摘 要:本文结合准朔铁路黄河特大桥的施工,介绍了大型缆索起重机安装工作索的意义,详细讲述了工作索起重系统的主索、起重索、牵引索的安全检算,得出了各项结果符合要求的结论,并提出今后安装类似工作索起重系统的可优化之处。 关键词:黄河特大桥 工作索 检算 一、前言 大型缆索起重机起重能力大,但有运行缓慢,吊运小型构件不方便的问题存在,在主缆索起重系统旁增加工作索起重系统、可以方便、灵活、快捷的安装小型构件并运送施工工具及材料,极大的提高工作效率。我们在准朔铁路黄河特大桥的施工中,在起重量280t的主缆索起重系统内侧增加了一套起重量为20t的工作索吊装系统,下面为工作索的缆索安全检算。 二、工程简介 准朔铁路黄河特大桥桥址处河道底宽305.5m,上口宽319.1m,两岸悬崖陡壁,岸边高出河底约65m,水深29m。主跨为提篮型钢管混凝土拱,跨度360m,矢高58.73m,矢跨比为1/6,拱节段最大重量280t。主桥钢管拱采用缆索起重机吊装、斜拉扣挂法施工,缆索起重机为两岸缆塔等高、双主索形式,两岸缆、扣塔分离。 工作索起重系统由6台8T卷扬机、两根主索、两组牵引绳、起重绳、跑车组成。 钢丝绳选用规格表 表2-1
名 称 | 主 索 | 起 重 索 | 牵 引 索 | 型号 | 全封闭 | 6×37+PC | 6×37+PC | 直径 | Φ55 | Φ18 | Φ26 | 单位重量(Kg/m) | 17.8 | 1.23 | 2.57 | 面积(cm2) | 16.4 | 1.11 | 2.51 | 抗拉强度(MPa) | 1730 | 1700 | 1700 | 钢丝直径(mm) | 3.6 | 0.8 | 1.2 | 破断拉力总和(KN) | 2720 | 211 | 441 |
下面以一组绳索系统为对象,进行缆索的安全检算。 三、计算依据 《起重机设计规范》 GBT3811-2008 《缆索起重机设计》 机械工业出版社 周玉申著 1993.5 《路桥施工计算手册》 人民交通出版社 周水兴等著 2001.5 《密封钢丝绳》 GB/T352-1988 《圆股钢丝绳》 GB1102-74 四、主索计算 1.主索受力计算 作用在主索上的荷载分为两部分:一是均布荷载;二是集中荷载。 ⑴均布荷载为主索自重。即: q=0.178 kN/m G=q×L=0.178×479.7=85.39KN ⑵主绳集中荷载为P=150KN ⑶最大张力计算 主索最大垂度fmax=479.7/16=30m Mmax =P(L-a)/4+qL2/8=130*(479.7-0)/4+0.178*(479.7)2/8=20710kN.m Hmax= Mmax /fmax=690KN 竖向力V=(P+G)/2=(130+85.39)/2=107.7KN 主索最大张力Tmax=(Hm2+V2)1/2=[6902+(107.7)2]1/2=698KN 主索安全系数:K=[T]/ Tmax=2720/698=3.89>[K]=3 ⑷拉应力计算 σmax=Tmax/F+P(Ek/(TmaxF))1/2/n 式中:n为主索上的跑车轮数n=8 σmax=698×103/1640+150×103×(130000/(698×103×1640))1/2/6 =425.6+150×103×0.01/6 =425+250 =675Mpa K=[σ] /σmax=1730/675=2.56>[K]=2 2.主索安装垂度计算 ⑴换算弹性模量 β=00,P =130KN, G=85.39KN 根据公式:Eη=LEl2/ΣL ΣLi=793.2m 则Eη=LEl2/ΣL=479.7×130000/793.2=78620MPa ⑵主索安装架设时的张力与初始垂度计算 主索张力方程为:Ho3+AHo2-B=0 根据主索的张力方程,计算主索的初始张力H0, 式中K1=EkFCOS2β/24=78620×10-3×1640/24 =5372KN K2=3P(P+G)+G2=3×130×(130+85.39)+ 85.392 =91293.6KN2 A=K1K2/Hmax2-Hmax=5372×91293.6/6902-690=340KN B= 3P0(P0+G)K1+K1·G2=0+5372×(85.39)2 =39169680 KN3 将数字代入Ho3+AHo2-B=0得 Ho3+340Ho2-39169680=0 解得:Ho=257KN 此时,相应的安装垂度为 f0=GL /(8H0)=85.39×479.7 /(8×257)=19.9m 3.吊点离主塔最近位置主索张Hx力及垂度fx 起吊点离主塔最近x=15m,不计温度影响则有: 主索张力方程为:Hx3+AxHx2-Bx=0 根据主索的张力方程,计算主索的初始张力H0, 式中K1=EkFCOS2β/24=78620×10-3×1640/24 =5372KN K2=3P(P+G)+G2=3×130×(130+85.39)+ 85.392 =91293.6KN K3=12PX(L-X)(P+G)=12×130×15×(479.7-15) ×(130+85.39) =2342146552KN2·M2 Ax=K1K2/Hmax2-Hmax=5372×91293.6/6902-690=340KN Bx=K1(G2+ K3/L2)=5372×[(85.39)2+2342146552/(479.7) 2] =5372×[(85.39)2+10178] =93845897KN3 将数字代入Ho3+AHo2-B=0得 Hx3+340Hx2-93845897=0 解得:Hx=365KN 此时,相应的安装垂度为 f0=gX(L-X) /(2Hx)+PX(L-X)/(HxL) =0.178×15×(479.7-15)/(2×365) +150×15×(479.7-15)/(365×479.7) =1.7+6.0 =7.7m 五、起重索计算 1.卷扬机端钢绳拉力T 起重索为一根Φ18钢丝绳,采用滑车组绕4线,则起重绳绕过卷扬机端的拉力T按下式计算 T= P/(nη1mη2μ) n-工作绳线数,n=4 P-起吊总重,P=130KN μ-转向滑轮轮数,μ=2 η1-滑轮组效率 η2-转向滑轮效率 m-滑轮组轮数为3 查表知nη1mη2μ=3.47 T=130/3.47=37.4KN 安全系数:K=211/37.4=5.6>[K]=5 2.应力计算 σmax=Tmax/F+ Ekd/Dmax 式中:d为主索的钢丝直径d=0.8mm, Dmax为平滚最小直径Dmax=300mm σmax=37.4×103/111+75600×0.8/300 =336.9+201.6=538.5Mpa K=[σ] /σmax=1700/538.5=3.15>[K]=2 六、牵引索计算 1.跑车的最大升角计算 根据主索计算知,取X=15m,P2=130KN时 Hx=3651KN f2=6.9m 此时,主索的升角为 θ=tg-1[(L-2X)(g+P/L)/(2Hx)] = tg-1[(479.7-2×15)(0.0257+130/479.7)/2/365] = tg-1(449.7 ×0.3/730) =10.50 2、牵引力计算 (1)跑车运行阻力使牵引索产生的牵引力 T1=P(sinθ+μcosθ)=130(sin10.50+0.008cos10.50)=24.7KN 式中,μ为跑车轮与主索的摩阻系数,μ=0.008 (2)起重索运行阻力 T2=T起(1-ηm) =37.4[1-(0.98)4]=2.9KN 式中,球轴承η=0.98,m=4 (3)后牵引索的自然张力T3 T3=g(l-X)2/(8f2)=0.0257×(130-15)2/8/7.7=5.52KN 总牵引力T =T1+T2+T3=33.1KN。 最大牵引力: T牵=(T+2Lg)(2-ηm)=( 33.1+2×479.7×0.0257)(2-0.983)=61.1 KN 安全系数:K=[T]/ T=441/59.6=7.4>[K]=3 牵引索的接触应力和安全系数为: σ=T/A+Ekd/D =61.1×103/251+0.75×105×0.0012/0.5 =243+180 =423(Mpa) 安全系数:K=[σ]/σ=1700/423=4>[K]=3 七、结论 该工作索卷扬机均选用8T卷扬机,通过检算,证明卷扬机、主索、起重索、牵引索的选用是安全的。如果今后安装同类工作索起重系统,缆塔间跨度较小,卷扬机容绳量无特殊要求,起重卷扬机可以选用5t卷扬机。
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