龙门架的设计方案.docx
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龙门架的设计方案
龙门架设计方案
一.竖井龙门架方案设计依据
1.《钢结构设计规范》;
2.《建筑施工手册》;
3.《钢结构》,上海铁路大学,中国铁路出版社;
4.《钢结构设计原理》,同济大学出版社。
二.设计龙门架的规格和布置
根据多年施工情况,龙门架统一采用工字钢和角钢连接,安装时采用焊接和螺栓连接龙门架在架立时,一定在圈梁外侧做基础,土仓的立柱应用混凝土浇注,在竖井一侧的立柱不少于6根,用28a工字钢或25槽钢对扣焊接其中预埋铁钢板采用200mm的钢板。
龙门提升架采用等跨结构,工字钢间连接采用焊接钢板,钢板间用螺栓和焊接连接。
为适应不同尺寸的竖井及运输能力,设计了6m,,三种跨度的钢梁,其中6m为双跨单轨提升架,分双跨单轨和三跨双轨两种提升架,为双跨双轨提升架。
三.设计计算
(一).大梁
提升架的受力为集中荷载,且沿大梁移动。
一般情况下土斗的装土量为,湿的砂及卵石容重为m3,土重为24KN,土斗重为3KN,电葫芦重为8KN,故集中荷载取35KN。
风荷载标准值:
取风荷载为m2,对水平方向投影为×=KN/m2。
根据施工经验,选用工字钢作为大梁,其受力简图如下所示。
为保证提升架经济,受力合理,选用不同类型的工字钢做大梁,进行强度和稳定性验算。
1.6m双跨大梁
采用工32a、Q235工字钢,梁跨度l最大为6.0m,荷载F为35KN,比重q为43.4Kg/m,强度和稳定性验算如下:
(1)、内力计算
电葫芦荷载考虑的动力系数,跨中最大弯矩设计值:
Mmax=×+×××Fl=·M
支座最大剪力设计值:
Vmax=×+×××F=
Nmax=9KN(风荷载)
(2)、抗弯强度验算
提升架为临时施工结构,重要性系数取。
查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表,
ωx=×103mm3
σ=×Mmax/ωx=mm2 故强度满足要求。 (3)抗剪强度验算 查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表, I=7114×104mm4,s=×103mm3,tw=8, τ=×Vmax×s/I/tw=N/mm2 故强度满足要求。 (4)稳定性验算 大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值 l=,与梁宽度的比值l/b==>16 必须进行整体稳定性验算。 查表得工32a工字钢的整体稳定性系数фb=Фb= ×Mmax/Фb/ωx=N/mm2 故整体稳定性满足要求。 (5)刚度验算 最大跨中的挠度为ω0=×ql4/100/E/I+×Fl3/100/E/I = 满足要求。 2.双跨大梁 采用工32a、Q235工字钢,梁跨度l最大为6.5m,荷载F为35KN,比重q为43.4Kg/m,强度和稳定性验算如下: (1)、内力计算 电葫芦荷载考虑的动力系数,跨中最大弯矩设计值: Mmax=×+×××Fl=·M 支座最大剪力设计值: Vmax=×+×××F= Nmax=9KN(风荷载) (2)、抗弯强度验算 提升架为临时施工结构,重要性系数取。 查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表, ωx=×103mm3 σ=×Mmax/ωx=mm2 故强度满足要求。 (3)抗剪强度验算 查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表, I=7114×104mm4,s=×103mm3,tw=8, τ=×Vmax×s/I/tw=N/mm2 故强度满足要求。 (4)稳定性验算 大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值 l=,与梁宽度的比值l/b==>16 必须进行整体稳定性验算。 查表得工32a工字钢的整体稳定性系数фb=Фb= ×Mmax/Фb/ωx=mm2 故整体稳定性满足要求。 (5)刚度验算 最大跨中的挠度为ω0=×ql4/100/E/I+×Fl3/100/E/I = 满足要求。 3.三跨大梁 采用工32a、Q235工字钢,梁跨度l最大为6.5m,荷载F为35KN,比重q为43.4Kg/m,强度和稳定性验算如下: (1)、内力计算 电葫芦荷载考虑的动力系数,跨中最大弯矩设计值: Mmax=×+×××Fl=·M 支座最大剪力设计值: Vmax=×+×××F= Nmax=9KN(风荷载) (2)、抗弯强度验算 提升架为临时施工结构,重要性系数取。 查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表, ωx=×103mm3 σ=×Mmax/ωx=mm2 故强度满足要求。 (3)抗剪强度验算 查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表, I=7114×104mm4,s=×103mm3,tw=8, τ=×Vmax×s/I/tw=N/mm2 故强度满足要求。 (4)稳定性验算 大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值 l=,与梁宽度的比值l/b==>16 必须进行整体稳定性验算。 查表得工32a工字钢的整体稳定性系数фb=Фb= ×Mmax/Фb/ωx=N/mm2 故整体稳定性满足要求。 (5)刚度验算 最大跨中的挠度为ω0=×ql4/100/E/I+×Fl3/100/E/I = 满足要求。 4.双跨大梁 采用工32a、Q235工字钢,梁跨度l最大为,荷载F为35KN,比重q为m,强度和稳定性验算如下: (1)、内力计算 电葫芦荷载考虑的动力系数,跨中最大弯矩设计值: Mmax=×+×××Fl=·M 支座最大剪力设计值: Vmax=×+×××F= Nmax=9KN(风荷载) (2)、抗弯强度验算 提升架为临时施工结构,重要性系数取。 查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表, ωx=×103mm3 σ=×Mmax/ωx=mm2 故强度满足要求。 (3)抗剪强度验算 查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表, I=11076×104mm4,s=×103mm3,tw=, τ=×Vmax×s/I/tw=N/mm2 故强度满足要求。 (4)稳定性验算 大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值 l=,与梁宽度的比值l/b==>16 必须进行整体稳定性验算。 查表得工32a工字钢的整体稳定性系数фb= ×Mmax/фb/ωx=mm2 故整体稳定性满足要求。 (5)刚度验算 最大跨中的挠度为ω0=×ql4/100/E/I+×Fl3/100/E/I = 满足要求。 (二)横梁 考虑根据竖井提升要求用单轨和双轨,受力简图如下所示: (1)单轨 a、横梁长 按简支梁计算跨中弯矩设计值: Mmax=××=KN·M 最大弯矩点位于C点。 采用工32a、Q235工字钢 σ=Mmax/ωx=mm2 l/b==<16,故不需进行整体稳定性验算。 挠度验算: ωmax=Fl3/48/E/I= 满足要求。 b、横梁长 按简支梁计算跨中弯矩设计值: Mmax=××=KN·M 最大弯矩点位于C点。 采用工32a、Q235工字钢 σ=Mmax/ωx=mm2 l/b==<16,故不需进行整体稳定性验算。 挠度验算: ωmax=Fl3/48/E/I= 满足要求。 (2)双轨 横梁长,按简支梁计算,弯矩最大点在C~D之间。 Mmax=××=·M 采用工32a、Q235工字钢 σ=Mmax/ωx=mm2 l/b==<16,故不需进行整体稳定性验算。 挠度验算: 挠度最大位于AC、DB之间 ωmax=Fα3(3-4α2)/24/E/I= 满足要求。 (三)立杆 立杆分为单轨和双轨提升梁计算。 (1)单轨 采用工32a工字钢,总高度为6.5m,平面内计算长度为×6.5m,考虑剪刀撑和横撑的作用,平面外计算长度5.5m。 截面特性值: A= Ix=7114cm2 Iy=345cm2 刚度验算: 长细比λx=l0x/ix=36λy=l0y/iy=219 λmax=λy=219>150 计算整体稳定性: 对X轴属a类,对y轴属b类 查表得фx=,фy= σ=N/ф/A=×103/102=mm2 (2)双轨 若采用I32a工字钢,高度为6.5米,经查规范附表计算长度系数为,平面内计算长度为×6.5米,考虑剪刀撑和横撑的作用,平面外的计算长度为5.5米。 刚度验算: 长细比 λx=36 λy=219 λmax=λy=219>150。 对X轴属a类,对y轴属b类 查表得фx=,фy= σ=N/ф/A=35×103/102=mm2 (四)挡土撑计算 采用I14、Q235工字钢做挡土撑,长度为及最底部处最不利,为三跨连续梁: (1)荷载计算 堆土高度按计算,不计粘结力,土内摩擦角按15°,底部挡土撑所受主动土压力均布荷载为: q=1/2×20×(+)tg2(45-15/2)×=m (2)内力计算 最大弯矩设计值: Mmax=×ql2 =××× =KN·M 支座最大剪力设计值: Vmax=× =××× =KN Nmax=9KN(风荷载) (3)抗弯强度验算 提升架为临时施工结构,重要性系数取。 查表GB706-65中热轧工字钢截面特性表,可知 ωx=×103mm3 σ=×Mmax/ωx=××106/103 =×mm2 故满足强度要求。 (4)抗剪强度计算 查表GB706-65中热轧工字钢截面特性表,可知 I=712×104mm4,s=×103mm3,tw= τ=×V×s/I/tw=××103××103/712/104/ =×mm2 故满足要求。 (5)稳定性计算 挡土撑上满铺钢板,稳定性不用计算。 (6)刚度验算 D点的挠度为 ω0=×ql4/100/E/I =×××1012/100/206/103/712/104 = 满足要求 (五)、节点验算 (1)、柱脚及横梁和立柱采用螺栓固定后施焊。 节点螺栓选用M20,主要用于连接固定作用,M20螺栓满足要求。 (2)、柱脚及横梁和立柱焊缝: 焊缝高度为h=8mm,满足要求,可不进行计算。 五.提升架的加工图见附图。 六.提升架附属设施 (1)检修平台和雨棚 在提升架上设电葫芦检修平台,如附图所示。 检修平台未设置栏杆,在进行检修作业时,应按高空作业进行,必须佩带保险绳。 另外,本检修平台承载力较低,检修人员不超过两人,检修用工具不超过10Kg. 另设电葫芦防雨棚,简易雨棚用瓦楞铁制做,用钢板和螺栓固定在大梁工字钢上面,如附图所示。 (2)爬梯及挡土设施 在龙门架立柱上焊接ф20的圆钢作爬梯踏步,间距300mm,圆钢与立柱工字钢两翼焊牢。 为方便堆土和出土,在堆土跨距立柱,和处立柱内侧各设一道挡土撑,挡土撑采用I14。 挡土撑与立柱之间14mm厚200×200连接板。 在堆土跨均匀布置挡土柱,如附图所示,挡土柱采用I28a,长3000mm,并嵌固于600×600×600的混凝土基础内500mm,施工时可根据堆土和出土需要进行安装。 七.加工说明 1.立柱的预埋件采用20mm厚钢板,预埋时,其上螺栓的位置尺寸必须准确无误。 2.圈梁外的立柱,要设置×m×m(长×宽×高)的混凝土基础,在混凝土基础上预埋钢板,要求基础混凝土一次浇筑完成。 3.提升架立柱与横梁预固定用高强度螺栓连接,螺栓均为ф18。 大梁与中间横梁的预固定连接采用ф20螺栓连接。 4.提升架侧向加设剪刀撑,以增强侧向强度。 剪刀撑为角钢,与立柱间采用焊接连接。 5.电葫芦应设垂直和水平运输限位器。 6.在立柱上下部各焊一块16mm厚剪刀撑连接钢板,上部剪刀撑连接钢板中心距立柱顶,下部剪刀撑连接钢板中心距立柱底。 在剪刀撑角钢端部直接打螺栓孔,并与剪刀撑连接钢板用ф18×60螺栓预固定。 固定后采用焊缝连接,焊缝高度不小于8mm。 7.横撑、斜撑及剪刀撑的连接均用螺栓预固定后焊缝连接。 围挡设计计算 围挡得搭设要求: 1、钢材等级: Q235 柱高(m): 柱截面: 普通热轧工字钢I16 柱平面内计算长度系数: 柱平面内计算长度: 强度计算净截面系数: 截面塑性发展: 不考虑 是否进行抗震设计: 不进行抗震设计 2、风压计算 风动压(伯努力方程) ω0=γ.ν2 由于γ.=γ/gγ=KN/m3(标准状态) 10级风速ν=s 所以十级风速的基本风压 ω0=××KN/m2=KN/m2 风荷载标准值 ωk=βgzμsμzω0 βgz=(B类,地面) μs=μz= 所以ωk=×××=KN/m2 每柱均布荷载设计值 ωk'=×=KN/m 根部弯矩 μk'=×4×××4=KN·M 3、设计内力: 绕X轴弯矩设计值Mx: 绕Y轴弯矩设计值My: 轴力设计N(Kn): 4、截面特性计算 A=;Xc=;Yc= Ix=Iy=; Ix=;iy= W1x=;W2x= W1y=;W2y= 5、柱构件平面内稳定验算结果 平面内计算长度(m): 平面内长细比λx: 对X轴截面分类: a类 轴心受压稳定系数фx: 等效弯矩系数βmx: 计算系数Nex'(KN): 柱平面内长细比: λx=<[λ]= 受拉构件没有进行平面内稳定验算。 柱构件平面内验算满足。 4.柱构件平面外稳定验算结果 平面外计算长度(m): 平面外长细比λy: 对y轴截面: b类 轴心受压稳定系数фy: 受弯整体稳定系数фbx: 等效弯矩系数βtx: 柱平面外长细比: λy=<[λ]=300 受拉构件没有进行平面外稳定验算。 柱构件平面外验算满足。 5.局部稳定验算 腹板计算高厚比Ho/Tw=<容许高厚比[Ho/Tw]= 翼缘宽厚比B/T=<容许宽厚比[B/T]= 柱构件验算满足。
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