塔式起重机柔性附着的可行性验算

1、K =Pcos4)°ML塔式起重机柔性附着的可行性验算林军（湖州市特种设备检测屮心）摘要鉴r建筑施丁工程使用塔式起巫机时，til r -些客观因索的限制血无法进彳亍刚性附 着的情况，本文提出了柔性附着的观点，即以在塔身上设置缆风绳的方式來替代刚性附着， 并对这一方式进行了可行性分析和验算。主题词 塔式起巫机 柔性附着缆风绳 稳定性毎台塔式起眶机（以卜简称塔机）都有其独、工式址人起升寫度，当超过此高度时，都必 须用附着装宣对塔身进行加固，此附着装置般宙撐杆和环梁等组成，采用刚性连接使塔机 依附固定在建筑物上，分散了部分塔身所承受的水平载;荷、弯矩和扭矩，从而保证了塔机匸 作的稳定性和整

2、机刚性。但是，当受到一吐客观因索的限制，刚牲附行很难共至无沃进行时, 该如何解决呢？为此提出了在塔身上设買缆风绳的柔性连接方式，其町行性则有待j：论证。设宣缆风绳的塔机，其基本受力情况如图1所示：M塔身所受弯矩：Mn塔身所受扭矩；N塔身所受轴心压力；P在疔矩M作用卜，缆风绳所受拉力：Px，Py分别为拉力P的水平分力和垂貢分力；Tv 缆风绳自重力的垂直分力；L缆风绳在塔身上的固定点至地面的距离。缆风绳的作用是为了抵消其固定点以卜塔少所受的弯 矩，并将瓦分解为水平力和垂貢力，即：P、=Psin45°所以此时固定点以卜塔身所受我荷主耍为轴心床力N、垂直分力片、缆风绳自晅力的垂苴 分力T、.

3、和扭矩Mn：固定点以上塔身所受我荷主要为弯矩M'、轴心压力N'和扭妙NV按此, 以塔机及It部件的位置，荷栽的数值和方向取最不利组介条件卜，设定计算工况，如果能满 足强度、稳定性及抗扭能力的耍求，那么我们认为设置缆风绳这一柔性连接方式是可行的。现以某工程为实例进行具体验算。1基本概况某热电厂冷却塔工程，结构最人直径35m,高度56.2m,双曲线外廓，滑模施丁，使用一 台QTG315塔机,起升高度65m,最大幅度38m,最大额定起币:吊3000kg,最大幅度处额定 起重量830kge2塔身结构型式及主要尺寸塔身为正方形截面的格构式桁架结构，标准节边长为l5m,高为2.4m主肢为Z

4、125X 10的角钢.端而对角线方向斜拉村为050X5结构用无缝钢管，在四个侧而.水平腹村:为/5034X6的角钢.斜腹杆为Z70X7的角钢。塔身结构型式简图和主耍尺寸如图2所示。图2Z125X1OA=24373 cm2Ix=361.67cm4rx=3.85cm1=573.89cm41x0=4.85011WXO=64.93 cmRyo248cmW-30.62 cm3Zo-3.45cm3.2水平腹杆Z50X6A=5.688cm2Ix= 13.05cm4rx= 1.52cm3.3斜腹杆Z70X7A-9.424cm2Ix-43.09cm4rx-2.14cm3塔身结构和单肢的几何特性3.1主肢Wx=3

5、9.97cm31=149.46 cm4Wx=3.68cm3Wx-8.59cm3Z125X1O：4 = 4x24.373 = 97.492 cm2:4x(361.67 + 24.373x 71.552 )= 500547.47 cm4巴=叭=2x 500547.47/150 = 6673.97 cm3= G =J500547.47/97.492 = 71.65 cmX人0 =人0=2x(573.89 +149.46)+ 2 x 24.373 x 101.2，3.4整体截面特性（图3）= 500675.93 cm4Wg = iv o =2x5006/.93/(150x72)= 4720.42 cm

6、3 八 o = rv0 = j500675.93?97.492 = 71.66 cm4计算截面的选择(如图1)4.1截面AA：缆风绳固定点所在标准节的中段横截面。x4.2截iftl B-B：底架斜撑与塔身连接处横截浙5设定计算工况5.1 T作状态额定幅度处最人额定起币:凤 风由平衡臂吹向起豆臂（如图4）R=12.35mQ-3000kg5.2匸作状态,最人幅度处额定起重乾 风垂直F臂架吹（如图5）R3 8mQ-830kg5.3 IKT.作状态，风由平衡臂吹向起重臂（如图6）风I令（以上丁况均为起豆臂与塔身成45°角） 6确定计算外载6.1由自重与起升载;荷产生的不平衡力矩、轴向力;6.

7、2风载荷：6.3回转运动时水平力：6.4小车行走（变幅运动）时水平力。7确定施工方案.按施工步骤逐一验算7.1计算公式根据GB/T13752-92塔式起晅机设计规范中5.6.2.1条的规定，塔身稳定性验算公式有:%Ar(PWAr(PWC°xM 6 + C hxM Hx<00 (31)(32)(33)其屮式屮：（P屮=1：横向我荷弯矩系数6沪受弯结构件侧向屈曲稳定系数（Pw =lo 所以只需验算公式（31）、（33）即可。又由塔身结构和截而内力计算情况：F Ex=FEy=NE=tt2EATWx=wy=w； 侧向端部矩M°y=0;由建筑机械91.7P13,得Cox-1,

8、所以公式（31可简化为:N 10.9心Mox + Hx + M Hyw)'具中：工作状态<r=180MPa：非工作状态a =208Mpa7.2步骤-：塔机独立高度31.777m （13节），顶升Z前先在顶升套架卜方标准节水平腹杆处 设貫第1道缆风绳，局度为24.366m （10节），此时无须验算。7.3步骤二：顶升5节标准节，至高度43.777m （18节），如图7所示，此时须对截面AA, 截面BE进行验算。73.1对截而AA的验算根据计算，塔身内力组合情况（表1）表1%（KN nV%（KN nyN（KN）（KN nvQQ）网1况1281.79128741+10.1973.651

9、23288760.6311517tO5350206I况227085326177.716B6252090176361*82280.17313（BH）207I况3439.17309.6M199.S87225487.3.1.1塔身结构務体稳定性验算以公式（31j和（33）进行验算。计算长度L0=2X （43777-25566） =36422mm 长细比2 = 50.83査 GB/T13752-92 附录 A 中表 A1,得 0=0.885； NE = 7.82 xlO6a. 工况16 =116.82MPa vcr=180MPa （满足）：= 26.99MPa < a=lSQMPa （满足）b.

10、 工况26 = 120.8MP。<a= ISO MPa （满足）；a2 = 24.23MPa <a= ISOM Pa （满足）c. 工况36 = 5167MPa <（j= 20SMPa （满足）；a: = 23.2MPa < a= 208MPa （满足） （塔身结构整体稳定性满足要求）7.3.1.2单肢稳定性及强度验算a. 主肢：Z125X10L0-1165min2v0 = 46.98= 0.900主肢内力般人值发生在工况2： N严上+ 竺 =266.96KN4 y2a主肢强度 <t= 109.53MPg vb=180MPo （满足）主肢稳定性 b = 121.7

11、MPd vb = 180MPa （满足）b. 水¥腹杆：Z50X6 Lo=1500inm 2 = 9&680=0.613水平腹杆内力最大值发生在丁况2： N、=红 + 虹 = 55.25KN2 2a水平腹杆强度b = 97.13MPa <<r=l80MPa （满足）水半腹杆稳定性b = 158.5MP。v"=180MPg （满足）c. 斜腹杆：Z70X7 厶° = J1165, +1500 = 1899.27” A = 88.75 （p= 0.678 斜腹杆内力N、=69.96KN斜腹杆强度b = 74.24MPa v同=180MPa （满足）

12、斜腹杆稳定性b = 109.5MPd<b=180M必（满足）M or + M 妝 + M 血 _ P j L u b由 rPx L = MOxMHxMHy（单肢稳定性及强度满足需求）7.3.2对截面B-B的验算未设缆风绳时，塔身内力组合悄况（表2）表2NU (KNenV(JCNmu)NW(KNnyN(KN)<KNem)Qo网Qo (KN)1况1281.79300Q2165481462®2260631151X)53502061况2270.85700239745&tS2280.17313034十2.07I况3-1391771970123622

13、22548设置缆风绳后塔身受力悄况如图1,此时公式（31）'演变为:N 11A 1 N 一 Q.9N卜：所以 <a（31）"公式（31）"中N为自币:及起升我荷产牛的轴斥力、缆风绳抵抗弯矩所产牛的拉力的眶肖分 力与缆风绳自車的垂貢分力之和。7.3.2.1缆风绳规格的选择和自咆的计算经对表2分析，T况2时缆风绳拉力授人：P = 47.4KN根据GB/T13 752-92中6A.2.2条选择缆风绳：取安全系数K” =4,则所选缆风绳破断拉 力：F, 0 > 47.4 x 103 x 4 = 189600所以，选用6X （19） -15.0-2000的钢丝绳。

14、缆风绳自重标准值T = “务式中：风绳的根数，” =4;811q缆风绳的单位自帀:，当d=1315mm时，q = 8N/加；/缆风细的长度，1= 24'66 =34.46111； cos45°u缆风绳自朿产生的挠度，p = = 0.115 m。300所以，第1道缆风绳的自恥7=41.3KN : Tlv = 29.2 KN73.2.2塔身结构幣件稳定性验算以公式（31）"和（33）进行验算。计算长度Lo = 2 x（43777 - 3966）= 79622nun 长细比 A = lll<2=150 （满足）0 = 0.529a. 工况 1： N = 328.42

15、 KN6 = 33.7 MPa< a= 180MPa （满足）；a2 = 63.68MPa< a = 180MPa （满足）b. 工况 2： N = 30&07KN6 =31.6 MPa< <r = 180MPa （满足）；a2 = 59.7 MPa V cr = 180 MPa （满足）c. 工况 3： N = 293.92KN巧=30.15 MPa< b= 208MPa （满足）：a2 = 56.99 MPa< er =208MPa （满足）（塔身结构整体稳定性满足要求）7.3.23单肢稳定性及强度验算a. 设置缆风绳后，截而B-B处的主肢内力为

16、：N严丛+P、+亠44经分析，丁况1时主肢内力最人：N】=104.605kn此值明显小J' 73.1.2中N1的计算值，所以主肢稳定性及强度满足要求。b. 经对表2分析，水平腹杆和斜腹杆的内力与表1相同，故也满足耍求。（单肢稳定性及强度满足需求）7.3.3通过上述验算，步骤二可以实施。7.4步骤三:在顶升套架下方标准节水平腹杆处设置第2道缆风绳,高度为36.366m （15节）,然后顶升5节标准节，至高度55.777m （23节），如图8所示。7.4.1因步截面AA验算时计算外载已取最大值,此时受力情况与步骤:相同，故在此无需验算。7.4.2因2道缆风绳使塔身处J：超静定状态，故塔 身

17、结构整体稳定性无缶验算，只碍验算截向B-B 处的单肢稳定性及强度。74 3截而B-B处单肢稳定性及强度验算缆风绳均未设时，塔身内力组合情况（表3）表3NU% m)也(KN in)N网Q。(KN)QoI况12&4.79396015280741057?28940560©11517-05350206IZW2270.859.078519£31+1057t265535®.61-t«2280.1313.0H)207F；兄3-139.179474625640522548在此以最不利的情况进行验算：假设塔身弯矩只作用J：第2道缆风绳。7.4.3.1缆风绳规格的选

18、择和自重的计算经对表3分析，工况2时塔少弯矩最大，缆风纯拉力最人：P = 35.4KN,小于7.3.2.1中计算值故第2道缆风绳仍选用6X （19） -15.0-2000的钢丝绳。长度 /= 36366 =51.43m 挠度 t; = = 0.17mcos 45°300第2道缆风绳的门重：= 62.236 KN T2V = 44 KN743.2单肢稳定性及强度验菽'a. 主肢单肢内力为：N严匕+P、JL经分析，工况1时主肢内力最人：N=115.65KN此值明显小J-73.1.2 «|« M的计算值，所以主肢稳定性及强度满足耍求。b. 经分析，水平腹杆和斜腹

19、杆的内力与前述验算时相同，故也满足需求。（单肢稳定性及强度满足要求）7.4.4通过上述验算，步骤三可以实施。7.5步骤四：在顶升套架卜方标准节水平腹杆处设置第3道缆风绳，高度为48.366m （20节） 然后顶升4节标准节,至最终高度65.377m （27节），如图9所示。图9由前述验算可知，此时缆风绳以上塔身的整体 和单肢稳定性及强度均满足耍求；缆风绳以卜塔身 处J：超静定状态，无需验算；而截面B-B处的单肢 稳定性及强度，可在第4道缆风绳设豐后进行验算。7.6步骤五：顶升完毕后，在顶升套架卜方 标准节水平腹杆处设置第4道缆风绳（如 图9中虚线所示），高度为57.966m （24节）。 7.

20、6.1戯而B-B处单肢稳定性及强度验算缆风绳均未设时，塔身内力组合情况（表4）表4% tfCN nyN网Nt (JCN iiyQo(KN)Q>TO128179462502B252912288305.5536063115FHO5350206I辺270.8510524604582*12311281.68363.612280.17313.(BO207ra3-139.17110620927255322548以最不利的情况进行验算：假设塔身弯矩只作用第4道缆风绳。7.6.1.1缆风绳规格的选择和自重的计算经对表4分析，工况3时塔少弯矩最人，缆风纯拉力最人：P = 25.3KN ,小于7.3.2.1中计算值故第4道与第3道缆风绳仍选用6X （19） -15.0-2000的钢丝绳。a. 第3道缆风绳的口重计算长度 I = 4"" = 68.4 m挠度 v = = 0.228 mcos45°3007； = 82.08 KN Av =5&04KNb. 第4道缆风绳的自贡计算长度=刃966 = & 1 98 m 挠度 u =丄=0.273 mcos45&#