龙门吊设计计算

1、陕西安康公路发展项目安康至陕川界陕西安康公路发展项目安康至陕川界（毛坝）高速公路（毛坝）高速公路AME15 合同段合同段100T100T 龙门吊设计计算书龙门吊设计计算书中交第二公路工程局有限公司中交第二公路工程局有限公司二零零九年十二月二零零九年十二月1安毛高速安毛高速 AME15 合同段合同段100T100T 龙门吊设计计算书龙门吊设计计算书（共一册）（共一册）设 计 编 号：设计计算：项目负责：审核负责：局总工程师：设计单位：中交第二公路工程局有限公司技 术 中 心交图日期：2安毛高速 15 标100T 龙门吊设计计算说明书（共一册）中交第二公路工程局有限公司二九年十二月目目 录录1 设

2、计依据.12 龙门吊总体构造.13 基本设计参数.14 龙门吊设计计算.24.1 荷载组合.24.2 吊具计算.24.2.1 钢丝绳验算.34.2.2 横吊梁计算.34.3 平车设计.54.4 轨道梁.64.5 轨道枕梁.64.6 龙门桁架计算.74.7 龙门桁架柱脚阴头垫座复核计算.114.8 龙门桁架柱脚阴头垫座下箱梁弯曲应力复核计算.124.9 龙门桁架柱脚阴头垫座下箱梁抗剪复核计算.144.10 龙门桁架立柱柱脚连接座焊缝复核计算.155 龙门吊稳定性验算.165.1 龙门桁架稳定性验算.165.2 龙门桁架支腿斜撑稳定性验算.161安毛安毛 1515 标标 100T100T 龙门吊设

3、计计算说明书龙门吊设计计算说明书1 1 设计依据设计依据（1） 钢结构设计手册 ；（2） 钢结构设计规范（GB 50017-2003） ；（3） 公路桥涵钢结构及木结构设计规范( JTJ02586 )；（4） 简明施工计算手册（第三版） ；（6） 地基与基础（第三版） ；（6） 基础工程（第三版） ；（7） 建筑结构设计荷载规范 2006 年版 （GB50009-2001） 。2 2 龙门吊总体构造龙门吊总体构造龙门吊桁架采用采用标准贝雷架组拼，桁架高 11.43m，跨径 20.45m，采用单层12 排贝雷组拼，贝雷片之间采用 4501180mm 标准花架和自制花架连接，贝雷龙门吊总体构造见下

4、图 2.1。 图图 2.12.1 100t100t 贝雷龙门吊总体构造图贝雷龙门吊总体构造图3 3 基本设计参基本设计参数数（1）龙门吊桁架系统均采用贝雷架和贝雷连接花架搭设。贝雷架材料为 16Mn钢，其它材料采用 Q235B 钢。具体性能参数如下：根据我国行业标准，贝雷桁片材料均为 Q345 钢，按钢结构设计手册，临时结构2材料容许应力可提高 30，贝雷桁片材料容许应力2101.3273MPa，容许剪应力1201.3156MPa，桁架销子材料为 30CrMnTi，双剪状态下容许剪力550kN，弦杆螺栓容许剪力 150kN，单个贝雷桁片设计参数见表 3.1 所示： 表表 3.13.1 单个贝雷

5、桁片设计参数单个贝雷桁片设计参数桁片各项目外形尺寸(CM)弦杆截面积 A(CM2)弦杆截面模量 WX(CM3)弦杆纵向容许受压荷载(KN)桁片截面模量 W0(CM3)桁片允许弯矩(KNM)设计性能参数30015025.4879.46633570975对于 Q235 材料，85MPa，140MPa，临时结构容许应力可提高30。 ，材料容许应力1401.3182MPa，容许剪应力851.3110MPa。（2）安毛 15 标箱梁重 160t，龙门吊额定吊装为 100t。设计计算采用计算机电算和手算相结合的方式，电算程序采用 midas 专业结构设计软件。（3）设计荷载自重系数：1.05；动荷载系数：

6、；1.25超载系数：1.05；箱梁重量 160t，额定吊装按 100t 设计；滑车组及吊钩：按 1.5t 计；起吊平车+卷扬机（含钢丝绳）：8t；龙门吊桁架设计竖直荷载：；(100 1.05+1.5+8) 1.05 1.25=150.3t水平荷载取 0.1G（G 为吊重）：；0.1 150.315t龙门吊结构自重由计算程序计入。4 4 龙门吊设计计算龙门吊设计计算4.14.1 荷载组合荷载组合龙门桁吊设计荷载包括：恒载、钢筋笼起吊荷载和风荷载。龙门吊最大工作风速不超过 6 级，超过此风速时停止工作，因此龙门吊设计时荷载组合如下：组合 I：恒载极限风荷载；组合 II：恒载工作风荷载额定起吊荷载；

7、4.24.2 吊具计算吊具计算34.2.14.2.1 钢丝绳验算钢丝绳验算龙门吊起重设备采用卷扬机起吊，卷扬机最大输出张力 10t，卷扬机与 100t滑车组相连，滑车组绕 11 线，钢丝绳直径 36mm、最大破断拉力 72.5t，取安全系数5，则吊具理论吊装重量，满足要求。72.5t 11/5=159.5tt150. 34.2.24.2.2 横吊梁计算横吊梁计算横吊梁采用 2C25a 型钢，支点处设加劲板，跨度 2.1m。C25a 型钢截面参数：，；,234.91cmA 4x=3359.1 cmI3=268.7cmxwxi9.8cm4y175.9cmI ，。， 。3y=30.7cmwyi2.2

8、4cm0z2.07cmg274.1/mN2C25a 型钢截面参数：，22 34.9169.82cmA 总4x=2 3359.1 =6718.2cmI总3=2 268.7=537.4cmxw总；，,xxi9.8cmIA总24y2.02175.934.917.82.073514.2cm2I总， ，。3y3514.2=399.3cm1.0+7.8w总yyi7.1cmIA总（1）横吊梁的长细比核算，满足要求。 0 xxl21021.4i9.8总=150， 缀板间净距为 50cm，则。0yyl21029.6i7.1总 y505022.340i2.24YY 轴的核算长细比：， 2222hyy29.622.

9、337.1150总满足要求。（2）横吊梁的内力计算。g2g 1.22 1.2 274.1657.9N/m0.66N/mm总由横吊梁自重产生的跨中弯矩：。22x011g l0.66 2100363825mm88MN总侧向弯矩：。yx1MM36382.5mm10N4吊重对横吊梁的轴向压力 N：。1.5500 1.5432.9k60QNNtgtg（3）横吊梁的稳定性核算1）横吊梁的整体稳定性可按下式核算：tyymxxx1y1xxExNfNANMMWW（1-）式中：横吊梁在水平和垂直方向的截面地抗矩；1x1yWW、 在弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数；x 横吊梁截面积；A 弯矩作用平面内、外的等效

10、弯矩系数；mxty、欧拉临界力，；xEN2x2xEEAN钢材的弹性模量；E横吊梁于 X 方向的长细比。x因，查钢结构设计规范得，；x21.4x0.9686ty1.0mx1.0得，；223x22x206 10698230965551.2N21.4EEAN将上述数据代入公式得：4329001 3638251 36382.510392000.9686 698230700537400968630965551.2（1-），满足要求。51.20.70 1.253.1MPa182MPa2）计算单肢稳定性由于此横吊梁承受弯矩甚小，单肢肢长的长细比也很小，单肢稳定性验算可以从略。（4）横吊梁端部吊环强度核算 1

11、）上吊环强度核算5 根据钢结构设计手册，Q1000000N=500000N22，为吊环容许拉应力。 1.5N500000 1.5sinsin60=120.25a145aA260MPMP（60） 2）下环孔应力核算 承压应力：c500000 1.5125a215a60 100MPMP 剪应力：，均满足要求。500000 1.5104.1a125a2 60 60MPMP4.34.3 平车设计平车设计龙门吊起吊平车采用双轨道，起吊平车设 4 个轨道轮。（1）吊梁计算起吊平车吊梁采用 2HW588300 型钢,型钢中间加焊 20mm 厚钢板，支点处设加劲板，跨度 2.425m， HW588300 型钢

12、截面参数：，。3=4013.6cmxw4x=118000 cmI3x2154.5cmS b12mm跨中点竖直作用力为：；(100 1.05 1.5) 1.05 1.25139.81398FtkN计算吊梁所受弯矩值、剪力值：弯矩：；1398 2.425847.544PLMkN m剪力：。13986992QkN吊梁弯曲应力、剪切应力为：；63847.5 10105.61822 4013.6 10 xMMPaMPaw，满足要求。334699 102154.5 1053.2110118000 1012 2Q SMPaMPaI b（2）平车梁计算平车梁采用 2 根 HN600200 的型钢，吊梁作用在两

13、个轨道轮中间，跨径1.6m，将平车梁简化为简支梁，作用力。F=1503 2=751.5kNHN600200 型钢截面参数：，3=2610 2=5220cmxw4x=78200 2=156400 cmI6，。3x1508.9 2=3017.8cmS b22mm计算平车梁所受弯矩值、剪力值：弯矩：；M=751.5 1.6/4=300.6KN m剪力：。V=751.5 2=375.8kN平车梁弯曲应力、剪切应力为：；63300.6 1057.61825220 10 xMMPaMPaw，满足要求。334375.8 103017.8 1033110156400 1022Q SMPaMPaI b4.44.

14、4 轨道梁轨道梁轨道选用 P50 钢轨，基础轨道通过压板和预埋螺栓与地面固定。行走平车轨道通过压板与轨道梁焊接固定，轨道梁选用 2 工 25a 型钢，型钢中间加通长 10mm 钢板，轨道枕梁采用工 25a 型钢，间距 75cm。轨道梁 2 工 25a 截面参数：，3=803.2cmxw4x=10040cmI3x464.8cmS 。b16mm平车梁 4 个轨道轮，则单个轮压的作用力为。将轨道梁简化F=1503 4=375.8kN成简支梁，跨径为 0.75m。计算轨道梁所受弯矩值、剪力值：弯矩：；M=375.8 0.75 /4=70.5kN m剪力：。V=375.8/2=187.9kN轨道梁弯曲应

15、力、剪切应力为：；6370.5 1087.8182803.2 10 xMMPaMPaw，满足要求。334187.9 10464.8 1054.411010040 1016Q SMPaMPaI b4.54.5 轨道枕梁轨道枕梁轨道枕梁采用工 25a 型钢，间距 75cm，平车轨道梁压在分配梁顶部时，分配梁受力最大，压力为 187.8kN，分配梁以 6 排贝雷做支承，以受剪为主，故仅计算分7配梁剪力。工 25a 型钢截面参数：，。4x=5020cmI3x232.4cmS b8mm，满足要求。334187.8 10232.4 10108.71105020 108Q SMPaMPaI b4.64.6

16、龙门桁架龙门桁架计算计算（1）计算工况工况一：起吊平车在跨中吊重。工况二：起吊平车在左侧吊重。工况二：起吊平车在右侧吊重。（2）计算模型龙门吊支柱和横梁均采用贝雷桁架，立柱、横梁采用采用单层 12 排贝雷组成，每侧 6 排，采用 midas 建立模型，如图 4.1。图图 4.14.1 龙门吊计算模型龙门吊计算模型贝雷桁架受力不平衡系数取 1.1；桁架自重系数取 1.21.05；车轮压力为 1503/41.1=413.4kN ；1）工况一荷载作用下龙门桁架模型加载图、应力图及变形图，如图4.2、4.3、4.4：8图图 4.24.2 工况一计算模型工况一计算模型图图 4.34.3 工况一结构应力图

17、（工况一结构应力图（max=178.2Mpamax=178.2Mpa）图图 4.44.4 工况一结构变形图（工况一结构变形图（fmax=46.7mmfmax=46.7mm）2）工况二荷载作用下龙门桁架模型加载图、应力图及变形图，如图4.5、4.6、4.7：9图图 4.54.5 工况二计算模型工况二计算模型图图 4.64.6 工况二结构应力图（工况二结构应力图（max=145.4Mpamax=145.4Mpa）图图 4.74.7 工况二结构变形图（工况二结构变形图（f=44.0mmf=44.0mm）3）工况三荷载作用下龙门桁架模型加载图、应力图及变形图，如图4.8、4.9、4.10：10图图 4

18、.84.8 工况三计算模型工况三计算模型图图 4.94.9 工况三结构应力图（工况三结构应力图（max=143.3Mpamax=143.3Mpa）图图 4.104.10 工况三结构变形图（工况三结构变形图（f=45.0mmf=45.0mm）（3）计算结果将以上结果汇总，见表 4.1 所示：11表表 4.14.1 计算结果汇总表计算结果汇总表计算工况结构最大组合应力（MPa）结构容许应力（MPa）结构最大变形（mm）结构容许最大变形(mm)工况一178.221046.751工况二145.421044.051工况三143.321045.051门吊桁架最大容许挠度为 1/400，龙门吊的跨径为 20

19、.45m，容许最大变形为20450/400=51mm。最大挠度为 46.7mm51mm，桁架挠度满足要求。龙门吊桁架最大应力 =170.0Mpa=273Mpa，龙门吊桁架应力强度满足要求。4.74.7 龙门桁架柱脚阴头垫座复核计算龙门桁架柱脚阴头垫座复核计算龙门桁架柱脚阴头垫座采用 2 工 45a 型钢。由龙门桁架计算模型可得在不同工况下各个柱脚的支反力，即作用与垫座的荷载。支反力计算值如图4.11、4.12、4.13 所示。图图 4.114.11 龙门桁架支反力计算（工况一）龙门桁架支反力计算（工况一）图图 4.124.12 龙门桁架支反力计算（工况二）龙门桁架支反力计算（工况二）12图图

20、4.134.13 龙门桁架支反力计算（工况三）龙门桁架支反力计算（工况三）根据计算结构选用最不利荷载计算阴头支座，即作用在阴头支座上的荷载。2 工 45a 型钢支撑于工 25a 分配梁上，采用 midas 程序按照连续梁计F=217.8kN算垫座应力。Midas 模型、结果如图 4.14、4.15 所示。图图 4.144.14 龙门桁架阴头垫座计算模型龙门桁架阴头垫座计算模型图图 4.154.15 龙门桁架阴头垫座应力计算结果（龙门桁架阴头垫座应力计算结果（max=15.1Mpamax=15.1Mpa）龙门吊桁架垫座最大应力 =15.1Mpa=182Mpa，满足要求。4.84.8 龙门桁架柱脚

21、阴头垫座下箱梁弯曲应力复核计算龙门桁架柱脚阴头垫座下箱梁弯曲应力复核计算阴头垫座约束反力即为分配梁所收荷载，分配梁与箱梁整体建模计算。荷载取上小节计算得到的支反力计算值，如图 4.16。13图图 4.164.16 龙门桁架阴头垫座反力计算结果（龙门桁架阴头垫座反力计算结果（fmax=759.1KNfmax=759.1KN）建立模型如图 4.17 所示。图图 4.174.17 龙门桁架下分配梁及箱梁计算模型龙门桁架下分配梁及箱梁计算模型计算结果图 4.18 所示。图图 4.184.18 龙门桁架下箱梁应力计算结果龙门桁架下箱梁应力计算结果由计算结果知，龙门吊桁架下 40m 箱梁最大应力 =28.

22、1Mpa，满足要求。144.94.9 龙门桁架柱脚阴头垫座下箱梁抗剪复核计算龙门桁架柱脚阴头垫座下箱梁抗剪复核计算根据公路桥规规定，对设置箍筋和弯起预应力钢筋的箱梁斜截面抗剪承载力计算需考虑两部分内容，即斜截面内混凝土和箍筋共同的抗剪承载力、与斜截面橡胶的预应力弯起钢筋抗剪承载能力。（1）斜截面内混凝土和箍筋共同的抗剪承载力公路桥规采用的斜截面内混凝土和箍筋共同的抗剪承载力的计算公式为：31230,0.45 10(20.6 )cscu ksvsvVbhpff 式中：异号弯矩影响系数，计算简支梁和连续梁边近支点梁段的抗剪承载力时，1；11.0预应力提高系数，对预应力混凝土受弯构件，；221.25

23、受压翼缘的影响系数，对具有受压翼缘的截面，；331.1截面宽度，T 形截面梁取肋板宽，箱形截面可近似为两个 T 形截面，b；36bmm斜截面受压端正截面上的有效高度，自纵向受拉钢筋合力点到受压边缘0h的距离，由图纸；01470mmh 斜截面内纵向受拉钢筋的计算配筋率，；其中，p100pppb0A +Abh为斜截面内纵向钢筋总截面面积，边梁支点截面箍筋为 HRB400 钢筋，直径pA16mm，共 9 根，总面积为 1810mm2；为斜截面内在同一弯起平面的预应力弯起钢pbA筋的截面面积，根据图纸，边梁支点截面通过预应力钢筋为 8 根，2N1、2N2、2N3、2N4，计算得截面面积为 2780 m

24、m2。则，；ppb0A +A2780 18100.0087bh360 1470100 0.00870.87p 混凝土立方体抗压强度标准值，C50 混凝土；,cu kf,50MPacu kf15箍筋配筋率，其中，为斜截面内配置在沿梁长度方向一svsvvAbSsvsvA个箍筋间距范围内的箍筋各肢总截面积；边梁支点截面箍筋为 HRB400 钢筋，直径12mm，共 4 肢，总面积为 452mm2；为沿梁长方向箍筋的间距，边梁箍筋间距为vS100mm；计算得；4520.0126100 360sv箍筋抗拉强度设计值，；svf330MPasvf 将数据代入公式可得，。2820.6csVkN（2）斜截面内预应

25、力弯起钢筋的抗剪承载力公路桥规采用的斜截面内混凝土和箍筋共同的抗剪承载力的计算公式为：30.75 10sinpbpdpbpVfA根据图纸，支点处的预应力钢筋数量及几何特征如表 4.2 所示。表表 4.24.2 支点处的预应力钢筋数量及几何特征支点处的预应力钢筋数量及几何特征钢束号规格束数公称面积(mm2)总面积(mm2)弯起角度()fpd(MPa)N115-6213983471260N215-621398347.21260N315-521396956.91260注：N4 预应力在支点处无竖向弯起，不考虑其抗剪能力。 计算得，。547.5pbVkN则，斜截面总的抗剪承载力，满2820.6547.53368.1VkNkN2 759=1518足要求。4.104.10 龙门桁架立柱柱脚连接座焊缝复核计算龙门桁架立柱柱脚连接座焊缝复核计算 根据计算，柱脚反力水平力。根据钢结构设计手册连接座焊缝强F=33.5kN度计算公式为：wffe wNfh l16式中：按焊缝有效截面计