扒杆计算书.doc

目 录1. 概述1.1 设计要求及依据 11.2 荷载选用 11.3 结构选型 31.4 构件材料的选用 32. 设计计算2.1 圆管型扒杆设计计算2.1.1以工况1初求钢管规格 32.1.2验算局部稳定 42.1.3工况1验算 42.1.4计算工况2额定载荷 42.1.5小结 52.2 格构型扒杆设计计算2.2.1平、立面布置 52.2.2参数说明 52.2.3初选主材 62.2.4选择缀条（斜材及水平材） 6 2.2.5确定结构参数 6 2.2.6全面验算.结构参数 8.主材/缀条参数 8.工况1验算 8 .计算工况2额定载荷 93. 其他3.1 连接方式及连接材料的选用3.1.1钢管式扒杆连接.法兰板.法兰螺栓.法兰焊缝3.1.2格构式扒杆连接.焊缝.连接螺栓3.2 特殊结构 3.2.1扒杆头部3.2.2扒杆中部3.2.3扒杆脚部3.3 结构的防腐处理3.4 其它4. 设计图纸 101. 概述1.1 设计要求及依据， 执行电力建设施工机具设计基本要求（输电线路施工机具篇）SDJ165-87；， 扒杆整体结构长细比小于150；，材料屈服安全系数不得小于2.5；，扒杆受额定压力时，其横向变形不得超过全长的1/600；，单节长度3m4.5m，单节自重小于约70Kg，可组合为12m；，强度计算取用许用应力法，稳定计算取用概率极限状态设计法（钢结构设计规范GBJ 17-88）。1.2 荷载选用，工况1：杆全长12m（自由长度12m）时，杆头设拉线（4根拉线对称布置）约束，杆底端承托（4根钢丝绳对称布置悬吊），杆身倾斜=5，吊重与扒杆夹角=30，见图一。安全系数不小于2.5的前提下，载荷能力达到G=30KN。，工况2： 杆全长12m，自由长度7m，杆头无拉线，杆底端及7米腰部处绑定，杆身倾斜=5，吊重与扒杆夹角为30，见图二。安全系数不小于2.5的前提下，载荷能力达到G=500Kg。图一 图二工况1计算载荷如上图：F1=G/Cos25=30/Cos25=33.1KN F2= F1/0.98=33.7KNF1sin30= F3sin40F3=23.3KN扒杆上的轴力 F=f1+F2+f3 = F1cos30+ F2 + F3cos40=74.4KN 初步估计12米扒杆共重约220Kg。再加上约710%的焊缝重量及其他附件重量，合计后约为400Kg。考虑重力后，扒杆轴向载荷标准值为：N=F+Gcos5=78.4KN扒杆轴向载荷设计值为：N=78.41.2=94.1 KN工况2计算载荷如上图：本工况下，扒杆主要是弯曲强度不足，重力的影响很小。为计算方便，不计自重的影响。设额定吊重为G（N），则：F1=G/Cos25=1.1GF2=F1/0.98=1.13G 危险面载荷计算值如下表：标 准 值设计值=标准值1.2轴力(N)N=F2+FICos30=2.08G2.5G弯距(N.mm)M=F1Sin307000=3850G4620G剪力(N)V= F1Sin30=0.55G0.66G，小结二种工况下的载荷计算值如下表：剪力V（N）弯矩M（Nmm）轴力（N）标准值设计值标准值设计值标准值设计值工况20.55G0.66G3850G4620G2.08G2.5G1.3 结构选型 杆身可以采用钢管式或格构式二种型式。 钢管结构：采用薄壁的无缝钢管或高频直缝焊管，节与节之间采用法兰连接。 格构结构：采用四个角钢组成的方形截面，在其四周用单斜式缀条相连。主材与缀条之间采用焊接连接，节与节之间采用螺栓连接。1.4 构件材料的选用 钢管结构：由于焊缝工作量较少，而且每个节点处焊缝强度余量较大，故应以扒杆的强度考虑为主，其材料选用16Mn。 格构结构：由于焊缝工作量较大，故应以焊缝的可靠性考虑为主，扒杆材料选用Q235。 Q235与16Mn的材料特性，见下表：材料屈服极限fy（Mpa）设计强度f（Mpa）Q23523521516Mn3453152. 设计计算2.1 圆管型扒杆设计计算2.1.1以工况1初求钢管规格设钢管外径=D，内径=d，未约束长度=L（如图）则钢管：截面积A= 惯性距I=回转半径R=长细比=L/R=因为扒杆整体结构长细比不得大于150，故可以通过设定=150，求出以下未约束杆长时，相对应的钢管最小外径D的近似值。如下表：未约束杆长L（m）91011121313.514最小外径D（mm）180189207226245254264由于工程需要，工况1中，扒杆的未约束杆长L要求在12m13.5米，故根据上表扒杆外径应界于226mm245mm。又由于国标规定，薄壁无缝钢管的最大外径为200，故扒杆只能采用非标的无缝钢管或焊管。后者宜选用用于结构的质量教好的高频直缝焊管。又根据标准的钢管外径系列（203、219，245），决定最终选用扒杆外径为245mm。考虑重量及运输/使用中的保护问题，扒杆壁厚不宜小于3.5mm，其可初步选定二种钢管规格进行验算，其特性如下表：规格截面积A（Cm2）惯性距I（Cm4）回转半径R（Cm）抗弯性模量W（Cm3）自重（Kg/m）长细比杆长12m杆长13m2453.526.5519368.5415820.8140.8152.2245430.2821998.5218023.8152.6根据上表，要满足长细比小于150，必须控制扒杆的未约束杆长度约为12m，故以下的验算皆认定扒杆长度为12m。因为要求每节扒杆自重小于70Kg，故扒杆一节的长度宜为3m。此时二种扒杆每节的自重约为66 Kg/75Kg（包括约4 Kg的法兰）。又根据上表，二种规格的长细比相差极小。再加大壁厚对稳定性作用不大。2.1.2验算局部稳定（公式：D/100）100=82.52453.5： D/=245/3.5=7082.5 合格2454： D/=245/4=61.382.5 合格 2.1.3工况1验算,强度(公式：N/A=fy/n)2453.5：安全系数n=A fy/N=265534578400=11.72.5 合格2454：安全系数n=A fy/N=302834578400=13.32.5 合格,稳定性(公式：N/Af)=140.8150 合格查表得：=0.315（以焊管为准，此时结果偏于安全）公式右边=f=0.315315=99.2Mpa2453.5：公式左边= N/A =94100/2655=35.4Mpa公式右边 合格2454：公式左边= N/A =94100/3028=31.1Mpa公式右边 合格2.1.4计算工况2额定载荷计算步骤以2453.5为例：,根据强度(公式：=)其中，安全系数n=2.5G=5487N=548.7Kg ,根据整体稳定(公式： f )=70002 R=7000285.4=163.9 略大于150查表：=0.265 =1（悬臂）查表：=1.15NEX=3.142（206103）2655163.92 =200740N取根据强度计算出的G=5487N公式左边=2.5548726550.265+462054871.15158000（1-0.82.55487200740）=167.1 Mpaf=315 Mpa说明该工况下扒杆额定载荷由扒杆强度控制（相对于扒杆的整体稳定性）。2.1.5小结工况2下，扒杆参数如下表：钢管3t载荷时，工况1下的强度安全系数2.5的安全系数时，工况2下的额定载荷G（Kg）3米一节的自重（Kg）2453.511.7548.766245413.3625.1752.2格构型扒杆设计计算2.2.1平、立面布置2.2.2参数说明：0：结构的换算长细比；：轴心受压构件的稳定系数；A：结构整体截面积；A1：主材单肢截面积，查型钢表得；A2：缀条单肢截面积，查型钢表得；I1：主材对自己形心轴的惯性距，查型钢表得；R1：主材回转半径，查型钢表得；Z：主材形心轴位置，查型钢表得；x：结构长细比，x=；Rx：结构回转半径，Rx=扒杆长/x；d,b,e,c,h,：结构几何参数，详见平、立面布置图；其中： b=；=arctg且要求界于4070； h=； 2.2.3初选主材.根据工况1根据强度估算N/Afy/n (安全系数n=2.5)A2.5N/fy=7842.5235=8.342A1A/4=2.12根据整体稳定性估算考虑到重量最小的原则，有N/A=f A=N/（f）长细比最大值=150，查表得最小值=0.308，得N/（f）的最大值为=14.22A14.22A114.2/4=3.552根据以上估算的结果，得：2.12A13.552.根据工况2因为根据钢管式扒杆的计算知道：工况2下，扒杆主要是强度不足，而且扒杆所有的内应力中，弯曲应力占约90%。故对于工况2，主要要求结构的抗弯模量W尽量大。根据平行移轴公式，A1对W的影响大于R1。A1越大，W越大。为提高承载力，宜采用较大的A1值。.根据自重根据经验，主材自重占整个扒杆的约60%。由于格构式扒杆自重略小于钢管扒杆，因此格构扒杆每节的长度可以比钢管扒杆略长，决定每节长度为4米。因为要求一节扒杆的自重小于约70Kg，即一节扒杆中主材总重约为7060%=42 Kg，故主材的单重约为4216=2.63 Kg/m。.总结根据以上估算，初选三种主材进行验算：404、365、454。型 号404365454截面积A1（2）3.093.383.49回转半径R1（）1.221.081.38惯性距I1（4）4.63.956.65单重（Kg/m）2.422.652.742.2.4选择缀条（斜材及水平材）以重量最低为原则，应选择203，但考虑到运输及使用过程中的保护问题，决定选用253。其截面积A2=1.432、单重为1.12Kg/m。2.2.5确定结构参数.根据工况1该工况下，扒杆主要由整体稳定性控制，即由N/Af估算扒杆外廓尺寸d的最小值。见下表：型号A1（2）A（2）=N/（Af）0xRx（）b(Cm)Z(Cm)d(mm)4043.0912.360.354138137.48.738.61.131953653.3813.520.324145.5144.88.298.221.07185.84543.4913.960.314148147.38.1581.26185.2.根据工况2该工况下，扒杆主要由抗弯强度控制，即fy/n=94 (安全系数n=2.5)。因为弯曲应力占总应力的约90%以上，故为了简化估算，令=940.9=85Mpa。W=8（I1+b2A1）/d，且d2b，M=3850GA1d2-22.6Gd+4I1=0d=根据上式，可分别估算出不同吊重下扒杆的外廓尺寸d的最小值，见下表：型号A1（2）惯性距I1（4）d（mm）G=300（Kg）G=400（Kg）G=500（Kg）4043.094.62192923653653.383.952002673344543.496.65193258323.其他结构参数由以上分析，扒杆的外廓尺寸d主要由工况2控制。由于404的结构偏大，故不再考虑它。下面，圆整d值后，初步计算结构其他参数及对应的一节扒杆的自重，见下表：G300KgG400KgG500Kg365454365454365454d(mm)200300350b(mm)89.387.4139.3137.4164.3162.4e(mm)166.5250286()4343.641.942.34141.4p1287斜缀条长h(mm)244241374372436433一节自重(Kg)70.471.571.973.272.974.1小结：1，根据上表，扒杆吊重增加时，扒杆须加大外廓尺寸d，但扒杆自重只微量增加。2，考虑到焊接时，节点的连接要求角钢肢宽越大越好，决定最终选定主材为454，其截面外廓为350mm（不宜大于400mm）。2.2.6全面验算.结构参数主材缀条d(mm)A(mm2)b(mm)Rx(mm)x0h(mm)e(mm)4米重(Kg)W(3)4542533501352162.416373.678.643328641.474.1220.5.主材/缀条参数主 材缀 条截面积（mm2）A1=349A2=143回转半径（mm）R1=13.8R2=49(最小)惯性距（4）I1=6.65单重(Kg/m)2.741.12.工况1验算,强度(公式：N/A=fy/n)安全系数n=A fy/N=135223578400=4.12.5 合格,稳定性(公式：N/Af)Rx =163mmx=l0/ Rx=12000/163=73.60=78.6150 合格查表：=0.697公式右边=f=0.697215=149.9Mpa公式左边= N/A =78400/1352=58Mpa公式右边 合格，单肢稳定性验算(公式：N1/A11f)计算长度l1=2e=2286=572mm长细比1= l1/R1=573/13.8=41.4578.60.7=55 合格查表：1=0.893公式右边=1f=0.893215=192Mpa轴力N1=94100/4=23525N公式左边= N1/A1 =23525/349=67.3Mpa公式右边，斜材验算a，强度验算(公式：N2/A2=fy/n)结构剪力V=135221585=3419.8N斜材轴力N2=3419.82Cos41.4=2279.5N安全系数n=A2 fy/N2=1432352279.5=14.82.5 合格b，强度验算(公式：N2/A22f2)计算长度l2=h=433mm长细比2= l2/R2=433/4.9=88.4 查表：2=0.632f2=（0.6+0.00152）f = （0.6+0.001588.4）215=157.5 Mp