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(完整)龙门架设计方案

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(完整)龙门架设计方案

龙门架及施工围挡设计方案

北京城建道桥工程有限公司

北土城热力项目部 2005年6月

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龙门架设计方案

一. 竖井龙门架方案设计依据

1.《钢结构设计规范》; 2.《建筑施工手册》;

3.《钢结构》,上海铁路大学,中国铁路出版社; 4.《钢结构设计原理》,同济大学出版社。

二. 设计龙门架的规格和布置

根据多年施工情况,龙门架统一采用工字钢和角钢连接,安装时采用焊接和螺栓连接龙门架在架立时,一定在圈梁外侧做基础,土仓的立柱应用混凝土浇注,在竖井一侧的立柱不少于6根,用28a工字钢或25槽钢对扣焊接其中预埋铁钢板采用200mm的钢板。

龙门提升架采用等跨结构,工字钢间连接采用焊接钢板,钢板间用螺栓和焊接连接.

为适应不同尺寸的竖井及运输能力,设计了6m,6.5m,7.5m三种跨度的钢梁,其中6m为双跨单轨提升架,6。5m分双跨单轨和三跨双轨两种提升架,7.5m为双跨双轨提升架.

三. 设计计算

(一).大梁

提升架的受力为集中荷载,且沿大梁移动。一般情况下土斗的装土量为1.2m,湿的砂及卵石容重为2。0t/m,土重为24KN,土斗重为3KN,电葫芦重为8KN,故

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集中荷载取35KN。风荷载标准值:取风荷载为0。45KN/m,对水平方向投影为0。45×0.33=0.15 KN/m。

根据施工经验,选用工字钢作为大梁,其受力简图如下所示.

35KNAL1两跨大梁35KNAL1三跨大梁2

2

BDL2CBDL2CL3C

为保证提升架经济,受力合理,选用不同类型的工字钢做大梁,进行强度和稳定性验算.

1.6m双跨大梁

采用工32a、 Q235工字钢,梁跨度l最大为6.0m,荷载F为35KN,比重q为43。4Kg/m,强度和稳定性验算如下: (1)、内力计算

电葫芦荷载考虑1.1的动力系数,跨中最大弯矩设计值: Mmax=1。2×0。07ql+1.1×1.4×0。203×Fl=66.96KN·M 支座最大剪力设计值:

Vmax=1.2×0。626ql+1.1×1。4×1。0×F=55.9KN N max=9KN(风荷载) (2)、抗弯强度验算

提升架为临时施工结构,重要性系数取0。9。

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查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表, ωx=508。2×10mm

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0.9σ=0。9×M2

2

max /ωx=118.6N/mm〈f=215 N/mm 故强度满足要求. (3)抗剪强度验算

查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表, I=7114×104

mm4

,s=292。7×103

mm3,tw=8,

0.9τ=0.9×V2

2

max×s/I/ tw=25.9 N/mm〈fV=125 N/mm故强度满足要求。 (4)稳定性验算

大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值

l=6。0m,与梁宽度的比值l/b=6.0/0.28=21。43〉16 必须进行整体稳定性验算。

查表得工32a工字钢的整体稳定性系数 фb=0。86 Фb=0。719 0.9×M2

2

max /Фb/ωx=1.9 N/mm最大跨中的挠度为ω4

3

0=0。521×ql/100/E/I+1。497×Fl/100/E/I =7。9mm〈l/400=15mm 满足要求. 2.6.5m双跨大梁

采用工32a、 Q235工字钢,梁跨度l最大为6。5m,荷载F为35KN,比重4Kg/m,强度和稳定性验算如下:

q为43。4

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(1)、内力计算

电葫芦荷载考虑1.1的动力系数,跨中最大弯矩设计值: Mmax=1.2×0.07ql2+1。1×1.4×0.203×Fl=72.66KN·M 支座最大剪力设计值:

Vmax=1.2×0.626ql+1.1×1.4×1.0×F=56.02KN N max=9KN(风荷载) (2)、抗弯强度验算

提升架为临时施工结构,重要性系数取0。9. 查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表, ωx=508。2×103mm3

0.9σ=0.9×Mmax /ωx=128.7N/mm2故强度满足要求. (3)抗剪强度验算

查表GB706—65,热轧工字钢截面特性表, I=7114×104

mm4

,s=292.7×103

mm3

,tw=8,

0.9τ=0.9×V2

2

max×s/I/ tw=25.92 N/mm〈fV=125 N/mm故强度满足要求. (4)稳定性验算

大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值

l=6。5m,与梁宽度的比值l/b=6.5/0.28=23.21>16 必须进行整体稳定性验算。

查表得工32a工字钢的整体稳定性系数 фb=0.86 Фb=0。719 0.9×M2

2

max /Фb/ωx=186.75N/mm〈f=215 N/mm

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故整体稳定性满足要求. (5)刚度验算

最大跨中的挠度为ω0=0。521×ql/100/E/I+1.497×Fl/100/E/I =10。1mm〈l/400=16。25mm 满足要求. 3.6。5m三跨大梁

采用工32a、 Q235工字钢,梁跨度l最大为6.5m,荷载F为35KN,比重q为43.4Kg/m,强度和稳定性验算如下: (1)、内力计算

电葫芦荷载考虑1.1的动力系数,跨中最大弯矩设计值: Mmax=1。2×0。08ql+1。1×1.4×0。2×Fl=71。83KN·M 支座最大剪力设计值:

Vmax=1。2×0。6ql+1。1×1.4×1.0×F=55.93KN N max=9KN(风荷载) (2)、抗弯强度验算

提升架为临时施工结构,重要性系数取0.9。 查表GB706—65,热轧工字钢截面特性表, ωx=508.2×10mm

0。9σ=0.9×Mmax /ωx=127。17N/mm〈f=215 N/mm 故强度满足要求。 (3)抗剪强度验算

查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表, I=7114×10mm,s=292。7×10mm,tw=8,

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32

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0.9τ=0.9×V22

max×s/I/ tw=25.9 N/mm〈f V=125 N/mm故强度满足要求. (4)稳定性验算

大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值

l=6.5m,与梁宽度的比值l/b=6。5/0。28=23.21〉16 必须进行整体稳定性验算。

查表得工32a工字钢的整体稳定性系数 фb=0.86 Фb=0。719 0。9×M2

2

max /Фb/ωx=176.87 N/mm〈f=215 N/mm 故整体稳定性满足要求。 (5)刚度验算

最大跨中的挠度为ω4

3

0=0。677×ql/100/E/I+1。458×Fl/100/E/I =9.9mm〈l/400=16.25mm 满足要求。 4.7。5m双跨大梁

采用工32a、 Q235工字钢,梁跨度l最大为7.5m,荷载F为35KN,比重52.7Kg/m,强度和稳定性验算如下: (1)、内力计算

电葫芦荷载考虑1。1的动力系数,跨中最大弯矩设计值: M2

max=1.2×0.07ql+1.1×1。4×0.203×Fl=84。55KN·M 支座最大剪力设计值:

Vmax=1。2×0.626ql+1。1×1.4×1.0×F=56。9KN N max=9KN(风荷载) (2)、抗弯强度验算

q为7

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提升架为临时施工结构,重要性系数取0.9。 查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表, ω3

3

x=692.2×10mm

0.9σ=0.9×M2

2

max /ωx=109.N/mm〈f=215 N/mm 故强度满足要求。 (3)抗剪强度验算

查表GB706—65,热轧工字钢截面特性表, I=11076×104

mm4

,s=400。5×103

mm3,tw=9.5, 0.9τ=0.9×V2

2

max×s/I/ tw=19。53 N/mm大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值

l=7.5m,与梁宽度的比值l/b=7。5/0.32=23。44>16 必须进行整体稳定性验算。

查表得工32a工字钢的整体稳定性系数 фb=0。55 0。9×M2

2

max / фb/ωx=199.8N/mm最大跨中的挠度为ω4

3

0=0。521×ql/100/E/I+1。497×Fl/100/E/I =10。1mm〈l/400=16.25mm 满足要求。 (二)横梁

考虑根据竖井提升要求用单轨和双轨,受力简图如下所示:

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35KNACB1800(2300)1800(2300)35KN单轨35KNACDB140018001400双轨

(1) 单轨

a、 横梁长3。6m

按简支梁计算跨中弯矩设计值: Mmax=1。1×1。4×0。25FL=48.51 KN·M 最大弯矩点位于C点。 采用工32a、Q235工字钢

σ=M2

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max /ωx=95。45N/mm〈f=215 N/mm

l/b=1。8/0。28=6.4<16,故不需进行整体稳定性验算. 挠度验算:

ω3

max=Fl/48/E/I=2.32mm〈l/400=9mm 满足要求. b、横梁长4。6m

按简支梁计算跨中弯矩设计值: Mmax=1.1×1.4×0。25FL=61。99 KN·M 最大弯矩点位于C点.

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采用工32a、Q235工字钢

σ=Mmax /ωx=121。98N/mm2

2

l/b=2.3/0。28=8.2<16,故不需进行整体稳定性验算。 挠度验算:

ω3

max=Fl/48/E/I=4.84mm(2) 双轨

横梁长4.6m,按简支梁计算,弯矩最大点在C~D之间。 Mmax=1。1×1.4×0。25FL=75.5KN·M 采用工32a、Q235工字钢

σ=M2

2

max /ωx=148.6N/mml/b=1.8/0。28=6。4〈16,故不需进行整体稳定性验算。 挠度验算:

挠度最大位于AC、DB之间

ω3

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max=Fα(3-4α)/24/E/I=8。58mm立杆分为单轨和双轨提升梁计算。

(1) 单轨

采用工32a工字钢,总高度为6。5m,平面内计算长度为0.626×6.5m,考虑剪刀撑和横撑的作用,平面外计算长度5。5m. 截面特性值: A=54。cm2

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Ix=7114 cm Iy=345 cm 刚度验算:

长细比 λx=l0x/i x=36 λy=l0y/iy=219 λmax=λy=219>150 计算整体稳定性:

对X轴属a类,对y轴属b类 查表得фx=0。910, фy=0.308

σ=N/ф/A=17。5×10/0。308/54。/10=10.35N/mm〈f=215N/ mm(满足) (2)双轨

若采用I32a工字钢,高度为6。5米,经查规范附表计算长度系数为0。626,平面内计算长度为0。626×6.5米,考虑剪刀撑和横撑的作用,平面外的计算长度为5.5米。 刚度验算: 长细比 λx=36 λy=219

λmax=λy=219>150。

对X轴属a类,对y轴属b类 查表得фx=0。910,фy=0。308

σ=N/ф/A=35×10/0。308/54./10=20.7N/ mm〈f=215N/ mm(满足) (四)挡土撑计算

采用I14、Q235工字钢做挡土撑,长度为7。5m及最底部处最不利,为三跨连

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续梁:

(1) 荷载计算

堆土高度按2。5m计算,不计粘结力,土内摩擦角按15,底部挡土撑所受主°

动土压力均布荷载为:

q=1/2×20×(1.7+2。5)tg2

(45-15/2)×0。8=19.9KN/m

(2) 内力计算

最大弯矩设计值: M2

max=1。2×0.08 ql

=1。2×0。08×19。9×2。52

=11.94 KN·M

支座最大剪力设计值: Vmax=1.2×0.6ql

=1.2×0.6×19.9×2。5 =35。82 KN N max=9KN(风荷载)

(3) 抗弯强度验算

提升架为临时施工结构,重要性系数取0。9。 查表GB706-65中热轧工字钢截面特性表,可知 ω3

3

x=101.7×10mm

0.9σ=0.9×M6

3

max/ωx=0.9×11.94×10/101。7/10 =0.9×117。4N/ mm2

〈f=215N/ mm2

故满足强度要求。

(4) 抗剪强度计算

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查表GB706-65中热轧工字钢截面特性表,可知 I=712×10 mm,s=44.4×10 mm,tw=5.5

0.9τ=0.9×V×s/I/ tw=0.9×35.82×10×44.4×10/712/10/5.5 =0.9×40.61N/ mm< fV =125N/ mm 故满足要求。

(5) 稳定性计算

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挡土撑上满铺钢板,稳定性不用计算。

(6) 刚度验算

D点的挠度为

ω0=0.677×ql/100/E/I

=0.6777×19.9×2。5×10/100/206/10/712/10 =3.6(1)、柱脚及横梁和立柱采用螺栓固定后施焊。节点螺栓选用M20,主要用于连接固定作用,M20螺栓满足要求.

(2)、柱脚及横梁和立柱焊缝:焊缝高度为h=8mm,满足要求,可不进行计算.

五. 提升架的加工图见附图。 六. 提升架附属设施 (1) 检修平台和雨棚

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在提升架上设电葫芦检修平台,如附图所示.检修平台未设置栏杆,在进行检修作业时,应按高空作业进行,必须佩带保险绳.另外,本检修平台承载力较低,检修人员不超过两人,检修用工具不超过10Kg。

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另设电葫芦防雨棚,简易雨棚用瓦楞铁制做,用钢板和螺栓固定在大梁工字钢上面,如附图所示。

(2) 爬梯及挡土设施

在龙门架立柱上焊接ф20的圆钢作爬梯踏步,间距300mm,圆钢与立柱工字钢两翼焊牢。为方便堆土和出土,在堆土跨距立柱0。4m,1。2m和2。0m处立柱内侧各设一道挡土撑,挡土撑采用I14.挡土撑与立柱之间14mm厚200×200连接板.在堆土跨均匀布置挡土柱,如附图所示,挡土柱采用I28a,长3000mm,并嵌固于600×600×600的混凝土基础内500mm,施工时可根据堆土和出土需要进行安装。

七. 加工说明

1. 立柱的预埋件采用20mm厚钢板,预埋时,其上螺栓的位置尺寸必须准确无

误.

2. 圈梁外的立柱,要设置0.8m×1.0 m×0。8 m(长×宽×高)的混凝土基础,

在混凝土基础上预埋钢板,要求基础混凝土一次浇筑完成。

3. 提升架立柱与横梁预固定用高强度螺栓连接,螺栓均为ф18。大梁与中间横

梁的预固定连接采用ф20螺栓连接。

4. 提升架侧向加设剪刀撑,以增强侧向强度.剪刀撑为角钢,与立柱间采用焊

接连接。

5. 电葫芦应设垂直和水平运输限位器。

6. 在立柱上下部各焊一块16mm厚剪刀撑连接钢板,上部剪刀撑连接钢板中心

距立柱顶0.5m,下部剪刀撑连接钢板中心距立柱底0.5m。在剪刀撑角钢端部直接打螺栓孔,并与剪刀撑连接钢板用ф18×60螺栓预固定.固定后采用焊缝连接,焊缝高度不小于8mm.

7. 横撑、斜撑及剪刀撑的连接均用螺栓预固定后焊缝连接。

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围挡设计计算

围挡得搭设要求:

1、钢材等级:Q235 柱高(m):4。000

柱截面:普通热轧工字钢I16 柱平面内计算长度系数:2.000 柱平面内计算长度:2.000 强度计算净截面系数:1。000 截面塑性发展:不考虑

是否进行抗震设计:不进行抗震设计 2、风压计算

风动压(伯努力方程) ω2

0=0。5γ.ν

由于γ。=γ/g γ=0。01225 KN/ m3

(标准状态) 10级风速 ν=28.4m/s 所以十级风速的基本风压

ω2

0=0.5×0.01225×28。4/9。8 KN/ m2

=0.51 KN/ m2

风荷载标准值 ωk=βgzμsμzω0

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βgz=1。88 (B类,地面) μs=1。3 μz=1.4

所以 ω2

k=1.88×1。3×1。4×0。51=1.746 KN/ m 每柱均布荷载设计值

ω'

k=1。2×1。746=2。10 KN/m 根部弯矩

μ'k=2.10×4×0。5×1.4×4=23。52 KN·M 3、设计内力:

绕X轴弯矩设计值Mx(Kn。m):23。520 绕Y轴弯矩设计值My(Kn。m):0。000

轴力设计N(Kn):0.000 4、截面特性计算

A=2.6110e—003; Xc=4.4000e-002;Yc=8.0000e-002 Ix=1.1270e-005 Iy=9。3100e—007; Ix=6。5700e—002; iy=1。00e-002 W1x=1。4090e—004; W2x=1。4090e—004 W1y=2.1100e—005; W2y=2.1100e—005 5、柱构件平面内稳定验算结果 平面内计算长度(m):8。000 平面内长细比λx:121。766 对X轴截面分类:a类 轴心受压稳定系数фx:0.483 等效弯矩系数βmx:1.000

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计算系数Nex'(KN):325。486

柱平面内长细比:λx=121.766<[λ]=300.000 受拉构件没有进行平面内稳定验算。 柱构件平面内验算满足。 4.柱构件平面外稳定验算结果 平面外计算长度(m):2.000 平面外长细比λy:105。820 对y轴截面:b类

轴心受压稳定系数фy:0。518 受弯整体稳定系数фbx:0。816 等效弯矩系数βtx:1.000

柱平面外长细比:λy=105.820〈[λ]=300 受拉构件没有进行平面外稳定验算。 柱构件平面外验算满足。 5。局部稳定验算

腹板计算高厚比Ho/Tw=20.70〈容许高厚比[Ho/Tw]=119。8 翼缘宽厚比 B/T=3.47〈容许宽厚比[B/T]=15.0 柱构件验算满足。

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