橋架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、第3章 箱形梁式橋架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1箱形梁式橋架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造箱形梁式橋架結(jié)構(gòu)主要是由兩根主梁和端梁所組成。主梁是由上、下蓋板和 兩塊垂直腹板組成封閉的箱形截面的實(shí)體板梁結(jié)構(gòu)。小車運(yùn)行的軌道鋪設(shè)在主梁 上蓋板的正中間，因此兩根主梁的間距便取決于小車的軌距。橋架的兩端梁間的 距離決定于橋架的跨度大小。安裝大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車輸電滑觸線用的走臺(tái)為懸臂固定在主梁的外側(cè)。走 臺(tái)的寬度決定于端梁的長度和大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的平面布置尺寸。橋架端梁的長度主要取決于大車的輪距大小。大車輪距K和橋架跨度L的比 值通常取為:(3-1)代入數(shù)據(jù)得 K = (1 : 5)L = 28.5/ 7 : 28.5/ 5 = 4 : 5.

2、7取 K = 4m3.2主要尺寸參數(shù)的確定3.2.1箱形主梁的構(gòu)造和主要尺寸的確定1主要尺寸確定箱形主梁的主要構(gòu)件是上蓋板、下蓋板和兩塊垂直腹板。通常為了制造方便， 腹板中部為矩形面兩端做成梯形，同時(shí)使下蓋板兩端向上傾斜（如圖3-1）。圖3-1主梁示意圖這時(shí)梯形的高度取為 TOC o 1-5 h z 11，-、C = （- : ）L（3-2）5 10主梁在跨度中部的高度H,根據(jù)起重機(jī)橋架剛度的要求和制造的經(jīng)驗(yàn)，一般按照跨度L的大小取如下值：當(dāng) L23m 時(shí)，H =20（3-3）主梁在端梁連接處的高度H可?。?H0 = (0.4 : 0.6)H（3-4）11所以由設(shè)計(jì)參數(shù)得C = (- :)L

3、= 0.1x28.5 : 0.2x28.5 = 2.85 : 5.7 由于 C5 10般取2到3m。所以C取值為3m。L 28.5H = = 1.425m2020H0 = (0.4 : 0.6)H = 0.4x 1.425 : 0.6x 1.425 = 0.57 : 0.855 m因?yàn)槠鹬亓亢涂缍容^大，所以選取H = 0.8 m0兩腹板的厚度5 一般取相等。上、下蓋板的厚度5 1也常取同值。這些板厚 的取值與起重量有關(guān)，按表（3-1）選取。圖3-2箱形主梁的構(gòu)造簡圖表3-1箱形主梁腹板和蓋板厚度推薦值（mm）起重量Q（t）5，810 (12.5)15 (16)2030 (32)50腹板厚666

4、6，8蓋板厚度6 18，1010，1212，1416-22注：表中所列板厚較大值用于跨度較大者。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)得8= 6蓋板厚度=12為了保證橋架具有足夠的水平剛度，主梁兩腹板內(nèi)壁的間距b不能太小，其 值為： TOC o 1-5 h z b H 且 b L（3-5）350同時(shí)，根據(jù)焊接施工條件需要，這個(gè)距離還必須大于350mm。當(dāng)b值確定后， 便可以按下面的關(guān)系式定出上、下蓋板的寬度B：B = b + 2(8 +10) mm(手工焊) HYPERLINK l bookmark64 o Current Document B = b + 2(8 + 20) mm (自動(dòng)焊)(3-6)由公式 3-5

5、可知 b H =1425 =0.475m 且b =竺5 = 0.57m HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 335050所以選擇 b 的值為 0.6m。從而 B = b + 2(8 + 20) = 600 + 2 x 26 = 652mm所以 h = H - 25 =1425 - 2 x12 = 1401mm h /5 = 1401/6 = 233.5 70所以 h0 = H0 - 251 = 0.8 - 2x0.012 = 0.7762加勁板的布置圖3-3箱形主梁的構(gòu)造簡圖為了保持腹板的局部穩(wěn)定性，當(dāng)h/5 70時(shí)，便需要在主梁腹板內(nèi)布置一 些

6、垂直的橫向大加勁板（圖3-3中4）。在靠近端梁處兩塊加勁板的距離a = h = 1401，取a = 1400 ；而跨中為 a = （1.5 : 2）h且a 160時(shí)，必須在離上蓋板（0.2-0.5）h地方再添設(shè)縱向加勁板條或 角鋼，以增加腹板受壓縮區(qū)的局部穩(wěn)定性。在小加勁板的下面采用Z45x45x5角鋼水平加勁桿（圖3-3中6）。3.2.2箱形梁式橋架的端梁構(gòu)造和主要尺寸確定箱形梁式橋架的端梁也采用箱形的實(shí)腹板梁式結(jié)構(gòu)。端梁的中部截面也是 由上、下蓋板和兩塊垂直腹板所組成。由于運(yùn)輸和安裝的需要，通常把端梁制 成兩個(gè)分段。在制造廠施工時(shí)，先把一根主梁和端梁的一個(gè)分段焊接在一起形 成半個(gè)橋架，然后

7、在使用地點(diǎn)安裝時(shí)再將兩個(gè)半橋架在端梁接頭處用螺栓連接 在一起，成為一臺(tái)完整的橋架。端梁的安裝接頭采用普通螺栓連接。端梁的蓋板和腹板厚度的選擇參考表3-2.在端梁與主梁連接處，以及端 梁的車輪支承處均應(yīng)適當(dāng)配置加勁板，以保證腹板的局部穩(wěn)定性。為了安裝接 頭的施工需要，應(yīng)開設(shè)直徑不小于150山山的手孔。表3-2端梁的構(gòu)件厚度薦用值（mm）起重量（t）5，810（12.5）15 （16）2030 （32）50上蓋板8101216-20中部下蓋板8101216-20頭部下蓋板121620腹板6，88由表3-2得，端梁構(gòu)件厚度值為上蓋板為12；中部下蓋板為12；頭部下蓋板為16；腹板厚為8。端梁的中部高

8、度為氣=H0 -25廣0.8-2x0.012 = 0.776m。頭部高度 可取為0.388mm。中部腹板高h(yuǎn)= 0.776 2x0.012 = 0.752m。頭部腹板高為 h = 0.776 - 0.012 - 0.016 = 0.748m。端梁的總長度取為L = 5m。查3得大車輪兩角形軸承箱中心之間的距離 2A=280。所以腹板間距離b = 280 + 8 = 288。2所以端梁的寬度為 B = b + 2（5 + 20） = 288 + 2（8 + 20） = 0.344m2。3.2.3端梁連接設(shè)計(jì)1連接形式由于端梁采用兩段拼接而成，則端梁的安裝接頭設(shè)計(jì)在端梁的中部。端梁的接頭的上蓋板和

9、腹板焊有角鋼做的連接法蘭，用高強(qiáng)度螺栓連接。下蓋板的接頭用連接板和高強(qiáng)度螺栓連接。如下圖為接頭的安裝圖下蓋板與連接板的連接采用M18的螺栓，而角鋼與腹板和上蓋板的連接采 用M16的螺栓。2螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算上蓋板的連接螺栓和腹板連接螺栓受剪力的拉力；下蓋板的連接螺栓受剪 力。（1）假定內(nèi)力由螺栓平均承受。則螺栓的數(shù)目為：（3-11）式中N作用于螺栓的力;N min一螺栓的許用承能力在抗剪連接中：（3-12）（3-13）N = N = 2 t （3-12）（3-13）miny 4在抗拉連接中：N = N 二節(jié)bmin l 4 l式中d一螺栓桿的外徑d 0 一螺栓螺紋處內(nèi)徑nT 一每個(gè)螺栓的受剪面

10、數(shù)目b 、t 螺栓的許用拉、剪應(yīng)力。按表3-121 選用。l查表得b i = 1250N / cm2，t = 1300N / cm2。下蓋板M18螺栓:n 兀 d 22 x 3.14 x 0.0182N = N = t 4t =4x 1300 x 104 = 6612.84N上蓋板和腹板M16螺栓:N = N *Q = 34x(0.85 x 0.016)2 x 1250 x 104 min l 4 l4M1974m(Q=Q)= 一=M1974m(Q=Q)= 一=6580ND /20.3由計(jì)算得大車運(yùn)行摩擦力Pm (Q=Q)6580 x 6580 x 4 =14 N n N . 1814所以上蓋

11、板和腹板連接所需螺栓數(shù)目為14。下蓋板所需螺栓數(shù)目為:n二=竺官=3.9N . 6612.84取值為4。3.3橋架的計(jì)算3.3.1橋架結(jié)構(gòu)的材料由于車間起重機(jī)反復(fù)起動(dòng)、制動(dòng)，所以主梁承受較大沖擊載荷。因此它要求 主要構(gòu)件的材料應(yīng)具有較高的破壞強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度及一定的塑性，同時(shí)具有較高 的沖擊韌性。普通碳素鋼Q235是制造起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)最常用的材料。本設(shè)計(jì)對起重機(jī)的 工作環(huán)境與溫度無特殊要求，因此Q235鋼完全符合使用要求。3.3.2橋架設(shè)計(jì)的計(jì)算載荷及其組合作用在橋式起重機(jī)橋架結(jié)構(gòu)上的載荷有固定載荷、移動(dòng)載荷、水平慣性載 荷及大車運(yùn)行歪斜產(chǎn)生的車輪側(cè)向載荷等。1固定載荷固定載荷也就是自重載荷，它

12、可以分為均布載荷和集中載荷兩種。對于箱 形主梁的受載而言，主梁、軌道、走臺(tái)和攔桿等組成的半個(gè)橋架結(jié)構(gòu)自重，是 屬于均布載荷。集中載荷作用的自重載荷包括有操縱司機(jī)室、分別驅(qū)動(dòng)的大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)以 及安置在走臺(tái)上的起重機(jī)電氣設(shè)備等。圖3-3為我國生產(chǎn)的吊鉤橋式起重機(jī)系列的半個(gè)橋架結(jié)構(gòu)部分的重量Gq/2曲線。確定半橋架重量的估算值Gq/2后，則主梁由于橋架自重引起的均布 載荷q,為：G小q q-2（ 3 7）式中L-橋架的跨度 （m）圖3-3箱形梁式橋架結(jié)構(gòu)的重量曲線由圖3-3估算G = 8500 x 9.8 = 83300N所以q =堂=83322 = 2922.8N / mi L 28.5當(dāng)大車運(yùn)行

13、機(jī)構(gòu)采用分別驅(qū)動(dòng)時(shí)，主梁所受的全部均布載荷qq就是橋架自 重引起的均布載荷q，即q = q（3-8）由公式 3-6 得 q = q = 2922.8 N / m司機(jī)操縱室的重量氣是固定的集中載荷，初算時(shí)可取為1-1.5 t，封閉式 取較大值敞開式取較小值。重心作用位置到主梁一端的距離大約取10 = 2.8。 由于司機(jī)室選擇閉式，所以G0選取1.5 t。屬于固定集中載荷還有大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)和減速器等較沉重的部件 重量，其值查表 7-31得G1 = 0.51, 11=1.5。2移動(dòng)載荷對箱形主梁的受載而言，移動(dòng)載荷就是由起重小車的自重和額定起重量引 起的小車輪壓。當(dāng)起升機(jī)構(gòu)在上升起動(dòng)或下降制動(dòng)

14、時(shí)，還將產(chǎn)生與起重量作用 方向相同的垂直慣性力。故在確定作用在主梁上每個(gè)車輪的計(jì)算輪壓P時(shí)，需 要引用一個(gè)動(dòng)力系數(shù)W來考慮這個(gè)慣性力及其造成的動(dòng)力加載作用。動(dòng)力系 C數(shù)K可由圖2-21查得。主梁上的小車輪壓可參考表7-41。由圖 2-21得w C = 1.1，由表 7-41查得 P = 7300N ； p= 6700N ； 輪距 b = 2400mm。所以 P1 =w C=1.1 x 7300 = 8030 N ； P =w C P= 1.1 x 6700 = 7370 N。主梁的總計(jì)算載荷：q =p 4 q = 1.1 x 2922.8 = 3215.08 N / m（3-8）式中中=1.1

15、 沖擊系數(shù)43主梁彎矩計(jì)算主梁垂直最大彎矩:M(G+P)L-B . qL + 3主梁彎矩計(jì)算主梁垂直最大彎矩:M(G+P)L-B . qL + 甲 G 甲 Gl 】P + P (xc) +4d 4 2 + P + 件4(七(3-9)代入數(shù)據(jù)得p+p( LBc)+q FM (G+P) = 2L-2P + P qmax4( p1p + q)L 228.5 2.4、3215.08 x 28.5 + 1.1x 500 x 9.8 1.1x1500 x 9.8 x 2.8 8030 + 7370() +228.5-xc28.54(28.51.1x1500 x 9.8 x 2.8 = 488380.524

16、N - m8030 + 7370 3215.08、+ )主梁水平最大彎矩Mg max = *8Mmaxa(G+p ) _g(3-10)式中a = -q 車起動(dòng)制動(dòng)加速度平均值t = 6 : 8sqva va = -q =tq87.660 x(6 : 8)=0.1825 : 0.2433m/ s2M mG + p）一不計(jì)反沖系數(shù)甲4和動(dòng)載系數(shù)時(shí)主梁垂直最大彎矩，由下式算得P + PP + P (牛)+寫-事2M (G+P) = 1 -1_L2L + Gl + Gl4(M + 四0011L 228.5 - 2.42922.8 x 28.5 1500 x 9.8 x 2.8】8380 + 7370(

17、) +-2 28.5max2“8380 + 73704(+)28.52+1500 x 9.8 x 2.8 + 500 x 9.8 x 1.5 = 84359.2N - m28.5因此得主梁水平最大彎矩:a0.1835 : 0.2433M = 0.8M (g+p) = 0.8x84359.2x9_=(1263.7 : 1675.5)N m4主梁強(qiáng)度驗(yàn)算主梁中間截面的最大彎曲應(yīng)力為:(3-11)b=b = M maxG + P) + Mmax Q (3-11)(G+P)WWC式中 W 主梁中間截面對水平重心軸線X-X的抗彎截面模數(shù)其近似值:h81.401 x 0.006W = (- + B8 )h

18、 = (3+ 0.652 x 0.012) x 1.401 (3 修)=0.015m30.652 x 0.012 0.652 x 0.012 ho )b =(+ 1.401x 0.006) x 0.6(3-13)=0.007m3因此可得：maxWmaxWx(G + P)M+ g max488380.524 1675.5 += 32.79MPa0.0150.007由5表2-19查得Q235鋼的許用應(yīng)力為（3-14）b =二=空=165.4 MPac 1.33 1.33（3-14）因此b gC主梁支承截面的最大剪應(yīng)力根據(jù)2公式計(jì)算(3-15)T = 3+P) T max I - 28C(3-15)

19、式中Q（G+P）一主梁支承截面所受的最大剪力，計(jì)算如下:maxQ (E = P +P= + K + V氣 + Gfmax12 L24 0 L_ 陽既 + 7370 x 28.5 - 2.4 + 3215.08 x 28.5 +1.1 x 500 x9.8-X 28.5+1.1 x 1500 x9.8 x 28.5 - 2.8 _ 78220.628N28.5（3-16）Hx-Ix 0 一主梁支承截面對水平重心軸線x - xHx-I 注 W H _他 + B8 ) h x0 x0 2 31)_ (0.776 ： 0.006 + 0.625 x 0.012) x 0.776 x 藉 _ 0.002

20、8m4（3-17）S一主梁支承截面面積對水平重心軸線x - x的靜矩:S _ 2Exh0 + B8241_ 2 _ 2 x .776 x .006 x 冬40.776 0.012.0.652 x 0.012(- + -)_ _ 0.0039m3(3-18)因此可得：T _ (3-18)因此可得：T _ Q (G+P) - smax I . 28x 078220 x 0.00390.0028 x 2 x 0.006_ 9.07MPa(3-19)由5表2-19查得鋼的許用剪應(yīng)力cIt J _ 事 _ 96.6MPa(3-20)iiJ 3(3-20)故氣 T max C綜上，強(qiáng)度滿足要求。5主梁的垂

21、直剛度驗(yàn)算主梁在滿載小車輪壓作用下，在跨中所產(chǎn)生的最大垂直撓度可按照2公式 進(jìn)行計(jì)算:48 EIx（3-21）式中 a73708380=0.879PL3 1 + a (1-6 P 2 + 4 P 48 EIx（3-21）式中 a73708380=0.879=0.084 TOC o 1-5 h z B2.4=0.084xc L28.5H1425I aW=0.015x= 0.011m4因此可得:PL3PL31 + a (1-6 P 2 +1 L4P 4)48 EI83 80 x 28.531+ 0.879(1-6 x 0.0842 + 4 x 0.0844)48 x 2.1x 106 x 0.01

22、1=0.671cm允許的撓度值由2公式得:L 285l_f=4.07cm ( A5 級(jí))(3-22)700 700因此 f V f 6主梁水平剛度驗(yàn)算主梁在大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)慣性載荷作用下，產(chǎn)生的水平最大撓度可按2 公式計(jì)算（略去第三項(xiàng)，簡化成簡支梁）：, P L3q L(3-23)g 48EI * 384EI(3-23)yy式中Pg 作用在主梁上的集中慣性載荷87.6P = (0.01 : 0.02)-v-(P1 + P) = (0.01 : 0.02)-(8380 + 7370) =229.95 : 459.9一作用在主梁上的均布慣性載荷87.6q = (0.01 : 0.02) - v

23、 q= (0.01 : 0.02) x- x 2922.8=42.6 : 85.2N/mI = W - - = 0.007 x 0,652 = 0.0022m4 y y 22由此可得：PL q Lf 4&EI + 384EI yy459.9 x 28.5385.2 x 28.54=+48 x 2.1 x 109 x 0.0022 384 x 2.1x 109 x 0.0022=0.56cm水平撓度的許用值：2000=1.4252000=1.425cm(3-24)因此f V f 由上面計(jì)算可知，主梁的垂直和水平剛度均滿足要求。由于起重機(jī)工作無特 殊要求所以不進(jìn)行主梁的動(dòng)剛度驗(yàn)算。7端梁的計(jì)算由于

24、端梁采用的截面尺寸以及材料都相同。由主梁計(jì)算結(jié)果可知端梁的強(qiáng) 度、剛度都合格。因此不用再單獨(dú)進(jìn)行校核。3.3.3橋架拱度為了減少主梁在受載工作時(shí)的實(shí)際下?lián)献冃危岳谄鹬匦≤嚭痛筌囘\(yùn)行機(jī) 構(gòu)的正常工作，制造時(shí)主梁被做成向上變曲的弧形。主梁的上拱弧線采用二次拋物線。橋架跨度中央的標(biāo)準(zhǔn)拱度值為:(3-25)f = L = 85 = 0.0285m(3-25)0 1000 1000考慮制造因素，實(shí)取 * =1.4f0 =1.4x0.0285 = 39.9mm。主梁跨度中任一點(diǎn)的上拱度值y用下式計(jì)算（如圖3-4）：(3-26)圖3-4(3-26)圖3-4主梁上拱曲線計(jì)算簡圖3.3.4主要焊接連接的計(jì)算端梁支承端面上蓋板對水平重心線x-x的截面積矩為:端梁支承端面上蓋板對水平重心線x-x的截面積矩為:h 5 h