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450 t变起升轮轨式提梁机结构设计

作者：胡超

来源：《企业技术开发·下旬刊》2014年第05期

摘要：450 t变起升轮轨式提梁机是高速铁路桥梁施工的重要设备之一，可适应两种不同现场施工条件，满足两种不同起升高度要求。 关键词：提梁机；制梁场；高速铁路

中图分类号：U215.6 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）15-0026-02

随着我国高速铁路建设的快速发展，我国自主研制的高铁施工设备已经在国内广泛应用；提梁机是其中一种重要施工设备。目前在国内提梁机设备中主要有两大类型，一是轮轨式，二是轮胎式。其中，轮轨式提梁设备成本相当于轮胎式的一半，且通用性较强，从而促使轮轨式提梁机的使用比轮胎式较为普遍。

450 t变起升提梁机适用于铁路客运专线32 m、24 m、20 m整孔双线混凝土箱梁在预制场内的起吊、转移以及为运梁车装梁等工作。还用于架桥机和运梁车的拼装和整体起吊。它能适应跨线式施工和常规施工两种不同结构布局的梁场需求。可通过不同的拼装方式实现起升高度可在28.5 m和14 m之间自由变换，满足两种施工工况要求。 1450 t变起升提梁机结构设计

由于450 t变起升提梁机额定起重量大，起升高度较高，其工作性质危险系数大，属于高风险工作，为保证设备具有更好的刚度和强度，使设备具备更高的安全系数，该设备主梁采用双主梁箱型钢结构型式。因该提梁机须适应两种起升高度要求，对提梁机支腿采用组合可拆分使用的形式。在需要不同的起升高度的工程中，通过对支腿的组合和拆分来满足工况要求。根据设计规范对提梁机助结构进行设计，然后进行有限元研究分析和优化。 1.1主梁稳定性

主梁稳定性计算分为三部分，即主梁的整体稳定性、腹板的局部稳定性和盖板的局部稳定性。

1.1.1主梁整体稳定性

主梁为箱形截面简支梁，其高宽比为h/b1=3 000/

1 200=2.5；受压盖板的自由长度与其宽度之比为l/b2=41 000/

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1 350=30.4。根据《钢结构设计规范》规定，对于箱形截面简支梁，其截面尺寸满足h/b1≤6，l/b2≤95（235/fy）时，可不计算整体稳定性。提梁机主材料采用Q345钢，95（235/fy）=72，要求上述满足。因此，可不计算主梁的整体稳定性。 1.1.2腹板的局部稳定性

组合受弯构件腹板的局部稳定性，通常采取设置加强劲予以保证的方法。考虑腹板局部稳定性时，分为腹板受压区直接作用有集中轮压与未直接作用集中轮压两类情况。目前工况为有直接作用集中轮压这类情况。加强劲的设置可根据腹板高度与腹板厚度之比h/δ的数值确定,根据规范规定在腹板上增设横向加强筋，并且在腹板受压区设置纵向加强劲。通过有限元分析，有集中轮压直接作用处的最大应力为156 MPa。验算腹板的局部稳定性。腹板受正应力σ1、剪应力τ和局部压应力σm的作用， ①腹板所受正应力σ1=156 MPa

②轮压产生的腹板局部挤压应力σm。当起重机小车的轮压直接作用在梁腹板上方时，在所作用的腹板上边缘产生的局部挤压应力应满足：σm=P/（Cδ）=177.8 MPa≤[σ]

式中：P为计算轮压N，c为集中载荷分布长度mm，δ为腹板厚度mm，[σ]为许用挤压应力MPa，材料为Q345 C，板厚δ=12，[σ]=310 MPa

③剪应力τ。此处的剪应力是平均剪力τ=Q/（hδ）=1.3×106/（3 000×12）=36.1 MPa 式中：Q为直接受力点处的平均载荷同时用横向加强筋和纵向加强筋加强的腹板，受压盖板与纵向加强筋之间的区格，其局部稳定性按下列公式验算： σ1/σcr+（τ/τcr）2+（σm/σmr）2≤1.0

式中σcr=[σ]，τcr=fV=180 MPa；σmr=302 MPa

验算得σ1/σcr+（τ/τcr）2+（σm/σmr）2=0.88，满足要求。 1.1.3翼缘板的局部稳定性

受压翼缘板可控制其宽厚比来保证局部稳定性，翼缘板宽度较大时,用设置纵向加强劲来降低宽厚比。箱形梁在腹板之间的受压翼缘板（如图1所示）的宽厚比应满足下式： b0/δ≤40（235/σs）0.5

式中：b0为区格宽度mm，δ为翼缘板厚度mm，σs为翼缘板的屈服应力MPa，σs=295 MPa。

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1.2支腿结构设计

按照重量轻，结构稳定，便于拆分和运输的原则，对刚性支腿结构采用绗架式钢结构形式，与主梁通过法兰形成固接。柔性支腿采用箱型钢结构单柱体形式，通过纵向铰轴与主梁形成铰接形式。为使提梁机满足28.5 m和14 m两种不同的起升高度要求，将提梁机支腿设计成可通过不同的拆分组装，使提梁机可具备可自由选择的两种起升高度（如图2和图3所示），用以满足不同工地现场要求。支腿刚度和强度验算通过将支腿与主梁组合形成整体门架结构，统一建立有限元模型，集成加载验算。 2门架强度和刚度计算

建立有限元板单元模型，根据提梁机工况特点，按照最恶劣工况条件施加载荷，即28.5 m起升高度下，小车吊梁运行至跨中位置，门架承受最大额定载荷及自重。有限元验算结果如图4所示。

提梁机自重G0=390 T；主梁自重G1=140 T；小车自重G2=67 T；额定起重量G3=450 T。 2.1有限元强度计算（简支梁状态不考虑自重） 强度计算载荷：F=G3×1.05++G2×1.1=586.4 T

根据有限元计算，最大应力156 MPa，局部单点应力214 MPa。 2.2有限元刚度计算

刚度计算载荷为：F=P+Q=4.5×106+6.7×105=5.17×106（N）载荷位于跨中，竖向最大挠度为f=61.45 mm。竖向许用挠度为：[f]=L/550=36 000/550=65.5 mm，f 3抗倾覆性计算

主梁横向单边面积S=132.3 m2；支腿侧向跨距B=12.5 m；支腿跨度跨距L=36 m。 参见起重机设计手册，将分为两种工况分别进行设计计算。 3.1纵向工况1（无风静载）

小车位于右端（柔性支腿端）极限位置，要求满足∑M>0才能保证稳定。 即：∑M=KG（G0C+G2a）+KPG3a

式中：KG和KP为自重和起升载荷的载荷系数，查表得KG=0.95，KP=1.4；C和a为提梁机重心和小车重心到倾覆边的水平距离，C=16 m，a=9 m。