《专业施工组织设计应急预案》龙门吊结构计算及施工方案案例.doc

龙门吊结构计算及施工方案目 录一、工程概况二、轨道设计三、支架系统四、施工工艺五、龙门吊应力计算六、起升机构设计计算七、小车机构设计计算八、减速器以及链传动计算九、大车运行计算十、龙门吊起重机计算十一、龙门吊拼装方案十二、梁板吊施工方案编制依据 1起重设备安装工程施工及验收规范JBJ31-96 2相关资料 一、工程概况1、概述仙花店高架桥，全长600M，24跨，每跨为25M预制箱梁。梁板预制场位于仙花店高架桥的小桩号路基上，梁板最大重量77吨，起吊采用双龙门吊，自重为60吨。2、施工特点梁板预制场为石方路基挖方段，地质条件较好。龙门吊施工作业的以移梁板为主，施工期间无须其他起重机械辅助，该桥的上部结构均为安装构件，安装工艺简捷，安装精确。二、轨道的设计1、纵向轨道梁：龙门吊大车行车系统设计间距为35.0m，考虑到在使用过程中对称均匀受力，初步将的设计跨度定为25.5m，轨道拟采用铁轨，设计最大单轮压力为26t，每组滑车的前后轮距为1.8m，结合轨枕的布置，取如下计算图求。 当荷载作用在处时为弯距最不利位置：查弯距影响线图表得：Mmax=2×l×f/2 =0.289×25.5×52t/2 =191.607t.m<M0 =224.64t.m 最大挠度查表得：Fmax=K×（pl3/100EI）式中：K挠度系数取为2.716P为集中荷载为52tL为计算跨度25.5mE弹性模量为2.1×107t/m2I惯矩为7.515×105cm4Fmax=2.716×(52/123)/(100×2.1×107×0.007515) =0.55×10-2m=5.5mm<l/600=45 mm 剪力计算：Vmax=K×P =1.34×52 =69.68t<V0 =69.89t故均符合要求2、沉降计算：简化计算如下：S=c+k=Nl0/EA+2Nh/3EA+N/COA0式中：N竖向压力为N=52tE材料弹模 E=2.1×105N/mm2L0架体高度L0=10.85mH架体支撑长h=2m A横断面积 A=20106mm2CO地基竖向地基系数CO=mohMO为比例系数，岩石土层取MO=3000KN/m4则CO=3000×103/10.2×1.71×104 =5.13×10-2N/mm3A0底平面的作用面积A0=（d/2+h.tg/4）2或A0=1/4l12 取两者中的小值。为土的内磨擦角取=75。L1为两排桩间距取2.0m。A01=（d/2+htg4/4）2 =×(800/2+1.71×104×tg75/4)2 =7.3×106mm2A02=1/4l12 =1/4××20002 =3.14×106mm2取AO=3.14×106mm2则：S=Nl0/EA+2Nh/3EA+N/COAO=1.285+1.35+3.1=5.735mm但在实际使用过程中，作用在单轨道上的压力均小于52t，故单轨道的沉降均在5mm以内，能够满足使用要求。三、支架系统：结合龙门吊吊装拱肋，安装过程中各分节节段采用少支架系统支承，小拱分三节吊装，大拱分七节吊装，吊装时单节最大重量控制在10t以内，则小拱拱肋吊装时，一跨共需4个支架，大拱吊装时需要12个支架，上部拼装万能杆件桁架。单柱承载能力仍然为52t，支架系统在拱肋安装荷载作用下的内力及变形，在这里不作详细计算，但在实际过程中，应根据其荷载的分配情况对支架的水平偏位和压缩变形作详细计算，便于控制拱肋的安装精度。四、施工工艺 1、工艺流程在这里将分为1#拱、2#拱、为3#拱，、4#拱，其施工工艺流程如图所示。场面平整 预制场建设 轨道购置 地基硬化 距离测定 支架进场 搭龙门吊 墩身施工 1#、4#小拱施工搭设支架 1#、4#下层结构施工 2#、4#小拱施工 搭设支架箱梁施工 龙门吊拼装 2#、4#下层结构施工搭设支架 3#拱施工 3#下层结构 小拱上层结构施工 3#上层结构施工 桥面系施工 交 工 验 收施工工艺流程图5-12、龙门吊拼装龙门吊拼装时应将龙门吊的行走系统安装上轨道，并与轨道固结，分别拼装两侧立柱，考虑到在拼装过程中的侧向稳定性，在立柱拼装时，应在其四角各设一根缆风。同时在龙门吊横梁垂直投影位置，拼装横梁，并将左右两片横梁按0.8米的净间距锁定，安好天车轨道和天车，天车也应与横梁锁定，等立柱和横梁均拼装好后，在立柱顶上各设1组滑车，将横梁提升至立柱的固定杆处，与立柱对接。横梁安装就位后，将天车、行走系统的固结、两横梁间的锁定及立柱缆风解除，对龙门吊进行调试。在安装大拱前需将两台龙门吊的高度升至同一高度，考虑到不影响其它作业点的正常运作，应选择轨道中间适当的位置，由于拱肋安装时是用两台龙门吊来共同拼装，为保证龙门吊有足够的稳定性，可将两台龙门吊的立柱与轨道轴线方向连成整体，并将其行走系统与轨道固结，首先在两龙门吊立柱各设一道横梁，用龙门吊起吊至与立柱对接，在拼装时必需采取措施保证立柱的侧向稳定，将天车与横梁锁定，并将两横梁锁定，在立柱顶上各设四组滑车将横梁悬吊后，解除横梁与立柱之间的联结，将横梁提升至需要的高度后，与立柱对接，再解除横梁与天车及横梁之间的锁定，将其与立柱之间的联接解除，经检查确认上述步骤均完成后，解除龙门吊行走系统与轨道之间的固结，对龙门吊进行调试，直到龙门吊的各项性能均达到了设计要求后，方可进行吊装施工。五、龙门吊应力计算1、设计条件. 计算风速最大工作风速： 6级最大非工作风速：10级(不加锚定)最大非工作风速：12级(加锚定). 起升载荷Q=40吨 . 起升速度满载：v=1 m/min 空载：v=2 m/min小车运行速度：满载：v=3 m/min空载：v=6 m/min 大车运行速度：满载：v=5 m/min空载：v=10 m/min 采用单轨双轮支承型式。 跨度35米，净空跨度15米。 起升高度:H上=10米 2、 轮压及稳定性计算(1) 载荷计算起升载荷：Q=40t自重载荷 小车自重 G1=6.7t龙门架自重 G2=60t大车运行机构自重 G3=10t司机室 G4=0.5t电气 G5=1.5t载荷计算 名称正面侧面风力系数C高度系数Kh挡风面积A计算结果CKhA高度h风力系数C高度系数Kh挡风面积A计算结果CKhA高度h货物1.20.52.251.35131.20.52.251.3513小车1.10.431.32141.10.431.3214司机室1.10.42.51.1151.10.42.51.115门架1.60.4138.32141.60.453.215大车1.10.420.880.51.10.420.880.5合计37.512.9737.511.8 工作风压：q=114 N/m q=190 N/m 正面： Fw=37.5x23.7KN=798.75KN Fw=37.5x11.7KN=263.25KN （2）轮压计算小车位于最外端，类风垂直于龙门吊正面吹大车, 运行机构起制动，并考虑惯性力的方向与风载方向相同。龙门吊自重：G=G1+ G2+G3+G4+G5=6.7+60+10+2=78.7t 起升载荷： Q=40t 水平风载荷：Fw=9.86t水平风载荷对轨道面的力矩：Mw=9.86 X 44.8=441.7 tm水平惯性力:Fa=(G+Q) X a =(78.7+40) X 0.2 X 1000 =2.374 X 1000 N =2.374 t水平惯性力对轨道面的力矩：Ma = 2.374 X 15=35.61tm总的水平力力矩： M1 = Ma+ Mw=38 tm小车对中心线的力矩：M2=（6.7+40）X13.5=630.45tm最大腿压： Pmax=0.25 (G+Q) + M1/2L + Mq/2K =0.25 118.7 + 38/54 + 747.2/84 =30最大工作轮压：Rmax= Pmax/4 =7.5t(3) 稳定性计算 工况1：无风、静载，由于起升载荷在倾覆边内侧, 故满足 M>0 工况2：有风、动载，M=0.95 (78.7+40) 27-630.45 =2414. 2>0 工况3：突然卸载或吊具脱落，按规范不需验算 为防止龙门吊倾覆或移动，龙门吊设置风缆。 六 起升机构设计计算（一） 设计参数1 起重量： Q=40t 2 起升速度： V吊=1m/sV空=2m/s3 钢丝绳倍率: q=4（二） 钢丝绳计算Smax=Q/(qa)Q=40t=4000Kgq倍率， q=4a 卷入卷筒根数 a=2=0.97Smax=Q/(qa)=40000/(240.97)=5.1510Kg选择 6w(19)-20-185-光Sp=S=0.8530.25=25.70t> n Smax=5 5.15=25.75t(三) 电动机的选择及校核 KW选择变速调速电机 YTSZ180L-8 额定功率： 9Kw 额定转矩： 140.1Nm 额定转速： 735r/min 转动惯量： 0.285Kgm2 重量： 250Kg 过载系数：2.8过载校核: Pn=11KW>5.9KW 满足要求。七 小车机构设计计算（一） 确定车轮直径小车采用2轮布置，轮距2.5m。小车自重引起的轮压Rt Rt=1.3×(6.7×10000) ÷4×1.1=22000N 起升载荷引起的轮压 Rt=1.1×(40×10000) ÷4=110000N 最大轮压： Rmax=7.5×103最小轮压： Rmin=2.5×103车轮的等效疲劳计算载荷Rc=(2 Rmax+ Rmin)÷3=4.12×103 采用圆柱车轮和铁路轨道，初选车轮直径400，铁路轨道P43，车轮材料为45号钢，踏面硬度HB=300380,硬度层为15mm,P43轨道是凸形，曲率半径R=300mm. 车轮的许用轮压为： C1-车轮转速系数，车轮的转数 C2-运行机构工作级别系数，1 K2-与车轮材料有关的电接触应力系数，0.1 R-曲率半径，为300mm m-曲率半径的比值所确定的系数，为0.45 N(二) 运行阻力计算1 运行摩擦阻力Ff=wG, w=0.008 2 坡度阻力 3 风阻力 （3+2.64）×12.97=0.073×103NF=Ff+Fr+Fw=(3.74+4.61+0.073) 103=8.42 103N(三) 电动机的计算P=(FV)/(1000)=(8.42103 0.05×103)/(1000×0.85)=4.1kw八 减速器以及链传动计算总传动比i=940/2.39=393.3i=i1i2初估链传动比i2=2输出转速n=2.392=4.78 r/min选择SEW生产的斜齿轮减速电机型号：R103DV112M6输出转速：nout=5.5 r/min则链传动比 i2=5.5/2.39=2.3Z1=17, Z2=39, i1=39/17=2.3九 大车运行计算（一） 确定车轮直径大车采用42轮布置， 轮距1.8m由总体计算，可知大车轮的最大轮压 Rmax=7.5t.最小轮压: Rmin=2.5t等效计算轮压：RC=(2×7.5+2.5)×2/3=11.7t初选大车车轮直径600，轨道P43车轮的许用轮压:RC=C1C2K2 (N)C1为转速系数，车轮的转速: n= =C1=1.17C2=1K2=0.1R=300m=0.3388RC=1.17×0.1×3002÷0.3883=18×104>11.7104N满足要求。（二） 运行阻力计算1运行摩擦阻力 Ff = wGw = 0.007G80 tFt=80×104×0.007=0.56×1042坡道阻力 Fy=80×104×0.001=0.8×104 3. 风阻力:FW =12.97114N =1.48 总阻力:F= (0.56+0.8+1.48) =2.84104N（三）电动机选择 总功率 N= (FV)/(1000)=(28.4103 10÷60)/(1000×0.85)=5.6kw 由于速度低，选二套驱动Pj=3 KW选两台3KW电机（四）减速器及链传动计算 选择减速电机R163DV160M4, 输出转速11 r/min，并通过变频调速，使空载时输出速度增加1.2倍， 即输出转速111.2=13.2 r/min 则链传动比为i2=13.2÷5.305=2.4882 取小链轮齿数为Z1=17 则Z2 = i2Z1 = 42 i2 = 42÷17=2.47十 龙门起重机计算1 、龙门起重机的结构形式、有限元模型及模型信息 该龙门起重机由调节杆、三角杆及箱形梁组成。上部由箱形梁拼成，龙门起重机上部和下支撑架之间由箱型梁连固接而成，下支撑架最下端和箱型梁相固连。所有箱型梁由厚为6mm的钢板焊接而成。 2 、结构分析的方法和边界条件说明 应力分析采用有限元的静力学分析原理，其建模方法采用实体建模法，采用体、面、线、点构造有限元实体。其中所有箱形梁用面素建模，其余用线素建模，然后在实体上划分有限元网格。对于边界条件和约束条件，是在支撑架下的箱型梁的底面两端加X,Y,Z三方向的约束以龙门起重机的实际情况。载荷分布有4种情况：工作时的吊重、小车自重、风载荷、考虑两度偏摆时的水平惯性力，具体见下。3 、 载荷施加情况（1）工作时的吊重工作时的吊重为40t,此载荷分布在小车压在轨道的4个位置，每个位置为10t。由于小车在轨道上移动，故载荷的分布位置随小车的移动而改变，由于小车移动速度慢，我们只把吊重载荷的施加作两种情况处理：在最左端（或最右端），以及龙门架中部位置。（2）小车自重 小车自重为7t,和吊重载荷分布位置相同。（3） 风载荷风载荷：类风载。 （4）考虑20偏摆时的水平惯性力 该水平惯性力大小为吊重乘以角度大小为20的正切值，施加位置和吊重载荷施加位置相同，方向为水平的X向和Z向。4、 计算结果与说明 对应吊重载荷的施加位置，共有两种计算情况； 小车在中间位置时：调节杆应力分布图1所示，最大应力分图2所示，总计算结果见表一，表二。表一（）名称 结构整机主结构箱形梁最大应力-86（压）78（拉）26.768 表二（）名称 结构X方向Y方向Z方向最大位移5.42715示意图1示意图2十一 龙门吊安装方案 龙门吊安装与拆除的施工队伍必须具有相应的资质和经验。龙门吊拼装前要检查每个销孔是否有损伤及裂纹，若有及时更换。 1、轨道梁基础 为60cm宽，60cm高的C25砼基础。在轨道两侧位置每隔1米预埋16的钢筋。轨道为专用铁轨，表面平整度为不大于5MM，将两侧预埋钢筋与轨道焊为整体。 2、龙门吊拼装 在地面拼装好吊臂后，用吊车吊起拼装。作业人员必须正确使用安全帽及安全带。拼装时地面要有专人负责指挥，下部严禁人员靠近。吊臂起吊至空中时，两侧揽风绳拽紧，以减小吊臂在空中的摆动幅度。在靠近销孔时，人工拽揽风绳缓缓移动吊臂，使销孔位置对正，安装销栓。安装另一侧时采用同一方法。 3、限位钢板的安装 在每端距龙门吊轨道梁1米的位置处安装限位钢板。限位钢板厚度为250MM，呈“门”字形卡在轨道上，用螺栓紧固。 4、在梁板预制场两侧做好排水沟，以利于雨水迅速排出。十二 梁板吊装施工方案1、龙门吊在跨墩之前要作好铺设钢轨的测量及铺设工作，位置要准确用中部及后端的液压千斤顶将导梁顶高到中部的转向轮钢轨，然后将轮调整至纵向行走的方向。同时将后端的轨道轮置好向前行走方向，铺好钢轨后就可以将导梁的轨道轮落在钢轨上，在导梁向前行走前必须要将两只其中桁车开至导梁后端，其中有一只起重桁车挂上片梁的前端，做导梁的后端配重。箱梁的后端依然还在道路桥面上。导梁在向前跨墩时要使导梁及后端悬挂大梁同步进行，导梁行走至前脚到达前面桥墩上的过半时就要停止前进，然后将前脚的轨轮及横向钢轨安装好，这时可以将后端的悬挂梁松落，前脚自然落在钢轨上。这时将两只起重桁车开往导梁前端，接着将导梁的中部和后端的液压的千斤顶开动升起至轨道离开钢轨，然后将中部的轮子转向90度，同时横向钢轨安装好，然后放松液压千斤顶，将导梁轨道轮落至钢轨上，这时就可以横向移动，横向移动时要注意前脚及中部的行走同步。    2、安全技术方案的编制与实施基本内容如下：    .该大型设备不同于其他一般设备，具有特殊性，因此在操作工人的培训中，除一般机械操作知识的讲解外，还由于设备的特殊性，同时请工程技术人员讲解整个安装工艺流程，使机械工了解各设备之间的相互关系，以便在工作中配合默契。经各方面考核合格后发给操作证，方可上岗操作。    .预制场预制平台上脱模剂要涂刷均匀饱满，以免在起吊构件时发生粘连现象。   .龙门吊的跨度为25m，分别由两个电机驱动行走装置，两侧的行走必须同步；另外，龙门吊在作业区间只有几米，龙门吊的行走前端导轨，几十吨的预制梁在空中运行中要求非常平稳，龙门吊在行走中万一塔身与梁板碰撞巨大的惯性将会使起重钢丝绳有断裂可能，后果不堪设想。因此，在每天上下午班前必须对同步控制系统和行走限位定期检查，保持绝对灵敏可靠。   .龙门吊将梁运来放下，严禁所有人员在起重物下操作停留；待操作人员将预制梁在运梁车上固定牢固后，方可摘钩。    .因预制梁较长，由左右两根钢丝绳同时牵引，所以平交道装置平移过程中，要时刻观察两侧是否同步，即预制梁要始终保持与桥轴线平行状态移动，不得歪斜。   3、安全措施   .预制梁从梁台上起吊时，切忌硬拉猛起，要逐步加力，确认无粘连后再起吊。    .从起模到就位每一道工序都设专人指挥，相互分工明确又配合流畅，如预制梁的起模由预制场信号工指挥，最终起吊高度和行走位置要由桥面上的信号工指挥。    .所有机械设备都要严格执行班前检查制度和定期维修保养制度，并做好记录。60T龙门吊立面图    21