塔式起重機(jī)塔身的合理設(shè)計(jì)

1、 科技論壇塔式起重機(jī)塔身的合理設(shè)計(jì)呂呈斌摘要：針對(duì)塔式起重機(jī)塔身的合理設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述。關(guān)鍵詞：塔式起重機(jī)；塔身；設(shè)計(jì)1黎新龍1滕彬2（1、沈陽(yáng)易鼎科技有限公司，遼寧沈陽(yáng)1100002、沈陽(yáng)三一重型裝備有限公司，遼寧沈陽(yáng)110000）塔身作為塔式起重機(jī)的最重要組成部分可以說(shuō)是塔式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)里面的重中之重, 它設(shè)計(jì)的合理性直接影響著整個(gè)塔機(jī)的品質(zhì)。所以本文通過(guò)對(duì)K50/50塔機(jī)的塔身設(shè)計(jì)計(jì)算為例, 著重介紹一下塔身的合理設(shè)計(jì)理念, 此塔機(jī)屬于內(nèi)頂升, 所以其塔身的設(shè)計(jì)還應(yīng)包括內(nèi)塔節(jié)的設(shè)計(jì)。1塔身主弦桿的校核1.1技術(shù)參數(shù)1.1.1工況(一般情況下校核主弦桿的工況, 供參考如圖1a. 吊臂位于塔

2、身橫截面的對(duì)角線上(即與軌道夾角成 。b. 吊車(chē)位于行走和回轉(zhuǎn)的啟、制動(dòng)狀態(tài)。c. 風(fēng)向平行于吊臂的縱向中心線, 并由配重方向吹d. 最大起重量為20000kg 及其所在的向吊臂方向。工作幅度為22.4m 。e. 材料為Q345鋼即16M n 。圖1臂架位置和風(fēng)向1.1.2各部分的自重包括下回轉(zhuǎn)支座及其以上自重(不包括吊重 G D =950000N, 下回轉(zhuǎn)支座及其以上彎矩(不包括風(fēng)載和慣性產(chǎn)生的彎矩 M D =950000Nm, 內(nèi)塔節(jié)的自重G N =114800N, 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)自重G B =70000N, 頂升機(jī)構(gòu)自重G S =52530N, 整個(gè)吊臂自重G B J =196000N和整個(gè)平衡

3、臂的自重(其中包括配重 G P =430000N。1.1.3運(yùn)動(dòng)系數(shù)包括小車(chē)加速度a x =0.5ms-2, 回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)n=0.6r(min -1, 回轉(zhuǎn)加速度a h =0.01和大車(chē)行走加速度a d =0.07ms-2。1.1.4風(fēng)載的計(jì)算以內(nèi)塔節(jié)所受的風(fēng)載為例, 簡(jiǎn)單介紹塔機(jī)設(shè)計(jì)的風(fēng)載荷計(jì)算公式。計(jì)算可得主弦桿的迎風(fēng)面積A 1, 斜腹桿迎風(fēng)面積A 2, 水平腹桿迎風(fēng)面積A 3, 然后計(jì)算出內(nèi)塔節(jié)的前片迎風(fēng)面積A 前(內(nèi)塔節(jié)前片所有桿的迎風(fēng)面積的總和 , 則根據(jù)塔式起重機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范可知內(nèi)塔節(jié)的總的迎風(fēng)面積為A 總=A前+A 后(其中為擋風(fēng)折減系數(shù), 可從塔式起重機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范中查得 。最后, 內(nèi)

4、塔節(jié)的風(fēng)載為:F w =Cw ×P w ×A 總(1 其中,Cw 風(fēng)載系數(shù)(可查得P w 當(dāng)時(shí)的風(fēng)壓采用公式(1 即可計(jì)算內(nèi)塔節(jié)的風(fēng)載F w =2740N, 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)所受的風(fēng)載F w b =2740N, 配重的風(fēng)載F w p =1542N, 塔頂撐桿的風(fēng)載F w c =866N, 司機(jī)室的風(fēng)載F w s =960N和吊重的風(fēng)載F w z =6000N。1.1.5行走慣性力的計(jì)算回轉(zhuǎn)支座及其以上部分(包括吊重 的行走慣性力(2其中,G 回轉(zhuǎn)支座及其以上部分的重力行走慣性力計(jì)算的載荷系數(shù)采用公式(1 即可計(jì)算回轉(zhuǎn)支座及其以上部分(包括吊重 的行走慣性力H D =8200N, 內(nèi)塔

5、節(jié)慣性力H N =820N, 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)慣性力H B =500N。1.1.6整個(gè)塔身受的軸向力N Z =GD +GN +n×G B +GS +Q(3 =950000+114800+12*70000+52530+200000=2157000N其中,n 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的個(gè)數(shù)1.1.7對(duì)塔身根部的彎矩計(jì)算(根據(jù)前邊的列表或圖M 總=MD +M慣力+M風(fēng)力+M高心力(4 其中,M 慣力內(nèi)塔節(jié)、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和頂升部分的慣性力矩的和(679200Nm M 風(fēng)力各個(gè)部分風(fēng)載對(duì)塔身根部的力矩和(2255000Nm M 高心力各個(gè)部分離心力對(duì)塔身根部的力矩和(116800Nm 則=3280000+679200×

6、;cos(45° +2255000+116800=6132067Nm1.2對(duì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主弦桿的校核1.2.1單根主弦桿受力(5其中,n 為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的主弦桿的個(gè)數(shù)L 為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)截面的對(duì)角線的長(zhǎng)度1.2.2主弦桿的穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算=0.9671.2.3主弦桿的應(yīng)力并進(jìn)行校核(6=165.7MPa<, 滿足條件OK 。1.3對(duì)內(nèi)塔節(jié)主弦桿的校核同標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主弦桿的校核, 其中的M 總=3403000Nm為對(duì)內(nèi)塔節(jié)根部的彎矩, 且L=3m為內(nèi)塔節(jié)截面的對(duì)角線的長(zhǎng)度。1.4對(duì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間的連接接頭的強(qiáng)度的校核由前面可知, 本件所受的最大應(yīng)力P=Nm ax =2345000N, 再求出最小斷面面積A=91

7、cm2, 便可知本件的最大應(yīng)力=157.7MPa,并進(jìn)行校核。1.5對(duì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間連接銷(xiāo)軸的強(qiáng)度的校核1.5.1進(jìn)行受力分析, 求出銷(xiāo)軸的最大剪力(7=1172500N1.5.2計(jì)算受力面積A=28.2cm21.5.3計(jì)算許用剪應(yīng)力(8=387.7MPa1.5.4計(jì)算本件的剪應(yīng)力(9=208.7M Pa<, 滿足條件OK 。2塔身腹桿的校核2.1技術(shù)參數(shù)2.1.1工況(一般情況下校核腹的工況, 供參考如圖2a. 吊臂位于塔身橫截面的對(duì)角線上(即與軌道夾角成45o 。b. 吊車(chē)位于回轉(zhuǎn)的啟、制動(dòng)狀態(tài)。c. 風(fēng)向與回轉(zhuǎn)方向一致。d. 最大起重量為200000N 及其所在的工作幅度為22.4m

8、。2.1.2各部風(fēng)載的計(jì)算采用公式(1 即可計(jì)算每節(jié)吊臂的風(fēng)載F w b =3212N, 吊重風(fēng)載F w z =6000N, 配重塊的風(fēng)載F w g =2062N, 平衡臂風(fēng)載F w p =34500N和起升機(jī)構(gòu)風(fēng)載F w q =850N。圖2臂架位置和風(fēng)向2.1.3行走慣性力的計(jì)算配重塊的行走慣性力H pz(10其中，R z 力的力臂采用公式(9 即可計(jì)算配重塊的行走慣性力H pz =6270N, 起升機(jī)構(gòu)的行走慣性力H q =200N, 平橫臂的行走慣性力H p =1940N, 每節(jié)吊臂的行走慣性力H n =171.5N,383N ,628.5N ,688.5N ,906N ,922.8N

9、 , 1009.6N ,196N 。短拉桿行走慣性力H dl =96N, 長(zhǎng)拉桿行走慣性力H cl =920N, 變幅機(jī)構(gòu)行走慣性力H bj =98N, 吊重的行走慣性力H dz =4.8N。2.1.4風(fēng)載的扭矩計(jì)算M F =507330Nm2.1.5行走慣性力的扭矩計(jì)算M g =186320Nm2.1.6整機(jī)扭矩計(jì)算M 總=MF +Mg =693650Nm2.1.7求內(nèi)塔節(jié)腹桿受力大小應(yīng)用庫(kù)德里亞切夫計(jì)算法, 根據(jù)內(nèi)塔節(jié)平面的結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系, 即可求出內(nèi)塔節(jié)的水平腹桿以及T 為整機(jī)扭矩M 總在平面上轉(zhuǎn)化的斜腹桿的受力。力, 其中L 為內(nèi)塔節(jié)截面的寬度:(112.2對(duì)內(nèi)塔節(jié)主弦桿的校核2.2.1

10、內(nèi)塔節(jié)腹桿截面的幾何特性即求出腹桿的穩(wěn)定系數(shù)=0.931。2.2.2校核內(nèi)塔節(jié)腹桿=126.8MPa, 滿足條件OK 。2.3標(biāo)準(zhǔn)節(jié)腹桿的校核(同內(nèi)塔節(jié)腹桿校核相同=72.8MPa, 滿足條件OK 。3在非工作狀態(tài)下對(duì)塔身主弦桿的校核3.1工況(一般情況下校核非工作狀態(tài)塔身主弦桿的工況, 供參考3.1.1吊臂位于塔身橫截面的對(duì)角線上(即與（下轉(zhuǎn)264頁(yè)）軌道夾角成45o 。市政與路橋淺析公路舊橋加固與管理的方法戴寒梅（廣東省茂名市公路建設(shè)有限公司，廣東茂名525000）摘要：針對(duì)公路舊橋加固與管理的方法進(jìn)行了闡述。關(guān)鍵詞：公路舊橋；加固；管理前言使用年限長(zhǎng)的特公路舊橋具有荷載等級(jí)低、點(diǎn)。從技術(shù)

11、資料分析, 大多數(shù)橋梁是三不知:a.不知基底地質(zhì);b. 不知基礎(chǔ)深度;c. 不知隱蔽部分的尺寸。從橋梁技術(shù)狀況分析, 由于河床屢遭洪水沖刷, 河床底部加深, 橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)外露、沖空, 產(chǎn)生不均勻沉降, 導(dǎo)致橋臺(tái)、拱圈產(chǎn)生附加應(yīng)力而出現(xiàn)開(kāi)裂, 有的甚至出現(xiàn)開(kāi)合現(xiàn)象; 有的橋梁由于橋臺(tái)較高, 受行車(chē)及臺(tái)后土壓力的作用, 橋臺(tái)出現(xiàn)開(kāi)裂、凸肚等病害; 橋面混凝土鋪裝層由于使用時(shí)間長(zhǎng)加之重剝落等病害。按橋梁技術(shù)狀況來(lái)車(chē)作用, 導(dǎo)致開(kāi)裂、評(píng)定大多屬三類(lèi)橋梁. 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和重點(diǎn)工程的建設(shè), 目前公路橋梁所承受的負(fù)荷有3個(gè)特點(diǎn):a.交通量不斷增大;b. 重型車(chē)輛增加及超載現(xiàn)象嚴(yán)重;c. 超限運(yùn)輸?shù)某霈F(xiàn)

12、和增加。按現(xiàn)在橋梁和運(yùn)輸狀況, 橋梁的承載能力和通過(guò)的車(chē)輛荷載是公路與運(yùn)輸?shù)拿苤?。舊橋加固, 提高舊橋的承載能力, 確保交通運(yùn)輸?shù)陌踩悄壳昂徒窈竺媾R的任務(wù)。本文按橋梁的組成部分介紹橋梁的加固方法。1塞縫灌漿塞縫灌漿是把按一定比例配制的水泥(砂 漿、環(huán)氧樹(shù)脂(砂 漿, 通過(guò)噴漿機(jī)按一定壓力灌入結(jié)構(gòu)物縫隙內(nèi), 起到填塞裂縫、避免鋼筋銹蝕并提高結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的作用。裂縫在橋梁病害中較為普遍, 產(chǎn)生裂縫的原因很多, 也很復(fù)雜。結(jié)構(gòu)物一旦出現(xiàn)裂縫, 其受力截面發(fā)生應(yīng)力重分布, 也就意味著受力有效截面變小, 結(jié)構(gòu)應(yīng)力增大, 承載能力降低。塞縫灌漿是用膠結(jié)材料把結(jié)構(gòu)的裂縫填滿, 使力的作傳遞盡可能恢復(fù)到

13、原狀態(tài)。塞縫灌漿一般用用、下部結(jié)構(gòu)裂縫, 灌漿分為水泥漿、水于處理橋梁上、泥砂漿、環(huán)氧樹(shù)脂漿、環(huán)氧樹(shù)脂、砂漿等, 具體采用哪一種, 應(yīng)視實(shí)際情況而定。通常水泥(砂 漿用于石砌墩、臺(tái)和拱圈裂縫, 由裂縫的大小來(lái)決定灌漿中效果好。環(huán)氧樹(shù)是否摻砂, 采用水泥(砂 漿造價(jià)低、脂漿一般用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物, 因?yàn)殇摻罨炷翗?gòu)件產(chǎn)生的裂縫較小, 易灌滿, 粘結(jié)性好; 環(huán)氧樹(shù)脂砂漿多用于橋面裂縫。塞縫灌漿的通常做法是:先用1:1水泥砂漿勾縫, 勾縫時(shí)須預(yù)留直徑約6-8mm 的灌漿孔, 孔距視裂縫寬度而定, 縫寬處孔距為0.6-1.0m , 縫小處孔距為0.4-0.6m 。待勾縫砂漿達(dá)到一定強(qiáng)度后即可灌漿。鋼

14、筋混凝土梁的裂縫較小, 用環(huán)氧樹(shù)脂勾縫, 凡大于0.2mm 的裂縫都要留孔灌漿, 孔距一般為0.25-0.30m , 灌漿方法與灌水泥漿大致相同。在公路舊橋加固中, 塞縫灌漿是綜合處治的方法之一, 用得比較普遍, 通過(guò)試載及使用觀察, 效果較好。2上部結(jié)構(gòu)改建在調(diào)查研究舊橋的基礎(chǔ)上, 經(jīng)過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較, 采用充分利用原橋進(jìn)行拼寬, 利用橋臺(tái)將拱式結(jié)構(gòu)改為板式結(jié)構(gòu)的加固方法, 使其滿足超限運(yùn)輸要求。2.1拼寬原橋?qū)︱?yàn)算不能滿足超限運(yùn)輸要求的舊橋, 經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后, 按實(shí)際通過(guò)的超限運(yùn)輸荷載設(shè)計(jì)拼寬橋梁, 以確保超限運(yùn)輸安全。2.2利用原橋臺(tái)改拱式結(jié)構(gòu)為板式結(jié)構(gòu)對(duì)于小跨徑石拱橋, 由于拱圈厚度

15、不能滿足超限運(yùn)輸要求或因地基較差發(fā)生不均勻沉降, 致使拱圈開(kāi)裂, 降低承載能力, 可采用此辦法。3舊橋下部結(jié)構(gòu)加固橋臺(tái)特別是高度較大的橋臺(tái), 受行車(chē)荷載和凸肚, 翼墻外土壓力作用, 常見(jiàn)病害有橋臺(tái)開(kāi)裂、開(kāi)裂、錯(cuò)位等。對(duì)于跨徑較小, 水流不大的石拱崩、橋, 我們采用在橋跨內(nèi)加鋼筋混凝土框架進(jìn)行加固。4舊橋基礎(chǔ)加固橋梁基礎(chǔ)特別是天然地基上的淺基礎(chǔ), 由于埋置深度較淺, 易受河水沖刷而淘空。受河水改道沖刷橋梁引道, 導(dǎo)致橋臺(tái)基礎(chǔ)沖空, 引道被毀。橋梁地基局部軟弱, 致使橋臺(tái)發(fā)生不均勻沉降, 引起橋臺(tái)開(kāi)裂等。針對(duì)以上病害, 我們采取對(duì)河床用漿砌片石進(jìn)行鋪砌, 上游河床設(shè)置丁壩, 打木樁擴(kuò)大橋臺(tái)基礎(chǔ)等方

16、法進(jìn)行加固。防治橋臺(tái)基礎(chǔ)沖刷對(duì)于跨徑較小的橋梁, 由于河水改道, 洪水直接沖刷橋臺(tái)基礎(chǔ), 導(dǎo)致基礎(chǔ)沖空甚至掉腳, 可采取在橋跨范圍內(nèi)滿鋪15號(hào)片石混凝土的方法進(jìn)行加固, 鋪砌厚度為30cm , 鋪砌兩端設(shè)置截水墻, 截水墻的深度為1m , 寬度為0.6m 。采用該法共加固橋涵8座。對(duì)于橋梁上游河床變遷、水流改道, 洪水直接沖刷橋臺(tái)基礎(chǔ)和橋臺(tái)引道, 導(dǎo)致橋臺(tái)基礎(chǔ)沖引道被毀的橋梁, 采取在橋梁上游適當(dāng)位置設(shè)空、置丁壩等調(diào)治構(gòu)造物, 將河水導(dǎo)入主河道。5橋面鋪裝層的加固橋面鋪裝層開(kāi)裂或剝離等病害, 對(duì)于鋼筋混凝土梁板橋容易使鋼筋銹蝕, 減弱橋梁的橫向整體性; 對(duì)于石拱橋, 由于橋面雨水下滲, 加大了

17、拱上填料的含水量, 使拱圈出現(xiàn)滲水現(xiàn)象等; 同時(shí)由于橋面鋪裝層的破損, 引起橋面平整度差, 車(chē)輛通行時(shí), 使橋梁產(chǎn)生震動(dòng), 對(duì)橋梁產(chǎn)生不利影響, 同時(shí)又加重了橋面鋪裝層的病害。根據(jù)橋梁的具體情況, 采用不同的加固方法, 對(duì)于使用年限長(zhǎng)、破損嚴(yán)重的修復(fù)的加固方案。而對(duì)于病害較輕, 使用采用拆除、年限短, 且混凝土強(qiáng)度仍符合設(shè)計(jì)要求的則先處治病害, 在不降低設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)的前提下可采用加鋪瀝青碎石層的方案。6公路舊橋的管理加強(qiáng)公路舊橋的管理, 并進(jìn)行維修和加固, 使其處于正常的工作狀態(tài), 充分發(fā)揮舊橋的作用, 是公路管理部門(mén)的一項(xiàng)主要任務(wù)。對(duì)于舊橋的超限運(yùn)輸管理工作具有工期短、要求高、工程量較小、前

18、期工作量大等特點(diǎn), 公路超限運(yùn)輸一般是為國(guó)家或省的重點(diǎn)建設(shè)工程服務(wù), 我們的經(jīng)驗(yàn)是:a.對(duì)于經(jīng)常過(guò)大件的路段, 橋梁進(jìn)行重點(diǎn)檢查和管理, 收集原始檔案材料, 掌握其動(dòng)態(tài);b. 在施工中注意抓重制約工程;c. 重視加固工程中原始資料的收集和點(diǎn)、整理工作, 為今后的加固工程積累經(jīng)驗(yàn);d. 充分調(diào)動(dòng)權(quán)、利的關(guān)系。筆基層單位的積極性, 正確處理責(zé)、者認(rèn)為公路舊橋的維修加固同樣屬于橋梁工程, 不能重建輕養(yǎng), 舊橋的加固比新建還難, 因?yàn)榕f橋的維修加固, 沒(méi)有現(xiàn)成的規(guī)范, 更沒(méi)有可供使用的標(biāo)準(zhǔn)圖, 橋梁的病害又錯(cuò)綜復(fù)雜, 病害原因難以確定, 因此, 應(yīng)充分重視公路舊橋的管理工作, 加大資金投入, 使其保持良好的工作狀態(tài), 確保公路運(yùn)輸?shù)陌踩Ｄ壳爸萍s舊橋加固工作的主要因素是資金問(wèn)題, 在養(yǎng)路資金緊缺的情況下, 投入到舊橋加固上的資金更加有限, 為此建議采用以下辦法逐步解決:a.公路局應(yīng)加大對(duì)大中型橋梁加固資金的投入, 并將屬于危橋的小橋納入這個(gè)范圍, 集中資金重點(diǎn)解決危橋的加固;b. 對(duì)于橋梁的小修保養(yǎng), 應(yīng)納入公路小修保養(yǎng)議標(biāo)中, 特別是實(shí)行養(yǎng)路工程費(fèi)制后, 可將各段管養(yǎng)的橋梁編入小修保養(yǎng)工程量清單內(nèi), 對(duì)站(所 不能承擔(dān)的項(xiàng)目可安排段工程隊(duì)施工, 總段加強(qiáng)檢查和考核。（上接66頁(yè)）3.1.2風(fēng)向平行于吊臂的縱向中心線, 并由配重方向吹向吊臂方向。3.1.3