架桥机计算书

一、设计规范及参考文献 ................................... 1 二.架桥机设计荷载 ........................................ 1 三.架桥机倾覆稳定性计算 .................................. 2 四.结构分析 .............................................. 4 五.架桥机1号、2号车横梁检算 ............................ 5 六.架桥机0号立柱横梁计算 ................................ 6 七、1号车横梁及0号柱横梁挠度计算 ....................... 8 八.150型分配梁：（1号车处） .............................. 9 九、0号柱承载力检算 .................................... 10 十、起吊系统检算 ........................................ 11 十一 .架桥机导梁整体稳定性计算 .......................... 12 十二.导梁天车走道梁计算 ................................. 13 十三.吊梁天车横梁计算 ................................... 14

一、设计规范及参考文献

（一） 重机设计规范（GB3811-83） （二）钢结构设计规范（GBJ17-88） （三）公路桥涵施工规范（041-89） （四）公路桥涵设计规范（JTJ021-89）

（五）石家庄铁道学院《GFJT-40/300拆装式架桥机设计计算书》 （六）梁体按30米箱梁100吨计。

二.架桥机设计荷载

（一）.垂直荷载

梁重:Q1=100t

单个天车重：Q2=20t（含卷扬机、天车重、天车横梁重） 主梁、桁架及桥面系均部荷载：q=0.67t/m×1.1=0.74t/m 前支腿总重: Q3=4t 中支腿总重：Q4=2t 1号承重梁总重：Q5=34t 2号承重梁总重：Q6=34t 2#号横梁Q7=12t 梁增重系数取：1.1 活载冲击系数取：1.2 不均匀系数取：1.1

（二）．水平荷载

1.风荷载

a. 设计取工作状态最大风力，风压为7级风的最大风压：

q1=19kg/m2

b. 非工作计算状态风压，设计为11级的最大风压; q2=66kg/m2

(以上数据参照石家庄铁道学院《GFJT-40/300拆装式架桥机设计计算书》) 2.运行惯性力： Ф=1.1

三.架桥机倾覆稳定性计算

(一) 架桥机纵向稳定性计算

架桥机纵向稳定性最不利情况出现在架桥机悬臂前行阶段，该工况下架桥机的支柱已经翻起，1号天车及2号天车退至架桥机尾部作为配重，计算简图见图1（单位 m）:

图中

P1=4t （前支柱自重）

P2=0.74×22=16.28t （导梁后段自重） P3=0.74×30=22.2t （导梁前段自重）

P5= P4=20t （含卷扬机、天车重、天车横梁重）

P6为风荷载，按11级风的最大风压下的横向风荷载，所有迎风面均按实体计算， P6=ΣCKnqAi =1.2×1.39×66×(0.7+0.584+0.245+2.25+0.3+0.7+0.8+1.5) ×12.9=10053kg=10.05t

作用在轨面以上5.5m处

M抗=16.28×11+20×（11+4+5）+20×(11+5) =899.08t.m M倾=4×30+22.2×15+10.05×5.5=508.275t.m 架桥机纵向抗倾覆安全系数

n=M抗/M倾 =899.08/(508.275×1.1)=1.61>1.3 <可)

(二) 架桥机横向倾覆稳定性计算

1. 正常工作状态下稳定性计算

架桥机横向倾覆稳定性最不利情况发生在架边梁就位时，最不利位置在1号天车位置，检算时可偏于安全的将整个架桥机荷载全部简化到该处，计算简图如图 P1为架桥机自重（不含起重车），作用在两支点中心（其中天车横梁重6t）

P1=（16.28+22.2）×2+12×2+6×2=112.96 t

P2为导梁承受的风荷载，作用点在支点以上3.8m处，导梁迎风面积按实体面积计，导梁形状系数取1.6。

A=(1+η1)(1+η2) ФA 其中：η1=0.53 η2=0.5 A=（1+0.53）（1+0.5）×62×2.25=320.15m2

风荷载P2=CkhεA

=1.6×1.39×19×320.15=13528kg=13.53t

P3为天车导梁承受的风荷载，作用点在支点以上5.5m处，迎风面积按实体计算，导梁形状系数取1.6。

P3=2×1.39×1.6×19×0.8×0.46×4=124.4kg=0.1244t P4为架桥机起重小车重量

P4=20×2+100×1.1=150t

P5为架桥机起重小车及梁体所受的风荷载，作用在支点以上7.2m处，

P5=1.39×1.6×19×（3×2×2+2×30）=3042.432kg =3.042 t 图2所示A点为倾覆支点，对 A点取矩： M倾=P2×3.8+P3×5.5+P4×0.5+P5×7.2

=13.53×3.8+0.1244×5.5+150×0.5+3.042×7.2=149.00 t·m M抗= P1×2=112.96×2=225.92t·m 架桥机工作条件横向抗倾覆安全系数

n=M抗/M倾 =225.92/（149×1.1）=1.38>1.3 <可)

2. 非工作条件下稳定性计算

架桥机悬臂前行时自重荷载全部由车体承担，在横向风荷载作用下，其稳 定性见图3。

与图2相比，架桥机在提的梁为倾覆作用时，架桥机有N=2.26的横向抗倾系数，而图3中已经没有提梁，故此不用计算而得出结论它的抗倾系数满足要求。

结论：架桥机稳定性符合规范要求

四.结构分析

（一）、荷载取值：

桁架及桥面系均部荷载0.67t/节×1.1=0.74t/节(单边)，荷载（100+20×2）×1.2=168.00t。其余荷载取值见前。

纵向走行天车轮距为2m ,当天车居于天车横梁跨中时，单片空载轮压集中力为（20+6）/4=6.5t，负荷轮压集中力为（6+168）/4=43.5t，架边梁时轮压集中力为（重边）：6/4+168/2=85.5t，（轻边）6/4=1.5t.吊梁小车轮压集中力168/4=42t（轮距1.6m）。

（二）、分析计算：

根据以上荷载值，按桁架进行分析，计算过程由有限元分析程序SAP 93来完成。工况取:(1)架桥机前移，(2)1号天车提梁，(3)2号天车提梁，(4)1号天车至跨中、(5)中梁就位，(6)边梁就位6种工况进行计算，计算得前悬臂端最大挠度852.6mm，考虑到桁架空多，加1.1的系数，852.6×1.1=937.86mm，待架孔导梁跨中最大挠度71mm，考虑到桁架空多，加1.1的系数，71×1.1=78mm，天车横梁跨中最大挠度?28mm.导梁结构图见图4

各杆件在工况1，5，6的杆件内力见附加图 各工况的轴重见图5

杆见最大内力汇总表

名称 上弦杆 下弦杆 立杆 斜杆 计算最大内力（T） +232.79 -228.02 -90.408 -57.6 允许内力（T） 备注 272 266 119.0 73.6 工况1B附近 工况1B附近 工况6C附近 工况6C附近 注：受拉为+，受压为-

6种工况各支点最大反力（单边）如下：（单位：吨）

支点 工况 工况1 工况2 工况3 工况4 工况5 工况6 重边 轻边 A 2.345 67.145 69.14 45.457 26.39 25.86 26.93 B 98.73 40.429 74.95 77.571 76.89 111.383 42.398 C 0 23.333 23.14 40.502 60.245 95.29 25.406 五.架桥机1号、2号车横梁检算

架桥机1号、2号车横梁设计采用16Mn钢，顶板厚度为12mm，底板厚度为12mm，用

图6160×168×14.5两根工字钢做支撑，截面形式如图6。 截面特性如下：查工字钢表有S=146.45cm2,I=68512.5cm4 A=145.45×2×100+12×406×2=3903 mm2

I=68512.5×104×2+12×406× (560+6) 2×2=4.49-3m4 计算图示如下图7(单位 m):

架桥机在吊边梁对位时由导梁传到横梁的最大压力为93.75t. 1. 应力计算

两导梁中心距L=5.1m

悬臂长度L=1m,最大集中荷载P=93.75t 横梁支点弯矩：M=93.75×1=93.75t·m

则翼缘板应力： 腹板最大应力： 局部压应力

Lz=22×4+(12+25)×2=162mm 换算应力： 2.（1）整体稳定性

b0=268-14.5=253.5mm h/b0=584/253.5=2.3<6 l/b0=11600/253.5=45.76〈65

故不必计算其整体稳定性 (见《钢结构设计手册》P28) 。

（2）局部稳定性计算

翼缘板局部稳定

b0/t=253.5/12=21.125 <[ b0 /t]=33 <可〉 b/t=76.75/12=6.4< [b /t]=12.4 〈可〉 腹板局部稳定： 不需设加劲板。

为安全起见，在直接受力处加了厚10mm的内加劲肋和厚16mm的外加劲肋，同时，其他位置布置间距为1m的，厚10mm的内加劲肋。

由于焊缝按一级焊缝质量验收，其强度与钢板相同，故在此不检算而其强度认为其强度足够。

经计算联结处强度满足要求。

六.架桥机0号立柱横梁计算

1. 设计说明和基本依据

架桥机前支柱由支柱横梁和立柱组成，立柱共计4根，在工作状态下，仅考虑外侧2根立柱承受竖向荷载，内侧2根只起横向稳定作用。

前支腿最大荷载发生在架桥机吊梁就位时，端构架竖杆内力为36.8t（由电算分析），此时由导梁传向横梁的荷载为P=71.14t. 2. 立柱横梁承载力检算 （1）应力检算

支柱横梁采用箱形断面，如图8。设计采用16Mn钢板，顶板和底板厚度为14mm,腹板

厚10mm。 特性如下：

I=[0.380×0.463-(0.38-2╳0.01) ×0.4323]/12=0.000664m4 导梁支点悬出立柱中心位置0.85 m，则 M=71.14×0.85=60.469t·m 翼缘应力：

MyI60.4690.2316025t/m2209.56MPa[]210MPa 〈可〉

0.000664腹板剪应力： 局部压应力

lz=(120×2+10)×2+2×14=528mm 换算应力：

232209.562363.582236.7MPa1.1[σ]230MPa〈可〉

焊缝强度与钢板等强，可不必进行计算。 3. （1）整体稳定性 b0=200-10-10=180

h/b0=460/180=2.556<6 l/b0=11600/180=64.44<65

故可不必进行整体稳定性验算 (见《钢结构设计手册》P28) 。

（2）局部稳定性计算 翼缘板局部稳定：

b0/t=180/14=12.86<[ b0/t]=33 (可) b/t=90/14=6.43<[b/t]=12.4 (可) 腹板局部稳定

故不需设加劲板，为安全起见，在直接受力处加了厚10mm的内加劲肋和厚16mm的外加劲肋，同时，其他位置布置间距为1m的，厚10mm的内加劲肋。

由于焊缝按一级焊缝质量验收，其强度与钢板相同，故在此不检算而其强度认为其强度足够。

经计算联结处强度满足要求。

七、1号车横梁及0号柱横梁挠度计算

由于横梁刚性较大，可不计自重产生的挠度 计算图示如下图10：

P1P2图 1. 1号车横梁挠度计算：

m=1m l=5.1m EI=8.98×108 当P1=P2=71.93t λ=m/l=1/9.6=0.1042

71.93104129.6(320.1042)3fcfd(32)4.1110m当P1= 93.75t 86EI68.9810Pm2lP2=32.73t时，

可以把C点的P1分解开，P1=P1’+P2有 P1’=93.75-32.73=61.02t fd=m×θB=1×0.001087=1.087×10-3m

fc=1.871+2.401=4.272mm fd=1.87+1.087=2.957mm

有悬臂挠引起的导梁上口轨距变化最大d计算如下 4.271/1=d1/(2.25+.245) d1=10.656 mm 2.957/1=d2/(2.25+.245) d2=7.38 mm 故 d=d1+d2=10.656+7.38=18.03 mm 2. 0号车横梁挠度计算： m=0.65m l=10.3m EI=1.328×108 当P1=P2=44.89t

λ=m/l=0.65/10.3=0.0631

44.891040.65210.3(320.0631)fcfd(32)当P1= 71.14t P2=18.63t6EI61.3281087.66103m时，

可以把C点的P1分解开，P1=P1’+P2有 P1’=71.14-18.63=52.51t fd=m ×θB=065×0.0044=0.00286 m fc=3.181+6.098=9.279mm fd=3.181+2.86=6.041mm

有悬臂挠引起的导梁上口轨距变化最大d计算如下 6.041/1=d1/(2.25+.245) d1=23.19 mm 9.279/1=d2/(2.25+.245) d2=35.62mm 故 d=d1+d2=58.81mm

综上计算，天车咬合总间距为58.81mm,(100-70)×2=60mm可

Pm2l八.150型分配梁：（1号车处）

截面形式如上图11：（单位mm）

100400100201620600截面特性： A=0.6×0.02×2+2×0.36×0.016=0.03552m2 跨中集中荷载P=93.75+764/1000=94.514 t 最大弯矩：Mpl94.5141.535.443tm 44支点反力：：R=94.514/2=47.257 t

My35.4431040.2671.4610Pa71.46MPa210MPa 弯曲应力：4I9.9210腹板最大剪应力：

QS47.257104(0.60.020.19)6max33.9410pa4局部压应力 I9.921020.01633.94MPa[]140MPalz=600+2×20=640mm 换算应力：

23271.46233.94292.53MPa1.1[]231MPa 可

九、0号柱承载力检算

立柱采用Φ219mm无缝钢管，壁厚12mm（内管Φ192mm，壁厚13mm），一侧立柱由两根组成，中间用Φ60×5mm钢管作为连接。

1. 若按两根钢管同受力，其截面形式如右图12所示，其失稳方向为绕y轴失稳(加’为以

40016内钢管为准)。 图12

截面特性： 图13 按一端固结，一端铰接计算 长细比ul0.73.634.4[]150 ry0.0733长细比'ul0.73.639.71[]150 ry0.06345由长细比，可按a类构件查表3.4-5（《钢结构设计手册》594页），取安全系数n=2，得应力折减系数分别为Φ=0.9538，Φ=0.94187

N271.1410495.6MPa[]210MPa 〈可〉 应力A0.95380.0156N271.14104103.047MPa[]210MPa 〈可〉 应力'A0.941870.01462. 只考虑外侧单根受力，内侧一根作为一种约束，则应力：（图见13） 按一端固结，一端铰接计算 长细比ul0.73.639.7[]150 ry0.0635由长细比，可按a类构件查表3.4-5（《钢结构设计手册》594页），取安全系数n=2，得应力折减系数分别为Φ=0.9419

N271.14104206.93MPa[]210MPa 可 应力A0.94190.0073十、起吊系统检算

1. 起升系统检算

起升卷样机5t，8轮100t滑车组，Φ24.5mm钢丝绳走16。 起升荷载Q=57.2t（实际净吊重为40t）,

1(1n)0.96(10.9616)0.72 滑车组效率：En116(10.96)所需牵引力：P57.24.965t5t 〈可〉 nE160.72选用公称抗拉强度为1700MPa的钢丝绳，查表得其破段拉应力为38.1t，考虑钢丝间受力不均和内力的存在，按0.7折减。

安全系数n=38.11×6×0.7/57.2=7.46〉6 〈可〉

2. 吊两千斤绳验算

选用6×37丝φ36.5mm ,10股公称抗拉强度为1700MPa的钢丝绳，查表得其破段拉应力为83.9t，考虑钢丝间受力不均和内力的存在，按0.7折减。

安全系数n=83.9×10×0.7/57.2=10.27〉10 〈可〉

十一 .架桥机导梁整体稳定性计算

导梁的整体稳定性计算可近似为一实体钢梁。导梁在0号支柱、1号腿2号腿处有横向支撑或横向联结，故不必在此处检算导梁纵体稳定

1．导梁跨中主弦杆截面形式见下图14：（单位：cm） A=（93.2-11.2）╳8=656cm2 Ix=656×1002=6560000cm4 Iy=656×502=1640000cm2

Wx=Ix/y=5660000/(100+12.5)=58311.11cm3 Wy=Iy/x=1640000/(50+12.5)=26240cm3 λx=l0/rx=3200/100=32 λy=l0/ry=3200/50=64

查表Q235(b类构件)得：φx=0.929, φy=0.786 竖向荷载在跨中产生的最大弯矩：

Mx=R×16-q×162/2=23.36×16×2-1.42×162/2=565.76t·m 横向风力产生在导梁跨中最大弯矩：按7级风压检算（W0=19kg/m2） W=K1K2K3K4W0=1×0.4×1.0×1.2×19=9.12kg/m 计算原理：

Mx,My——绕强轴和弱轴作用的最大弯矩. Wx,Wy——按受压边缘确定的强轴和弱轴的抵抗矩 ф——绕强轴弯曲所确定的整体稳定系数 [f]——允许抗压强度值

横向风力作用在导梁上引起的跨中弯矩，这里近似按简支梁计算导梁跨中风力弯矩

My=2×9.12×2.495×(322/8)×10-3=6.0t·m

MxMy565.761046104107.35MPa[f]170MPa2．当架桥机xWxyWy0.92958311.110.78626240前行时，B点截面及截面特性同上有：

Wx=58311.11cm3 Wy=26240cm3 φx=0.929, φy=0.786 竖向最大弯矩Mx=ql2/2=1.42×322/2+32×5.6=906.24 t.m

横向最大弯矩（取7级风压）My=ql2/2=2×10-3×9.12×2.495×322/2=23.30t.m

十二.导梁天车走道梁计算

考虑导梁上弦杆杰间不能承受轮压集中荷载，故钢枕（16b工字钢, [σ]=215MPa, W=141cm3）间距取1.0m，均置于节点上，钢轨采用P50,允许弯应力[σ]=400MPa, W=287.2cm3钢轨受弯按按简支梁计算，最大轮压为P=31.55332t，行走轮压17.988t 1．钢轨

Mmax=pl/4=1×31.55332×0.7/4=5.5216 t·m

σ=5.522×104/287.2=192.26MPa<[σ]=400 满足规范要求。 2．工字钢

行走时：

M= pl/4=1×17.988×0.7/4=3.1479 t·m

σ=3.1479×104/141=223.26Mpa<1.05[σ]=215×1.05=225.75Mpa可 1米一根工字钢不能少。

3．架梁时由于轮压增加，在架梁时轮下工字钢按0.5米一根放置

十三.吊梁天车横梁计算

（一） 受力计算

架桥机天车横梁设计采用16Mn钢，顶板厚度为20mm，底板厚度为20mm截面形式如图15。

图15截面特性如下：

A=20×2×460+16×(800-40)=30560 mm2 I=20×460×4002×2=2.944╳10-3m4

架桥机在架梁全过程中弯矩最大为活载在跨中， 应力计算

横梁支点弯矩：M=16.25×2×11.6/4=94.25t·m 则翼缘板应力： 腹板最大应力：

局部压应力 lz=460+20×2=500mm 换算应力：

（二）.天车横梁稳定性计算

图171．横梁整体稳定性计算见图17 (1).惯性力产生的倾覆力矩

P=QV/gt Q为自重， V为行车速度，V=3.0m/min g为重力加速度 ,取10m/S2, t为刹车时间, t=2s ① 小车产生的惯性力矩 Q1=10t h1=1.85m M惯1=

1031.850.04625tm

10260② 横梁惯性力矩

Q2=6.4t h2=1.1m M惯2=

6.431.10.0176tm

10260③ 混凝土梁体产生的惯性力矩 Q3=80×1.1=88t h3=3.05m M惯3=

8833.050.671tm

10260M惯= M惯1+ M惯2+ M惯3=0.73485t?m

(2).风力产生的倾覆力矩

按7级风力计算，q=19kg/m2=0.019t/m2,迎风面积均按实体计算。

P风=ΣCKnqAi, c=1.6, K=1.39 ① 小车风力产生的力矩

P1=1.6×1.39×0.019×2×2=0.169t M1=0.169×1.85=0.313 t.m ② 横梁风力产生的力矩

P2=1.6×1.39×0.019×13.1×0.8=0.443t M2=0.443×1.1=0.487 t.m ③ 混凝土纵向风力产生的力矩

P3=1.6×1.39×0.019×3.2×2.5=0.338t M3=0.338×3.05=1.0309 t.m M风= M1+ M2+ M3=1.8309 t.m

M倾= M风+ M惯=2.56575 t.m (3).梁体自重产生的抗倾覆力矩

小车自重：W1=10t, 横梁自重：W2=6.4t 混凝土自重：W3=80×1.1=88t

抗倾覆力矩为 （d=1.0m,轮间距为2.0m） W= W1+ W2+W3/2=10+6.4+88/2=60.4t

则 M稳=60.4×1.0=60.4 t.m (4).抗倾覆安全系数

n= M稳/ M倾=60.4/2.56575=23.54〉1.3 〈可〉 因此，横梁整体满足稳定性要求。 2．横梁单个稳定性计算见图15和16

由于工字钢两端有连接，计算长细比时按0.46米，外加0.75的系数以 考虑工字钢两端有连接

11.6×0.75/0.46=18.9<20 可 一．1#，2#横梁连接处计算 1． 讨论最大受力

当P1=P2=71.93 t 时 MA=71.93 T.M QA=0

当P1=93.75 t P2=32.73 t 时 有RX=100.11 t RY=26.37 t

MA=63.24 T.M QA=93.75-32.73=61.02 t （偏安全） 有MAMAX=71.93 T.M 假定QAMAX=93.75-32.73=61.02 t 2．构造要求：

2×90.2=180.4<200 mm可

1.5×90.2=135.3<140 mm可 3×90.2=270.6<304 mm可 3.销子受弯：

（14.5+32+40）×2=173<5×90=450 mm 可以不考虑销子受弯而认为强度满足要求。

4．MAMAX和 作用 Q 计算简中销子为T心距为

Q有

T.M T则

T=MAMAX/0.304=71.93/0.304=236.61 t

Q= QAMAX/2=61.02/2=30.51 t

销子的面积S=0.25×3.14×902=6361.7 mm2

(1) T的作用下：t=T/S=236.61×104/6361.7=371.93 MPa <500MPa (2) Q的作用下：q=Q/S=30.51×104/6361.7=47.96 MPA <500MPa

σ2(3) 合力的作用3τ2371.932347.962381.10MPa1.1[]550MPaQAMAX的共同

图见右（图φ90mm,中304mm）： MAMAX=71.93 QAMAX=61.02 t

5．连接钢板

（1）． 从上图中（1）的位置破坏(架’为内侧的钢板)：

S=200×（14.5+32）×2=18600 mm2 S’=200×40×2=16000mm2

t=T/S=236.61×104/18600=127.21 Mpa < 210MPa t’=T/S=236.61×104/16000=147.88 Mpa < 210 MPa 满足要求。 （2）1-1截面上破坏：

I=12×2×406×

(560+6)2=3.12×109mm4=3.12×10-3m4

满足要求。 (3).Q的作用

S=(584-90.2×2)×14.5×2=11704.4mm2 τ=Q/S=61.02×10000/11704.4=52.13Mpa<140MPa (4).合力作用

σ23τ267.322352.132112.63MPa1.1[]231MPa1二.0#横梁连接处计算

1． 讨论最大受力图见下页

由前面讨论知，有MAMAX=44.89×0.65=29.1785 T.M QAMAX=71.14-18.63=52.51 t

P1P22．构造要求：

2×70.5=141<200 mm可

1.5×70.5=105.75≈100 mm可 3×70.5=211.5<260 mm可 3.销子受弯：

（10+32+40）×2=164<5×70=350 mm 可以不考虑销子受弯而认为强度满足要求。

4．MAMAX和 QAMAX的共同作用 计算简图为φ70mm,中有T.M

见右（图中销子

QTQT心距为260mm）： MAMAX=29.1785 QAMAX=52.51 t 则

T=MAMAX/0.26=29.1785/0.26=112.2251 t

Q= QAMAX/2=52.51/2=26.255 t

销子的面积S=0.25×3.14×702=3848.45 mm2

T的作用下：t=T/S=112.225×104/3848.45=291.61 MPa <500MPa Q的作用下：q=Q/S=26.225×104/3848.45=68.22 MPA

<500Mpa

合力的作用σ23τ2291.612368.222314.64MPa1.1[]550MPa5．连接钢板

（1）． 从上图中（1）的位置破坏(架’为内侧的钢板)：

S=200×（10+32）×2=16800 mm2 S’=200×40×2=16000mm2

t=T/S=112.225×104/16800=66.8 Mpa < 210MPa t’=T/S=112.225×104/16000=70.14 Mpa < 210 MPa 满足要求。

（2）1-1截面上破坏：

I=14×2×380×(230-7)2=5.29×108mm4=5.29×10-4m4

满足要求。 (3).Q的作用

S=(460-70.5×2)×10×2=6380mm2 (4).合力作用