塔式起重机塔身的合理设计

1、 科技论坛塔式起重机塔身的合理设计吕呈斌摘要：针对塔式起重机塔身的合理设计进行了阐述。关键词：塔式起重机；塔身；设计1黎新龙1滕彬2（1、沈阳易鼎科技有限公司，辽宁沈阳1100002、沈阳三一重型装备有限公司，辽宁沈阳110000）塔身作为塔式起重机的最重要组成部分可以说是塔式起重机金属结构里面的重中之重, 它设计的合理性直接影响着整个塔机的品质。所以本文通过对K50/50塔机的塔身设计计算为例, 着重介绍一下塔身的合理设计理念, 此塔机属于内顶升, 所以其塔身的设计还应包括内塔节的设计。1塔身主弦杆的校核1.1技术参数1.1.1工况(一般情况下校核主弦杆的工况, 供参考如图1a. 吊臂位于塔

2、身横截面的对角线上(即与轨道夹角成 。b. 吊车位于行走和回转的启、制动状态。c. 风向平行于吊臂的纵向中心线, 并由配重方向吹d. 最大起重量为20000kg 及其所在的向吊臂方向。工作幅度为22.4m 。e. 材料为Q345钢即16M n 。图1臂架位置和风向1.1.2各部分的自重包括下回转支座及其以上自重(不包括吊重 G D =950000N, 下回转支座及其以上弯矩(不包括风载和惯性产生的弯矩 M D =950000Nm, 内塔节的自重G N =114800N, 标准节自重G B =70000N, 顶升机构自重G S =52530N, 整个吊臂自重G B J =196000N和整个平衡

3、臂的自重(其中包括配重 G P =430000N。1.1.3运动系数包括小车加速度a x =0.5ms-2, 回转转数n=0.6r(min -1, 回转加速度a h =0.01和大车行走加速度a d =0.07ms-2。1.1.4风载的计算以内塔节所受的风载为例, 简单介绍塔机设计的风载荷计算公式。计算可得主弦杆的迎风面积A 1, 斜腹杆迎风面积A 2, 水平腹杆迎风面积A 3, 然后计算出内塔节的前片迎风面积A 前(内塔节前片所有杆的迎风面积的总和 , 则根据塔式起重机的设计规范可知内塔节的总的迎风面积为A 总=A前+A 后(其中为挡风折减系数, 可从塔式起重机的设计规范中查得 。最后, 内

4、塔节的风载为:F w =Cw ×P w ×A 总(1 其中,Cw 风载系数(可查得P w 当时的风压采用公式(1 即可计算内塔节的风载F w =2740N, 标准节所受的风载F w b =2740N, 配重的风载F w p =1542N, 塔顶撑杆的风载F w c =866N, 司机室的风载F w s =960N和吊重的风载F w z =6000N。1.1.5行走惯性力的计算回转支座及其以上部分(包括吊重 的行走惯性力(2其中,G 回转支座及其以上部分的重力行走惯性力计算的载荷系数采用公式(1 即可计算回转支座及其以上部分(包括吊重 的行走惯性力H D =8200N, 内塔

5、节惯性力H N =820N, 标准节惯性力H B =500N。1.1.6整个塔身受的轴向力N Z =GD +GN +n×G B +GS +Q(3 =950000+114800+12*70000+52530+200000=2157000N其中,n 标准节的个数1.1.7对塔身根部的弯矩计算(根据前边的列表或图M 总=MD +M惯力+M风力+M高心力(4 其中,M 惯力内塔节、标准节和顶升部分的惯性力矩的和(679200Nm M 风力各个部分风载对塔身根部的力矩和(2255000Nm M 高心力各个部分离心力对塔身根部的力矩和(116800Nm 则=3280000+679200×

6、;cos(45° +2255000+116800=6132067Nm1.2对标准节主弦杆的校核1.2.1单根主弦杆受力(5其中,n 为标准节的主弦杆的个数L 为标准节截面的对角线的长度1.2.2主弦杆的稳定系数的计算=0.9671.2.3主弦杆的应力并进行校核(6=165.7MPa<, 满足条件OK 。1.3对内塔节主弦杆的校核同标准节主弦杆的校核, 其中的M 总=3403000Nm为对内塔节根部的弯矩, 且L=3m为内塔节截面的对角线的长度。1.4对标准节之间的连接接头的强度的校核由前面可知, 本件所受的最大应力P=Nm ax =2345000N, 再求出最小断面面积A=91

7、cm2, 便可知本件的最大应力=157.7MPa,并进行校核。1.5对标准节之间连接销轴的强度的校核1.5.1进行受力分析, 求出销轴的最大剪力(7=1172500N1.5.2计算受力面积A=28.2cm21.5.3计算许用剪应力(8=387.7MPa1.5.4计算本件的剪应力(9=208.7M Pa<, 满足条件OK 。2塔身腹杆的校核2.1技术参数2.1.1工况(一般情况下校核腹的工况, 供参考如图2a. 吊臂位于塔身横截面的对角线上(即与轨道夹角成45o 。b. 吊车位于回转的启、制动状态。c. 风向与回转方向一致。d. 最大起重量为200000N 及其所在的工作幅度为22.4m

8、。2.1.2各部风载的计算采用公式(1 即可计算每节吊臂的风载F w b =3212N, 吊重风载F w z =6000N, 配重块的风载F w g =2062N, 平衡臂风载F w p =34500N和起升机构风载F w q =850N。图2臂架位置和风向2.1.3行走惯性力的计算配重块的行走惯性力H pz(10其中，R z 力的力臂采用公式(9 即可计算配重块的行走惯性力H pz =6270N, 起升机构的行走惯性力H q =200N, 平横臂的行走惯性力H p =1940N, 每节吊臂的行走惯性力H n =171.5N,383N ,628.5N ,688.5N ,906N ,922.8N

9、 , 1009.6N ,196N 。短拉杆行走惯性力H dl =96N, 长拉杆行走惯性力H cl =920N, 变幅机构行走惯性力H bj =98N, 吊重的行走惯性力H dz =4.8N。2.1.4风载的扭矩计算M F =507330Nm2.1.5行走惯性力的扭矩计算M g =186320Nm2.1.6整机扭矩计算M 总=MF +Mg =693650Nm2.1.7求内塔节腹杆受力大小应用库德里亚切夫计算法, 根据内塔节平面的结构尺寸关系, 即可求出内塔节的水平腹杆以及T 为整机扭矩M 总在平面上转化的斜腹杆的受力。力, 其中L 为内塔节截面的宽度:(112.2对内塔节主弦杆的校核2.2.1

10、内塔节腹杆截面的几何特性即求出腹杆的稳定系数=0.931。2.2.2校核内塔节腹杆=126.8MPa, 满足条件OK 。2.3标准节腹杆的校核(同内塔节腹杆校核相同=72.8MPa, 满足条件OK 。3在非工作状态下对塔身主弦杆的校核3.1工况(一般情况下校核非工作状态塔身主弦杆的工况, 供参考3.1.1吊臂位于塔身横截面的对角线上(即与（下转264页）轨道夹角成45o 。市政与路桥浅析公路旧桥加固与管理的方法戴寒梅（广东省茂名市公路建设有限公司，广东茂名525000）摘要：针对公路旧桥加固与管理的方法进行了阐述。关键词：公路旧桥；加固；管理前言使用年限长的特公路旧桥具有荷载等级低、点。从技术

11、资料分析, 大多数桥梁是三不知:a.不知基底地质;b. 不知基础深度;c. 不知隐蔽部分的尺寸。从桥梁技术状况分析, 由于河床屡遭洪水冲刷, 河床底部加深, 桥梁墩台基础外露、冲空, 产生不均匀沉降, 导致桥台、拱圈产生附加应力而出现开裂, 有的甚至出现开合现象; 有的桥梁由于桥台较高, 受行车及台后土压力的作用, 桥台出现开裂、凸肚等病害; 桥面混凝土铺装层由于使用时间长加之重剥落等病害。按桥梁技术状况来车作用, 导致开裂、评定大多属三类桥梁. 随着国民经济的发展和重点工程的建设, 目前公路桥梁所承受的负荷有3个特点:a.交通量不断增大;b. 重型车辆增加及超载现象严重;c. 超限运输的出现

12、和增加。按现在桥梁和运输状况, 桥梁的承载能力和通过的车辆荷载是公路与运输的矛盾之一。旧桥加固, 提高旧桥的承载能力, 确保交通运输的安全是目前和今后面临的任务。本文按桥梁的组成部分介绍桥梁的加固方法。1塞缝灌浆塞缝灌浆是把按一定比例配制的水泥(砂 浆、环氧树脂(砂 浆, 通过喷浆机按一定压力灌入结构物缝隙内, 起到填塞裂缝、避免钢筋锈蚀并提高结构整体强度的作用。裂缝在桥梁病害中较为普遍, 产生裂缝的原因很多, 也很复杂。结构物一旦出现裂缝, 其受力截面发生应力重分布, 也就意味着受力有效截面变小, 结构应力增大, 承载能力降低。塞缝灌浆是用胶结材料把结构的裂缝填满, 使力的作传递尽可能恢复到

13、原状态。塞缝灌浆一般用用、下部结构裂缝, 灌浆分为水泥浆、水于处理桥梁上、泥砂浆、环氧树脂浆、环氧树脂、砂浆等, 具体采用哪一种, 应视实际情况而定。通常水泥(砂 浆用于石砌墩、台和拱圈裂缝, 由裂缝的大小来决定灌浆中效果好。环氧树是否掺砂, 采用水泥(砂 浆造价低、脂浆一般用于钢筋混凝土结构物, 因为钢筋混凝土构件产生的裂缝较小, 易灌满, 粘结性好; 环氧树脂砂浆多用于桥面裂缝。塞缝灌浆的通常做法是:先用1:1水泥砂浆勾缝, 勾缝时须预留直径约6-8mm 的灌浆孔, 孔距视裂缝宽度而定, 缝宽处孔距为0.6-1.0m , 缝小处孔距为0.4-0.6m 。待勾缝砂浆达到一定强度后即可灌浆。钢

14、筋混凝土梁的裂缝较小, 用环氧树脂勾缝, 凡大于0.2mm 的裂缝都要留孔灌浆, 孔距一般为0.25-0.30m , 灌浆方法与灌水泥浆大致相同。在公路旧桥加固中, 塞缝灌浆是综合处治的方法之一, 用得比较普遍, 通过试载及使用观察, 效果较好。2上部结构改建在调查研究旧桥的基础上, 经过技术、经济比较, 采用充分利用原桥进行拼宽, 利用桥台将拱式结构改为板式结构的加固方法, 使其满足超限运输要求。2.1拼宽原桥对验算不能满足超限运输要求的旧桥, 经技术经济比较后, 按实际通过的超限运输荷载设计拼宽桥梁, 以确保超限运输安全。2.2利用原桥台改拱式结构为板式结构对于小跨径石拱桥, 由于拱圈厚度

15、不能满足超限运输要求或因地基较差发生不均匀沉降, 致使拱圈开裂, 降低承载能力, 可采用此办法。3旧桥下部结构加固桥台特别是高度较大的桥台, 受行车荷载和凸肚, 翼墙外土压力作用, 常见病害有桥台开裂、开裂、错位等。对于跨径较小, 水流不大的石拱崩、桥, 我们采用在桥跨内加钢筋混凝土框架进行加固。4旧桥基础加固桥梁基础特别是天然地基上的浅基础, 由于埋置深度较浅, 易受河水冲刷而淘空。受河水改道冲刷桥梁引道, 导致桥台基础冲空, 引道被毁。桥梁地基局部软弱, 致使桥台发生不均匀沉降, 引起桥台开裂等。针对以上病害, 我们采取对河床用浆砌片石进行铺砌, 上游河床设置丁坝, 打木桩扩大桥台基础等方

16、法进行加固。防治桥台基础冲刷对于跨径较小的桥梁, 由于河水改道, 洪水直接冲刷桥台基础, 导致基础冲空甚至掉脚, 可采取在桥跨范围内满铺15号片石混凝土的方法进行加固, 铺砌厚度为30cm , 铺砌两端设置截水墙, 截水墙的深度为1m , 宽度为0.6m 。采用该法共加固桥涵8座。对于桥梁上游河床变迁、水流改道, 洪水直接冲刷桥台基础和桥台引道, 导致桥台基础冲引道被毁的桥梁, 采取在桥梁上游适当位置设空、置丁坝等调治构造物, 将河水导入主河道。5桥面铺装层的加固桥面铺装层开裂或剥离等病害, 对于钢筋混凝土梁板桥容易使钢筋锈蚀, 减弱桥梁的横向整体性; 对于石拱桥, 由于桥面雨水下渗, 加大了

17、拱上填料的含水量, 使拱圈出现渗水现象等; 同时由于桥面铺装层的破损, 引起桥面平整度差, 车辆通行时, 使桥梁产生震动, 对桥梁产生不利影响, 同时又加重了桥面铺装层的病害。根据桥梁的具体情况, 采用不同的加固方法, 对于使用年限长、破损严重的修复的加固方案。而对于病害较轻, 使用采用拆除、年限短, 且混凝土强度仍符合设计要求的则先处治病害, 在不降低设计荷载标准的前提下可采用加铺沥青碎石层的方案。6公路旧桥的管理加强公路旧桥的管理, 并进行维修和加固, 使其处于正常的工作状态, 充分发挥旧桥的作用, 是公路管理部门的一项主要任务。对于旧桥的超限运输管理工作具有工期短、要求高、工程量较小、前

18、期工作量大等特点, 公路超限运输一般是为国家或省的重点建设工程服务, 我们的经验是:a.对于经常过大件的路段, 桥梁进行重点检查和管理, 收集原始档案材料, 掌握其动态;b. 在施工中注意抓重制约工程;c. 重视加固工程中原始资料的收集和点、整理工作, 为今后的加固工程积累经验;d. 充分调动权、利的关系。笔基层单位的积极性, 正确处理责、者认为公路旧桥的维修加固同样属于桥梁工程, 不能重建轻养, 旧桥的加固比新建还难, 因为旧桥的维修加固, 没有现成的规范, 更没有可供使用的标准图, 桥梁的病害又错综复杂, 病害原因难以确定, 因此, 应充分重视公路旧桥的管理工作, 加大资金投入, 使其保持良好的工作状态, 确保公路运输的安全。目前制约旧桥加固工作的主要因素是资金问题, 在养路资金紧缺的情况下, 投入到旧桥加固上的资金更加有限, 为此建议采用以下办法逐步解决:a.公路局应加大对大中型桥梁加固资金的投入, 并将属于危桥的小桥纳入这个范围, 集中资金重点解决危桥的加固;b. 对于桥梁的小修保养, 应纳入公路小修保养议标中, 特别是实行养路工程费制后, 可将各段管养的桥梁编入小修保养工程量清单内, 对站(所 不能承担的项目可安排段工程队施工, 总段加强检查和考核。（上接66页）3.1.2风向平行于吊臂的纵向中心线, 并由配重方向吹向吊臂方向。3.1.3