井架受力计算书.docx
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井架受力计算书.docx
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井架受力计算书
井架受力分析计算书
一、斜架抬头时受力分析与计算
1、斜架起立前安装部分总质量104260.7kg,重心在距底脚中心约19.77m处。
考虑到安全和计算方便,质量按105000kg,重心按21.5m计算。
现拟定铰链中心O位于沿斜架中心线立面投影方向0.3m处,水平距底脚重心基础边缘0.25m处;吊车吊耳中心位于距底脚中心27m位置,在G1-6构件纵向中心线上;两台16t凿井绞车吊耳位于距底脚中心28.36m位置,偏G1-6构件纵向中心线1.15m处。
2、斜架铰链定位设计
如图,斜架起吊到位后侧立面角为69.6955°,G1-1底脚宽为1000㎜,NH=1000㎜,则ER=500+
=508.5808㎜
由图可知,h1=300/sin69.6955°=319.8766㎜
则铰链孔至底脚中心的水平距离为
OF=OP+PF=250+HQ=250+NH×sin69.6955=1187.8618㎜
则h2=MF-h1=OF/tan69.6955°-319.8766=119.6323㎜
L1=OR=OM-MR=OF/sin69.6955°-NR/tan69.6955°
=1188/sin69.6955-300/tan69.6955°
=1155.5638㎜
可知铰链孔中心O点标高为878.4-h2=758.7677㎜
至井筒中心线水平距离L=10700-1187.8618=9512.1382mm
3、主斜加抬头时受力分析
斜架抬头时,受到竖直向上吊车起吊拉力T,竖直向下重力G及铰链支点作用力N,受力分析图见图一。
对支点O由力矩平衡原则,得
T·OB=G·OA
铰链支点O对斜架的作用力为
N=G-T=1050000-833707.8652=216292.1348N,方向竖直向上。
图一斜架抬头受力分析图
4、斜架就位时受力分析
斜架依靠吊车就位时,拖拉稳车不参与工作,斜架受自身重力、吊车起吊拉力及铰链作用力三个力作用(受力图如图二所示)。
图二吊车独自就位时斜架受力分析图
对支点O由力矩平衡原则,得
T·OD=G·OC
在ΔAOA1中
tg∠AOA1=AA1/OA1=1155.5638/(21500-300)=0.054507726
∠AOA1=tg-10.054575471=3.11998°
OA=AA1/sin∠3.11998°=1155.5638/sin3.11998°=21231.47022mm
OC=OACOS∠AOC=OAcos(3.11998°+69.6955°)
=6272.8274㎜
在ΔBOB1中
tg∠BOB1=BB1/OB1=1155.5638/(27000-300)=0.043317
∠BOB1=tg-10.043333=2.4803°
OB=BB1/sin∠BOB1=1155.5638/sin2.4803°=26724.9944mm
OD=OBcos∠BOC=26724.9944cos(2.4803°+69.6955°)
=8181.3780mm
铰链对斜架作用力N=1050000-804985.1382=245014.8618N,该力竖直向上。
5、斜架就位后使用绞车拖拉受力分析
斜架就位后,应满足吊车不受力时,两台单16t凿井绞车应能将斜架固定牢靠。
现将凿井绞车滚筒中心线布置在距斜架基础上平面中心线水平距离65m处P点。
此时,斜架受到三个力作用。
凿井绞车对其拉力F,重力G及支点作用力N(受力分析图见图三)。
图三斜架就位时受力分析图
(1)绞车受力分析
在ΔBOB1中
tg∠BOB1=BB1/OB1=2305.5638/(28360-300)=0.082165495
∠BOB1=tg-10.08148=4.6972°
OB=BB1/sin∠BOB1=2305.5638/sin4.6972°=28154.5596mm
OF=OBcos∠BOF=28154.5596cos(4.6972°+69.6955°)
=7574.7689mm
BF=OBsin∠BOF=28154.5596sin(4.6972°+69.6955°)
=27116.4530mm
OP=OH1+H1P=1187.8618+65000=66187.8618mm
PF=OF+OH1+H1P=7574.7689+1187.8618+65000=73762.6307mm
绞车仰角α=arctg(BF/PF)
=arctg(27116.4530/73762.6307)=20.1843°
对于铰链支点O,由力矩平衡原则,得
F·OPsinα=G·OC
其中OC=6272.8274mm
凿井绞车通过滑轮绕过吊耳,另一端固定在地锚上,单台稳车受力为F1=F2=F/4=72101.3773N。
故凿井绞车的选择满足要求。
(2)铰链受力分析
此时,根据平面力系,得
铰链对斜架水平方向作用力
Nx=Fcos20.1843°=288405.5094cos20.1843°=270693.8363N
铰链对斜架竖直方向作用力
Ny=Fsin20.1843°+G=99511.7321+1050000=1149511.7321N
铰链对斜架作用力
=1180954.011N
5、铰链受力分析
铰链销轴受力最大为摘下吊车后使用凿井绞车拖拉时,故对铰链系统验算皆以此为准。
(1)铰链销轴强度计算
单个销轴受力为
N1=N2=N/2=1180954.011/2=590477.0053N
设铰链销轴直径为D,按简支梁计算销轴所受剪力。
此时销轴所受最大剪力为N1/2。
.
τ=4Q/3A=2N1/3A≤[τ]=93Mpa
其中,A为销轴截面积
则,
取销轴直径为120mm,验算其弯曲应力。
其中,Max=N1L/4,L为销轴跨度,取L=68mm。
Wz为销轴的抗弯截面模量,Wz=πD3/32。
(2)活动折页计算
铰链销轴对单个活动折页的最大作用力N1=N2=Nmax/2=590477.0053N(活动折页形式见附图五)。
由拉曼公式得
其中:
k-动载系数,取k=1.1;
s-板孔壁厚度,mm;
d-板孔孔径,mm;
D-铰链板有效直径,mm;
活动折叶材料强度满足使用条件。
销轴对铰链活动折页作用力始终可分解成指向折页底部与垂直A—A截面的两个分力,故只需对垂直A-A截面的最大分力进行验算。
在就位时,销轴在垂直A-A截面方向分力最大。
由Ny/Nx=1149511.7321/270693.8363,得铰链所受合力N1、N2与水平方向夹角为76.7491°。
该力沿斜架中心线方向分力为N1'=N1cos(76.7491-69.6955)=586008.1035N。
活动折页焊缝计算:
焊缝长度Li=2×560=1120mm
焊缝高度h=20mm
τ=N1'/(0.7h·Li)=586008.1035/(0.7×20×1120)
=37.37Mpa<[τ]=93Mpa
故活动折页焊缝安全可靠。
图四活动折页
(3)固定折页计算
斜架对单个铰链固定折页作用力为为N1=N2=N3=N4=Nmax/4=1180954.011/4=295238.5028N。
由拉曼公式得
斜架对固定折页水平方向作用力指向基础,Nxmax=270693.8363N;竖直方向方向作用力最大为Nymax=1149511.7321N。
分别对固定折页水平焊缝及竖直焊缝进行验算:
图五固定折页
水平焊缝长度Li=500mm
焊缝高度h=20mm
τ=Nxmax/4(0.7h×Li)=70428.3/(0.7×20×500)
=9.67Mpa<[τ]=93Mpa
竖直焊缝长度Li=400×6=2400mm
焊缝高度h=16mm
τ=Nymax/4(0.7h×Li)=321542.4/(0.7×16×2400)
=11.96Mpa<[τ]=93Mpa
经验算,固定折页安全可靠。
6、吊车吊耳受力分析
吊车吊耳采用Φ273×14厚皮钢管制作,伸出长度200mm。
吊耳所受最大拉力为斜架抬头时,Tmax=833707.8652N。
σmax=Mmax/WZ
极限情况考虑,单个吊耳受力所受最大弯矩Mmax=TmaxL/2
Wz=πD3[1-(d/D)4]/32
故吊车吊耳满足使用要求。
7、凿井绞车吊耳选择
吊耳选用20t吊耳,以20t负荷进行计算(见图七)。
由拉曼公式,得
图六20t吊耳
吊耳焊缝计算:
焊缝长度Li=375×2=750mm
焊缝高度h=20mm
τ=F/(0.7×h×Li)=200000/(0.7×20×750)=19.05Mpa<[τ]=93Mpa
故凿井绞车吊耳强度及焊缝强度均满足满足使用要求。
8、预埋件计算
(1)预埋钢板焊缝受力计算
预埋钢板与预埋钢筋之间焊缝长度Li=170×2×14=4760mm
焊缝高度h=10mm
τ=Nymax/2(0.7h×Li)=1286169.7/(0.7×10×4760)
=38.6Mpa<[τ]=93Mpa
(2)预埋钢筋受力计算
斜架就位时预埋件受竖直方向向下作用力最大,单块预埋件受力N1y=Nymax/2=1149511.7321/2=574755.866N。
每块预埋钢板上钢筋布置Φ20圆钢30根(见图八)。
取70%钢筋同时受力进行计算,预埋钢筋所受剪力为
图七预埋件
9、坑式地锚计算
由以上分析可知,单台凿井绞车受力为F=72101.3773N,此时绞车与其拖拉绳绳头受力相等,F车=F绳=72101.3773N,以Fmax=100000N为标准进行计算。
因拖拉绳与绞车共用地锚,分别计算两者对地锚施加的水平力及竖直力,以其合力对地锚进行验算。
(1)稳车受力计算
凿井绞车在拖拉主斜架时,受主斜架对其拉力F车、地锚对其拉力Pt车、地面对其摩擦力Fm、地面对其支持力N以及其自身重力等五个力作用(见图八)。
在水平方向上
F车cosα=Pt车cosβ+Fm
在竖直方向上
F车sinα+N=Pt车sinβ+G
其中
β-绞车地锚绳与水平面的夹角,取β=60°;
Fm-凿井绞车与地面摩擦力,Fm=N·f1;
G-凿井绞车自重,G=136000N;
f1-凿井绞车与地面摩擦系数,取f1=0.25。
则Pt车=(4F车cosα+F车sinα-G)/(4cosβ+sinβ)
=(4×105cos20.1843°+105sin20.1843°-131000)/(4cos60°+sin60°)
=97326.12N
故凿井绞车地锚绳在水平及竖直方向上分力分别为
Pt车x=Ptcosβ=48663.06N
Pt车y=Ptsinβ=84286.89N
图八凿井绞车受力分析图
(2)拖拉绳绳端受力计算
拖拉绳与水平面的夹角地平以上β=20.1843°,锚坑出绳按45°设置,拉力按Pt绳=100000N计算。
则Pt绳x=100000cos45°=70710.68N
Pt绳y=100000sin45°=70710.68N
(3)地锚受力计算
综合以上数据可知,地锚在水平方向上与竖直方向上受力分别为
Ptx=Pt车x+Pt绳x=119373.74N
Pty=Pt车y+Pt绳y=154997.57N
合力Pt=195638.28N
水平力对土壤的压力
其中
[q]-在深度为H处土壤的容许耐压力,N/m2,按潮湿的密实的细沙地取[q]-3×105N/m2;
Ф-因承压不均匀而采用的容许耐压力折减系数,取Ф=0.4;
h1-水平以上的排木高度;
h2-水平以下的排木高度;
A-埋入件的长度,取A=4m。
在垂直作用力下的稳定性校核
G+Fm≥PtyK
B1=B2+Htgф1
Fm=Ptxƒ1
其中G-土壤的重量;
B2-锚点的坑底宽度,取B2=0.8m;
B1-锚点的坑口宽度,它与土壤的性质和坑的深度有关;
ф1-土壤的抗拔角,取ф1=26°;
H-锚坑深度,取H=4m;
γ-土壤容重,γ=1.6t/m3;
Fm-摩擦力,N;
Κ-抗拔安全系数,取Κ=2;
ƒ1-滑动摩擦系数,取ƒ1=0.25。
B1=B2+Htgф1=0.8+2tg26°=2.2632m
Fm=Ptxƒ1=119373.74×0.25=29834.44N
故G+Fm=294067.2+29834.44=323901.64>2Pty=309995.14N
埋入件计算:
埋入件采用Φ400×9mm钢管。
稳车地锚符合要求(见图九)。
图九凿井绞车地锚布置图
10、吊车选择计算
斜架起吊高度34.3m,根据以上分析,最大起吊重量为833707.8652t。
选择两台300t吊车分站两侧进行起吊,单台吊车在10m幅度、臂长40m时额定起吊重量53t,满足使用要求。
起吊钢丝绳选用4根6×37(b)-56-1670纤维绳芯钢丝绳,钢丝绳最小破断拉力为1571400N,则起吊钢丝绳安全系数为
K=(1571400×4)/833707.8652=7.54>6
安全系数满足要求。
11、拖拉绞车钢丝绳校核
凿井绞车选用6×19-32-1670钢丝绳,单绳受力F=72101.3773N。
该绳最小破断拉力为564000N,则其安全系数
K=564000/72101.3773=7.82>6
安全系数满足要求。
二、立架起立计算
立架总质量58144.3kg,中心在距底脚中心约9.85m处。
考虑到安全,立架总质量按60000kg,重心按11m计算。
立架吊耳拟采用Φ245×10mm无缝钢管制作,上端定于距底脚中心19.1m处G2-38、39中心线上,吊耳伸出长度200mm。
立架在全部吊起后受力最大,单个吊耳受力T1=T2=300000N。
吊耳强度计算:
根据立架吊车吊耳计算可知,立架吊耳满足使用要求。
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