吊车一起撤离.通常加工成桁架式的梁,如本文中的主梁与横向梁.

略.

关键词贝雷梁,张开位置,传递系数

1事故概况

某市环路高架桥施工时,在起吊移动一根长21󰀁6m钢梁的过程中,为了将一半置于两桥墩之间的钢梁移动到桥墩之间以便起吊架设上去,采用了装载机和吊车联合牵引吊装.牵引前移大约20cm时,吊起梁的一端的吊车突然脱机翻下,带动主梁贝雷在桥墩上翻倒折弯并使另一辆在端部的吊车也倒下,发生严重的恶性事故(图1).贝雷梁是建筑等行业中的专用设备名称,它是仅仅用于吊装时临时支持吊车用的构件,

󰀁1997-12-01收到第1稿,󰀁1998-03-01收到修改稿.

图1事故现场图

第5期邓小青等:贝雷梁吊装倾倒事故的力学分析󰀁󰀁17

2钢梁结构参数及现场状况

施工吊装的钢梁长21.6m,重30t,在桥墩上的安装位置如图2所示.两列主梁贝雷间每端下边各一根,上边各三根两端搭焊的槽钢,中间下边均布几个可卸装的卡子,固定其间隔.上边无固定构件控制间距.两主贝雷上放有15根方木,用铁丝捆绑固定,两根重轨用󰀁10的圆钢弯成󰀁形定位并用数个大钉子固定,以便吊车在该重轨上做纵向运动,利用吊车上一组滑轮吊钩起吊桥下钢梁,吊车滑轮组绕有数根钢绳的动滑轮的下端直接挂在钢梁的一端.

󰀁cos󰀁󰀁1

󰀁F>󰀁󰀁p/2󰀁7.5t

󰀁m1=(F󰀁sin󰀁)L+F󰀁cos󰀁󰀁b1/2>1/2Fb1=

4500(kg󰀁m)

力偶m1作用是连续的,使梁发生转动,然后通过吊钩的扭转将部分力偶矩传到上面的吊车,从而使吊车受到扭转力偶矩m2的作用,对钢轨产生侧压力Q2.设车的前后轮距为S,则

m2=Q2S(S󰀁1.5m)Q2=m1/S

󰀁󰀁若是刚性联结,忽略地面阻力矩,m2=m1,由于是柔性󰀁半刚性联结,则m2令m2=um1,u称为传递系数,可用实验方法测定此系数,也可以利用已知数据估算此数.由于梁的A端悬空,可以左右摆动,当B端产生水平移动V以后,钢绳最大摆动角󰀁可达V/H,梁的最大转角󰀁0=V/L,于是m2=󰀁0GJp/H.式中󰀁0为钢绳扭转角,可取󰀁0=V/L=30cm/20󰀁102cm=1.5󰀁10-2,H=8m,G=80󰀁109Pa,Jp表示由18根钢绳拧起来以后的相当极惯性矩,经计算Jp=3341cm4.由此可求得m2󰀁500kg󰀁m,故估算得u=m2/m1󰀁0.11,今取u=0.1则

m2=0.1m1=450(kg󰀁m)Q2=450/1.5=300kg

图2钢梁安装位置纵段面图

吊装施工时,钢梁B端由装载机通过钢绳牵引,钢绳一头捆绑在该端60cm处,靠装载机一侧,结头离梁的下边约45cm,另一头连接在装载机上,结头系在机后中间,装载机两车轮相距2.5m~2.6m,显然,这样的连接使23m长的钢绳与20m长的梁形成一个角度󰀁,见图3.梁的B端最后出现水平位移量V=30cm.

a=900,b1=1200,c=600

图3吊装示意图

图4钢轨受力分析图

以上是吊车对钢轨产生侧压力的主要原因.另外

3施工过程受力分析

吊物下端偏离平衡位置以后,吊物重量与绳子的张力的水平合力使吊车对钢轨产生侧压力,易求得钢绳受到的张力的水平合力Q1

Q1=P1sin󰀁󰀁P1tg󰀁=562.5(kg)

3.1吊车对钢轨的侧压力Q

如图3所示吊装示意图.取摩擦系数󰀁=0.5,其中

tg󰀁󰀁1.5m/23m=0.068

这个力与吊车外侧两轮加在钢轨上的力相等.

18󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁力󰀁学󰀁与󰀁实󰀁践1998年第20卷

󰀁󰀁综上述,吊车轮施加于钢轨上的力如图4示,由于这些力的作用,使钢轨张开,导致车轮从钢轨上掉下去.

3.2贝雷的横向挠度与钢梁张开位移的计算

横向挠度即钢轨的相对位移,计算时采用如图5所示模型.图中Q3=Q2=300kg,Q4=861kg,取梁跨L=20m,则可设集中力作用于跨中计算.

今Q3=300kg=3000N,可求得

Zc2=7.38󰀁10-2(m)=7.38(cm)

󰀁󰀁同理,另一贝雷梁(取Q4=861kg计算)的横向水平挠度Z󰀁c2=21.18cm,两钢轨之相对位移󰀁=Zc2+Z󰀁c2=28.6cm.这么大的相对位移,足以使吊车脱离钢轨而掉下来.

上述计算未计入铁轨高度15cm,若考虑这一因素,则M更大一些,因而󰀁更大些.此外,若考虑动荷系数,则还要更危险一些.4事故原因研究结论

图5横向挠度计算模型图

根据以上计算及施工现场状况分析,我们认为本次事故原因除了施工设计,指挥及操作人员思想上缺乏安全意识外,在实际方案设计,结构加固等方面也存在不少技术上的漏洞,特别是存在以下一些不利条件:

(1)两主梁贝雷下边用可卸装的卡子固定,不能限制主梁贝雷的翻倒.

(2)装载机与钢梁B端联接的钢绳,与该梁纵向形成角度󰀁.

(3)连接钢梁A端所用的挂钩上的一组滑轮,绕多股钢绳.

(4)起吊梁的吊车,位于主梁贝雷的中跨位置.这样,由于钢梁发生转动,致使吊索以铅直线为轴发生扭角,将力偶矩传到上面的吊车,对钢轨产生侧压力Q2.其次是吊钩下端偏离平衡位置以后,吊物的重

󰀁󰀁取其中一根贝雷,计算在偏心力Q3作用下,C点的水平位移,设两端部为简支.每根贝雷是用4根12󰀁5号等边角钢和钢板条焊成高为h=1.2m,宽为b=0.5m的框架,断面如图6所示.力Q3向横截面的弯曲中心(接近形心)简化,得横向力Q3与力偶矩m=Q3󰀁h/2.

图6贝雷断面示意图

量与绳子的张力的合力水平分力Q1(约560kg),使吊车对钢轨产生侧压力,这个力与吊车外侧两轮加在钢轨上的力(各占Q1/2)相等,这样吊车轮施加于钢轨上的力为上述二力之和,即外侧前轮受力最大,足以使钢轨张开,导致车轮滑出吊车摔下.

由此而产生侧向力对主梁贝雷的作用,使其不但受有一个横向力,还承受一个扭转力偶矩,由扭转引起主梁贝雷的变形远远大于弯曲变形,可以使两钢轨相对位移为约28cm,足以使吊车脱轨.

另外,支持吊车的钢轨、枕木、主梁、贝雷的安装联结不够牢靠.钢轨与枕木之间没有像铁轨那样的压脚板拧紧,使得钢轨固结不刚硬;枕木与贝雷之间仅靠铅

It=

丝拧住,其间必然存在间隙和松动;两个主梁贝雷之间的联结也不够刚性.这样承受侧向的冲击和侧向力的作用时,上面就很容易张开.

施工时牵引方式也不太妥当,采用装载机斜拉而不是轴心直拉,加之载荷又是突加载荷,使吊车钢轨承受了不应有的突加侧向力作用.

计算横向力Q3(在跨中)引起的弯曲变形Zc1=8.4󰀁10-7(m),可以略去不计.

计算力偶矩M=Q3󰀁h/2引起的跨中截面的转角󰀁c引起的水平挠度

Zc2=󰀁c󰀁h/2=󰀁Lh/4

式中󰀁为单位长度扭转角,利用刚周边假设接自由扭转,可求得

T

󰀁=

GIt

式中,9.1510

T=M/2=

-7

Q3h

,4

G=80󰀁109Pa,

(m).所以

Zc2=0.246󰀁10-4󰀁Q3(m)

4

󰀁󰀁由此可见,扭转引起的变形远大于弯曲变形.第5期屠居贤等:筒仓贮料的流动形式与仓壁压力研究󰀁󰀁19

参󰀁考󰀁文󰀁献

󰀁1刘鸿文.材料力学(第三版).北京:高等教育出版社,

1993

󰀁2江景波等.建筑施工.上海:同济大学出版社,1990󰀁3罗福午等.单层工业厂房结构设计.北京:清华大学出版

社,1990

DENGXiaoqing󰀁PENGRuhai󰀁HEHuiji(DepartmentofBasicSubjectEastChinaShipbuildingInstitute,Zhenjiang212003,China)Abstract󰀁Thepapergivesamechanicalanalysisofanaccidentwhenabeamofbridgeofhigh󰀁flyinghighwaywaslifted.Itofferssomesuggestionstopreventoccur󰀁renceofsimilarincidents.Keywords󰀁Beileibeam,expandeddisplacement,trans󰀁fercoefficientAMECHANICALANALYSISONBEILEIBEAMOVERTURNEDINANACCIDENT筒仓贮料的流动形式与仓壁压力研究

屠居贤󰀁曹振斌

(烟台大学,烟台264005)

摘要通过筒仓卸料试验的现象分析,导出最不利情况下的仓壁侧压力计算公式,可供筒仓设计参考.关键词筒仓,贮料,整体流动,管状流动,拱

1概󰀁述

筒仓是经常轮换贮存块粒状松散物体的特种结构,在粮食、煤炭、冶金、电力和建材部门已广泛应用,并趋向大型化.如何确定仓壁压力是筒仓设计、建造和使用者关心的问题.我国和美、俄、德等国的筒仓设计规范都用Janssen公式计算基本压力,然后考虑仓体深浅等因素用系数修正.国内外大量试验表明,用Janssen公式计算的仓壁压力在贮料静止时,与测试值基本相符,但与卸料时的仓壁压力测试值相差甚大.为搞清贮料在卸料过程中仓壁压力增大的原因,我们从试验入手,观察分析贮料的流动规律,并导出计算仓壁压力的公式.2模型试验

设计加工圆柱形深仓模型(图1),材料为有机玻璃,仓高H=600mm,内径D=300mm,壁厚t=5mm.为实现不同的卸料速度,漏斗倾角分别为65󰀁和55󰀁,卸料出口直径分别为115mm和58mm,两侧埋设12个压力传感器,仓体用四根柱子与地面固定.

󰀁1997-11-24收到第1稿,1998-02-24收到修改稿.

图1

试验贮料为粒径3mm左右的粒状煤、小麦和干砂.试验前先测得它们的容重、内摩擦角和与有机玻璃间的摩擦系数.每种贮料在各种工况下都重复试验数十次,每一点压力都取整个卸料过程的最大值.

为能清楚地观察(更确切地说是为拍摄)贮料在仓内的运动情况,用与仓壁同种有机玻璃平板将贮仓分隔成两个半圆仓.在一个半圆仓内装入粒状煤,每隔100mm装入一薄层粒径与煤粒相仿的白石子,共7层.对每次卸料过程都连续测录仓壁压力和拍摄由白石子显示的贮料流动状态照片,见图2和图3.