1、洋口港陆岛通道接岸引堤工程项目部预制场 10t 龙门吊设计方案设计: 复核: 审核: 审批: 编制时间:2005 年 11 月 6 日洋口港项目部预制场 10T 龙门吊验算书说明:洋口港项目预制场 10t 龙门吊是采用苏通大桥工地 B1 标使用过的吊重为 20t 的龙门吊。原B1 标龙门吊横梁长度 42m,净跨 36m,横梁采用贝雷桁架,四组合,下面加强悬杆;立柱采用 D=351 无缝钢管,壁厚 10mm。行走平车采用两根 I40 热扎普通工字钢组合而成,行走轮子采用 D=500 铸铁钢轨轮,轨距 5m。洋口港项目部 10t 龙门吊横梁、立柱、行走系统与原 B1 标 20t 龙门吊完全相同,只
2、是电动葫芦轨道梁由 I40a 改为 I36a,分配梁由 25a 改为 I20a。轨道梁与分配梁的连接由螺栓连接改为钢板焊接连接,此连接方式与苏通大桥 B2 标 20t 龙门吊电动葫芦轨道梁与分配梁连接方式完全相同。龙门吊需要吊重的最大荷载为 100KN,净跨 26m,净高 12.5m。起重小车采用 16T 电动葫芦,电动葫芦行走轨道采用 I36a 热扎普通工字钢,工字钢分配梁采用 I20a 热扎普通工字钢。行走轨道采用 P43 钢轨,轨道基础为钢筋砼梁,断面尺寸: HB=3040CM。一、 荷载1、活荷载(1)龙门吊最大设计吊重:G=100 KN(2)电动葫芦重量:16 KN2、恒载(1)桁架
3、:3.34/3=4.4 KN/M(2)加强弦杆自重:0.842/3=2.13 KN/M(3)I25a 分配梁:1.690.279/26=0.155 KN/M(4)I36a 吊车梁:2410.600/26=0.554 KN/M(5)各种锚、垫板及配套螺栓 25/33=0.757 KN/M(6)行走系统:1 KN3、偶然荷载根据现场实际情况,本龙门吊偶然荷载仅考虑风荷载。风荷载主要按 9、 7 级风工况进行验算。(1)、风压计算风压按以下公式计算:WN=K1 K2 K3 K4 W0 (Pa)WN:某级风产生的风压W0:基本风压值,按 W0=v2/1.6 计算,9 级风 V24.4M/S,7 级风速
4、 V17.1M/S 。K1:设计风速频率换算系数,取 1.0;K2:风载体型系数。对于贝雷桁片、吊车梁、I25A 斜联取 1.3;圆形立柱及平联取 0.8。K3:风压高度变化系数,对于高度20M,取 1.0。K4:地形、地理条件系数,取 1.3。(2)迎风面积计算:贝雷桁架贝雷桁架迎风面积按结构物外轮廓线面积乘以 0.5 的折减系数计算。Sf1=1.70330.5=28.05M2I36a 吊车梁Sf2=240.36=8.64M2固结梁 I20aSf3=0.201.69=2.88M2351 立柱(2 根)Sf4=0.35110.22=7.16M2245 立柱(2 根)Sf5=0.24514.62
5、=7.15M2平联(共 4 根 )Sf6-1=1.840.2452=0.902M2Sf6-2=0.950.2452=0.466M2斜联(共 4 根 )Sf7-1=2.960.252=1.48M2Sf7-2=2.920.252=1.46M2电动葫芦:Sf8=1M2(3)风力计算计算公式 FN-i=WN.Sfi贝雷桁架F9-1=1.01.31.01.30.37228.05=17.62 KNF7-1=1.01.31.01.30.18328.05=8.67 KNI36a 吊车梁F9-2=1.01.31.01.30.3728.64=5.43KNF7-2=1.01.31.01.30.1838.64=2.6
6、7KN固结梁 I20a(9 根)F9-3=1.01.31.01.30.3722.88=1.8 KNF7-3=1.01.31.01.30.1832.88=0.9 KN351 立柱(2 根)F9-4=1.00.81.01.30.3727.16=2.77 KNF7-4=1.00.81.01.30.1837.16=1.36 KN245 立柱(2 根)F9-5=1.00.81.01.30.3727.15=2.77 KNF7-5=1.00.81.01.30.1837.15=1.36 KN平联(共 4 根 )F9-6-1=1.00.81.01.30.3720.902=0.349 KNF7-6-1=1.00.
7、81.01.30.1830.902=0.172 KNF9-6-2=1.00.81.01.30.3720.466=0.18 KNF7-6-2=1.00.81.01.30.1830.466=0.09 KN斜联(共 4 根 )F9-7-1=1.01.31.01.30.3721.48=0.93KNF7-7-1=1.01.31.01.30.1831.48=0.46KNF9-7-2=1.01.31.01.30.3721.46=0.92 KNF7-7-2=1.01.31.01.30.1831.46=0.45 KN电动葫芦:F9-8=1.00.81.01.3372.11=0.4 KNF7-8=1.00.81.
8、01.30.1831=0.2 KN二、 龙门吊桁架强度、变形及稳定性验算(一)、强度验算龙门吊桁架强度验算按以下两种工况进行验算:1. 验算工况 1: 龙门吊在最大设计吊重情况下,吊点居于桁架中点时,桁架的最大跨中弯矩。(1) 计算简图如下:P:为集中活荷载之和。 P100+16116 KNMqmax=PL/4=11626/4=754 KN.M:为龙门吊恒载之和沿龙门吊 26M 跨径上的均布线荷载,q=(4.4+2.13+0.155+0.554+0.757)=7.996 KN/M。Mgmax=qL2/8=7.996262/8=675.66 KN.M(2) 单片贝雷片跨中弯矩荷载组合后跨中最大弯
9、矩:活载取动力系数 1.2。Mzmax1.0Mgmax+1.2Mqmax=1580.46 KN.M 按每片加强贝雷片均匀承受荷载弯矩考虑,每单片贝雷片跨中最大弯矩为:Mdmax= Mzmax/4=395.12 KN.MM=1687.5 KN.M符合使用要求。2.验算工况 2: 电动葫芦行至桁架支点附近,在最大设计吊重情况下,桁架支点处的最大剪力。(1) 计算简图如下:P、q 取值与上相同。QgmaxL/2 7.99626/2103.95 KNQmaxP 116 KN(2) 单片贝雷片支点处最大剪力贝雷桁架支点处最大剪力:Qzmax1.0Qgmax+1.2Qqmax243.15 KN每单片加强贝
10、雷片支点处最大剪力:Qdmax= Qzmax/4=60.79 KNQ=245.2 KN符合使用要求。(二)、变形验算1.验算工况 3:在最大设计吊重情况下,吊点位于桁架跨中时的桁架跨中挠度。(1) 计算简图:(2) 跨中最大挠度计算:因龙门吊绝大多数在吊重 10T 以下作业,故按最大吊重工况进行龙门吊的挠度变形验算,在最大吊重工况下挠度变形,其容许挠度变形按 L/400 控制。龙门吊挠度按桁架挠度近似计算,公式:fmaxML2/(8EI)fmax: 桁架挠度变形。M:桁架梁下在组合荷载下跨中最大弯矩,吊重不考虑动载系数。L:桁架跨度。E:钢材弹性模量,取 210 Gpa。I:贝雷桁架的横载面相
11、对于水平轴的惯性矩。fmax=(754+675.66)262/(82.1109577434.410-84)=24.9 mm=2.5 cmfmax/L=2.5/2600=1/10401/400符合要求。(三)、稳定性验算按照场地固定的桥式类型起重机中门式起重机,考虑在偶然不利荷载作用下,计算其整体稳定性。根据实际情况,本龙门吊偶然荷载仅考虑风荷载。1. 验算工况 4: 龙门吊在无吊重状态(空载)静止状态下,在偶然荷载 9 级烈风作业下整体稳定性。(1)、计算简图如下:(2).倾覆弯矩计算公式:Mq4=- F9.L1iF9:作用于各构件上的风力L1i:风力相对于某构件合力方向相对于 A 车轮作用力
12、臂。根据公式各构件风力倾覆弯矩计算如下: 贝雷桁架M9-1=- 17.6210.85=-191.2 KN.M I36a 吊车梁M9-2=-5.4310.0=-54.3 KN.M 固结梁 I20a(9 根)M9-3=-1.810.0=-18.0 KN.M351 立柱(2 根)M9-4=-2.775.0=-13.85 KN.M245 立柱(2 根)M9-5=- 2.775.0=-13.85 KN.M平联(共 4 根 )Mf-9-6-1=- 0.3497.0=-2.44 KN.MM-9-6-2=- 0.185.5=-0.99 KN.M斜联(共 4 根 )M9-7-1=- 0.938.5=-7.91
13、KN.MM9-7-1=- 0.925.5=-5.06 KN.M电动葫芦:M9-8=-0.410=-4.0 KN.M 风力产生顷覆弯矩为:Mq4Kf4.Mfi=-1.1311.6=-342.76 KN.M(3).抗倾覆弯矩 MK 计算计算公式:MK=Kg4. Mgi =Kg4.Gi L2iKg4:龙门吊在工况 4 情况下自重加权系数,为 0.95。MK4:龙门吊抗倾覆弯矩Gi:龙门吊某一组成构件重量L2i:某一构件在自重下形心对某车轮的力臂,均为 2.5 米。龙门吊自重产生的抗倾覆弯矩为:MK4Kg4.Mgi L2i=0.95(4.433+2.1333+0.15526+0.55424+0.757
14、33+10+16)2.5=674.02 KN.M(4).龙门吊整体稳定性MkMq 稳定系数 K=Mk/Mq =674.02/342.76=1.97故龙门吊空载在 9 级烈风作用工况下,整体是稳定的。2、验算工况 5:龙门吊在最大设计吊重情况下,在 7 级风作用下正常运行时的整体稳定性。(1) 计算图式如下(2)、倾覆弯矩计算顷覆弯矩计算公式Mq5=Kf5.Mf5+Kg5.Mqg+Kq5MqqKf5:龙门吊在工况 5 情况下,风荷载加权系数, Kf5=1.0。Kg5:龙门吊在工况 5 情况下,龙门吊自重加权系数, Kg5=1.0。Kq5:龙六吊在工况 5 情况下,吊物荷载加权系数。 Kq5=1.
15、15。Mq:龙门吊在工况 4 倾覆弯矩。Mf5:在工况 5 条件下,风荷载对龙门吊采生的倾覆弯矩。Mqg:在工况 5 条件下,龙门吊在起动或制动过程中,由自重力产生的惯性矩。Mqq:在工况 5 条件下,龙门吊在起动或制动过程中,由吊物产生的惯性矩。A、 龙门吊所受风力力矩风力计算方式同工况 4,风速取 17.1 M/S。Mf5=- Kf5.Mfi=-1.0Wfi Sfi L1i-294.1 KN.MB、 龙门吊在制、起动时各构件自重对 A 车轮产生的惯性力矩Mqg=- Kf5.Mqgi=- Kf5.Gi.a.L3iGi:龙门吊各构件质量(T)。:龙门吊设计加速度,取 0.3M/S2。L3i:龙
16、门吊起、制动时,各构件惯性力相对于 A 车轮作用的力臂。贝雷片桁架Mqg1=-(0.44+0.213)330.3(15+1.7/2)-102.5 KN.MI20a 分配梁Mqg3-0.028300.3(15+0.2+0.25/2)-3.86 KN.MI36a 吊车梁Mqg4-0.104300.3(15+0.2-0.56/2)-13.98 KN.M 各种锚垫板及连接螺栓Mqg5-0.042360.3(15+0.1)-6.85 KN.M电动葫芦Mqg6-1.60.3(15+0.2-0.56/2-0.5)-6.93 KN.M龙门吊自重惯性力力矩为:Mqg=- Kf5.Mqgi=-1.0143.6=
17、-143.6 KN.MC、 龙门吊吊物在制动或起动时产生的惯性力相对于 A 轮的力矩:Mqq=- Kq5.G.tg.L4G:吊物重量(KN)。:龙门吊设计吊物最大偏摆角。为:5.80 。L4:龙门吊吊钩至 A 车轮的垂直高度(吊物惯性力相对于 A 车轮的力臂) 。Mqq=-1.15204.5tg5.8013.42=-320.58 KN.MD、 倾覆力矩Mq5= Mf5+Mqg+Mqq=-294.1-143.6-320.58=-758.28 KN.M(2)、抗倾覆力矩抗倾覆力矩计算公式:Mk5=Kg5.Mkg+Kg5.MkqKg5、Kg5:与上相同。Mk5:龙门吊在工况 5 作用下相对于 A 车
18、轮的抵抗倾覆弯矩。Mkg:龙门吊自重产生的相对于 A 车轮的抗倾覆弯矩。Mkq:吊物产生的相对于 A 车轮的抗倾覆弯矩。A、Mkg 计算Mkg= Kg5.Mgi=1.0947.4=947.7 KN.MB、Mkq 计算Mkq= Kg5.G.L2=1.15204.53=705.53 KN.MC、Mk 计算Mk=Mkg+Mkq=947.7+705.53=1653.23 KN.M(3)、龙门吊在工况 5 情况下整体稳定性MkMq稳定系数:K= Mk/Mq=1653.23 /758.28=2.18故:龙门吊在工况 5 的情况下,是稳定的。三、 I20a 分配梁验算1. 最不利工况:在最大设计吊重时,电动
19、葫芦行驶至 I20a 正下方时。计算简图如下:因 I25a 本身自重相对于吊物重量较小,故忽略不计。(1)在最不利工况下,I20a 跨中最大弯曲应力跨中最大弯矩:M 中=PL/4=(100+16 0.631)0.6/4=17.82 KN.M弯曲应力:= M 中/Wx=17.82103/236.9=75.22 MP=145 MP跨中弯曲强度符合要求。(2)在最不利工况下,I20a 支点处最大剪应力:支点处最大剪力:Q 支=P/2=(100+16+2.8)/2=59.4 KN支点处最大剪应力: 支 =Q/A=59.4103/35.55102=16.7=85 MP支点处最大剪应力强度符合要求。四、
20、I36 吊车梁验算1.抗弯强度验算最不利工况:龙门吊在最大设计吊重时,电动葫芦行驶至两 I20a 分配梁中央点位置。计算简图:因在两 I25a 分配梁间 I40a 自重相对于最大设计吊重较轻,故忽略不计。(1) 跨中最大弯矩:M 中=(100+16+2.8)3/4=89.1 KN.M(2) 跨中最大弯曲应力:= M 中/Wx=89.1103/877.6=101.5 KN.M=145 MP故在最不利工况下,I40a 吊车梁的抗弯强度符合要求。2.抗剪强度计算:最不利工况:龙门吊在最大设计吊重下,电动葫芦行驶至 I40吊车梁下 I25分配梁交接处。支点处最大剪力:Q 支=P=(100+16+2.8
21、) =118.8 KN支点处最大剪应力: 支 =Q/A=118.8103/76.44102=15.5=85 MP支点处最大剪应力强度符合要求。五、 吊车梁连接钢板焊缝强度计算:工况:龙门吊在最大设计吊重情况下,电动葫芦行驶 I20分配梁正下方中时,每块钢板焊缝承受拉应力。焊缝所受拉力为: FGQG:3 米长 I36重量。Q:设计最大吊重,动力系数取 1.3。F6003+1188001.3156240 N焊缝拉应力:ftwF/AA:焊缝面积, Abh,b:焊缝宽度,100mm;h:焊缝厚度:10mm0.77mm,双面焊,A=10072=1400mm2ftwF/A111.6 ftw=160 MP故焊缝强度符合要求。综合以上验算,该龙门吊设计满足使用要求