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1、陕西安康公路发展项目安康至陕川界（毛坝）高速公路AME15合同段100T龙门吊设计计算书中交第二公路工程局有限公司二零零九年十二月安毛高速AME15合同段100T龙门吊设计计算书（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：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 录1 设计依据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
2、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16安毛15标100T龙门吊设计计算说明书1 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）；
3、（7） 建筑结构设计荷载规范 2006年版（GB50009-2001）。2 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图2.1。 图2.1 100t贝雷龙门吊总体构造图3 基本设计参数（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
4、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3.1 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
5、。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：；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：；水平荷载取0.1G（G为吊重）：；龙门吊结构自重由计算程序计入。4 龙门吊设计计算4.1 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；4.2 吊具计算4.2
6、.1 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。4.2.2 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：，；,，。， 。2C25a型钢截面参数：，；，,，。（1）横吊梁的长细比核算，满足要求。， 缀板间净距为50cm，则。YY轴的核算长细比：，满足要求。（2）横吊梁的内力计算。由横吊梁自重产生的跨中弯矩：。侧向弯矩：。吊重对横吊梁的轴向压力N：。（3）横吊梁的稳定性核算1）横吊梁的整体稳定性可按下
7、式核算：式中：横吊梁在水平和垂直方向的截面地抗矩； 在弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数； 横吊梁截面积； 弯矩作用平面内、外的等效弯矩系数；欧拉临界力，；钢材的弹性模量；横吊梁于X方向的长细比。因，查钢结构设计规范得，；得，；将上述数据代入公式得：，满足要求。2）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）上吊环强度核算 根据钢结构设计手册，为吊环容许拉应力。 2）下环孔应力核算 承压应力： 剪应力：，均满足要求。4.3 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2HW
8、588300型钢,型钢中间加焊20mm厚钢板，支点处设加劲板，跨度2.425m， HW588300型钢截面参数：，。跨中点竖直作用力为：；计算吊梁所受弯矩值、剪力值：弯矩：；剪力：。吊梁弯曲应力、剪切应力为：；，满足要求。（2）平车梁计算平车梁采用2根HN600200的型钢，吊梁作用在两个轨道轮中间，跨径1.6m，将平车梁简化为简支梁，作用力。HN600200型钢截面参数：，。计算平车梁所受弯矩值、剪力值：弯矩：；剪力：。平车梁弯曲应力、剪切应力为：；，满足要求。4.4 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
9、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：，。平车梁4个轨道轮，则单个轮压的作用力为。将轨道梁简化成简支梁，跨径为0.75m。计算轨道梁所受弯矩值、剪力值：弯矩：；剪力：。轨道梁弯曲应力、剪切应力为：；，满足要求。4.5 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，故仅计算分配梁剪力。工25a型钢截面参数：，。，满足要求。4.6 龙门桁架计算（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
10、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4.1 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：图4.2 工况一计算模型图4.3 工况一结构应力图（max=178.2Mpa）图4.4 工况一结构变形图（fmax=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：图4.5 工况二计算模型图4.6
11、工况二结构应力图（max=145.4Mpa）图4.7 工况二结构变形图（f=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：图4.8 工况三计算模型图4.9 工况三结构应力图（max=143.3Mpa）图4.10 工况三结构变形图（f=45.0mm）（3）计算结果将以上结果汇总，见表4.1所示：表4.1 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/
12、400，龙门吊的跨径为20.45m，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。4.7 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4.11 龙门桁架支反力计算（工况一）图4.12 龙门桁架支反力计算（工况二）图4.13 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4
13、5a型钢支撑于工25a分配梁上，采用midas程序按照连续梁计算垫座应力。Midas模型、结果如图4.14、4.15所示。图4.14 龙门桁架阴头垫座计算模型图4.15 龙门桁架阴头垫座应力计算结果（max=15.1Mpa）龙门吊桁架垫座最大应力=15.1Mpa=182Mpa，满足要求。4.8 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。图4.16 龙门桁架阴头垫座反力计算结果（fmax=759.1KN）建立模型如图4.17所示。图4.17 龙门桁架下分配梁及箱梁计算模型计算结果图4.
14、18所示。图4.18 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=28.1Mpa，满足要求。4.9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：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，；预应力提高系数，对预应力混凝土受弯构件，；受压翼缘的影响系数，对具有受压翼缘的截面，；截
15、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，；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的距离，由图纸；斜截面内纵向受拉钢筋的计算配筋率，；其中，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16mm，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 mm2。则，；混凝土立方体抗压强度标准值，C50混凝土；箍筋配筋率，其中，为斜截面内配置在沿梁长度方向一个箍筋间距范围内的箍筋各肢总截面积；边梁支点截面箍
16、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100mm；计算得；箍筋抗拉强度设计值，； 将数据代入公式可得，。（2）斜截面内预应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：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4.2 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，
17、不考虑其抗剪能力。 计算得，。则，斜截面总的抗剪承载力，满足要求。4.10 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度计算公式为：式中：按焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力；作用于焊缝长度平行方向的力；角焊缝的有效厚度，对直角焊缝等于，为较小焊脚尺寸，连接座焊缝规定最小焊缝厚度为8mm，因此；对接焊缝或角焊缝的计算长度。88规范规定角焊缝和不加引弧板的对接焊缝，每条焊缝的计算长度均采用实际长度减去10mm，因此；角焊缝的强度设计值。将数据代入公式计算，,满足要求。5 龙门吊稳定性验算5.1 龙门桁架稳定性验算（1）计算工况荷载组合：恒载
18、工作风荷载额定起吊荷载（2）参数取值自重系数：0.95起升荷载系数：1.15风力系数：1.15（3）风荷载作用下抗倾覆稳定性计算根据TB10002.1-2005铁路桥涵设计基本规范对风荷载的相关规定，取当地最大风速为29.3 m/s。基本风压：W0=1/1.629.32=536.6Pa风荷载强度：W=K1K2K3W0=0.81.01.0536.6=429.2Pa；则贝雷腹杆风荷载：Q1=0.05429.2=21.5N/m贝雷上下弦杆风荷载：Q1=0.1429.2=42.9N/m根据计算，在非工作状态风荷载作用下龙门吊倾覆力矩695.4KNm0，说明龙门吊满足稳定性要求。5.2 龙门桁架支腿斜撑稳定性验算根据钢结构设计手册，稳定性计算式为：式中：构件的轴向力， C25a型钢最大轴力为：。构件的横截面面积，C25a型钢面积为。强轴和弱轴的截面回转半径，C25a型钢。轴心受压构件稳定系数。C25a型钢长细比，查表得：。将数据带入上式，计算可得：对于C25a型钢管：。满足要求。
