北京地鐵中—成區間提升運輸系統設計方案摘 要:結合工程實例,介紹了本工程的總體設計思路,并對主要施工任務、施工環境、制約因素等作了分析,提出主要構件設計方案,利用力學原理進行受力核算,與其他方式比較進行實用性分析。關鍵詞:設計思路,受力核算,設計方案,實用性分析1 總體設計思路 1)工程簡介:本工程是北京地鐵四號線工程中關村———成府路區間,全長700ｍ,為礦山法暗挖施工,豎井大約在暗挖區間中間位置,設計出土量約為6萬ｍ3,工期要求為:開挖支護10個月。 2)豎井設計情況:本豎井主要設計尺寸長(南北方向)6ｍ,寬4.6ｍ,深為20ｍ。 3)提升機主要尺寸:根據豎井尺寸、場地大小及周邊管線情況,依據施工工期考慮,采用電動單梁懸掛式方案,設計提升架主要尺寸為:兩跨長18ｍ(南北方向),寬7ｍ,梁高為9.8ｍ,電動葫蘆采用兩組同時作業方式。2 主要部件設計說明2.1 立柱設計(見圖1)
立柱使用材料說明:柱桿采用Ｌ80×80×8×9800,橫桿采用Ｌ80×80×8×480,每500為一組,上下法蘭采用16板,護座、肋筋采用10鋼板,材質均為Ｑ235。 技術要求:柱桿與橫桿間滿焊,焊縫高10ｍｍ,柱桿與上下法蘭間滿焊,焊縫高10ｍｍ。2.2 行走梁的設計(見圖2) 使用材料:工字鋼采用40Ｂ型號,上蓋板采用16ｍｍ鋼板,腹板、斜板、筋板采用6ｍｍ鋼板。 技術要求:1)上蓋板與腹板內側間焊接為間斷焊,焊角高6ｍｍ,焊長50ｍｍ,間隔100ｍｍ,外側為滿焊,焊角高6ｍｍ。2)上蓋板與筋板間為滿焊,焊角高10ｍｍ。3)腹板與筋板間為間接焊,焊角高10ｍｍ,焊長100ｍｍ,間隔50ｍｍ,與斜板間焊接為滿焊,焊縫余高2ｍｍ。4)工字鋼與筋板及間焊接為滿焊,焊縫余高2ｍｍ。2.3橫擔設計(見圖3) 使用材料說明:主擔采用40Ｂ槽鋼,上下法蘭、筋板采用16鋼板,材質均為Ｑ235。技術要求:1)兩主橫擔槽鋼間焊接為間斷焊,焊角高10ｍｍ,焊長50ｍｍ,間隔100ｍｍ。2)外側法蘭、連接板與主橫擔間為滿焊,焊角高15ｍｍ。3)槽鋼外側與筋板間為滿焊,焊角高10ｍｍ。3 關于豎井提升架理論計算3.1 設計指標3.1.1 剛度條件:容許撓度見ＧＢ3811 85起重機械設計規范ｙｍａｘ≤[1/750]。3.1.2 強度條件:容許強度見ＢＪ17 88鋼結構設計規范σ≤[σ]=215Ｎ/ｍｍ2=2194ｋｇ/ｃｍ2。3.2 主梁設計3.2.1 主梁截面(見圖4) 由:ｙｘ=∑ｙｉＡｉ/∑Ａｉ=(ｙ1×Ａ1+2ｙ2×Ａ2+ｙ3×Ａ3)/(Ａ1+2Ａ2+Ａ3) =(79.2×54.4+2×65.9×15+20×94.1)/(54.4+2×15+94.1)=45.756ｃｍ。 得:ｙ1=79.2-45.756=33.444ｃｍ, ｙ2=65.9-45.756=20.144ｃｍ, ｙ3=20-45.756=-25.756ｃｍ。 由:∑Ｉ=∑Ｉｉ+∑ｙｉ2Ａｉ。 得:∑Ｉ=Ｉ1+2Ｉ2+Ｉ3+ｙ12×54.4+2ｙ22×15+ｙ32×94.1=159817ｃｍ4。 由:Ｗｘ=Ｉ/ｙｍａｘ。 得:Ｗｘ=159817/45.756=3493。 主梁受力圖(以下由主梁最大受力點分析見圖5)3.2.2 剛度校核 由:ｙ′ｍａｘ=ｐｌ/48ＥＩ=0.65。 考慮主梁動載系數為1.1,則ｙｍａｘ=ｙ′ｍａｘ×1.1=0.72。 結論:ｙｍａｘ<ｌ/750=1.27。3.2.3強度校核 由:σ=Ｍ/Ｗｘ=(ｐｌ/4)/Ｗｘ=(12000×950/4)/3493=816ｋｇ/ｃｍ2。 結論:σ<[σ]=2194。3.3 橫擔設計3.3.1 橫擔截面(以下由橫擔最大受力點分析見圖6) 由:ｙｘ=20ｃｍ,∑Ｉ=∑Ｉｉ+∑ｙｉ2Ａｉ。 得:∑Ｉ=2Ｉ+2ｙ2×Ａ=2Ｉ+2ｙ2×83=103600ｃｍ4。 由:Ｗｘ=Ｉ/ｙｍａｘ。 得:Ｗｘ=103600/20=5180。3.3.2橫擔受力圖(見圖7) 由:ｙ′ｍａｘ=(ｐａｌ2/24ＥＩ)(3-4ａ2)=0.82, 考慮橫擔動載系數為1.1,則ｙｍａｘ=ｙ′ｍａｘ×1.1=0.9。 結論:ｙｍａｘ<ｌ/750=0.91。3.3.3 強度校核 由:σ=Ｍ/Ｗｘ=ｐａ/Ｗｘ=(14165×230)/5180=629ｋｇ/ｃｍ2。 結論:σ<[σ]=2194。3.4立柱設計 立柱截面見圖8。立柱選用角鐵的組合結構,高度9.8ｍ,承受載荷Ｐ。Ｐ=橫擔承受的載荷/2+提升架自重/6=19110ｋｇ, 立柱簡化為一端固定,一端自由,故μ=2。 假設角鐵規格為:Ｌ80×80×8,Ｉｉ=22.18ｃｍ4,Ａ=10.16ｃｍ2, Ｉ=4Ｉｉ+4∑ｙｉ2×Ａｉ=4×22.18+4×10.16×22.392=20463.3ｃｍ4,ｉ2=Ｉ/4Ａ,ｉ=22.44ｃｍ,λ=μＬ/ｉ=87.35<100。 所以不能采用歐拉公式,如用直線公式:ａ=304,ｂ=1.12,σｓ=235,λ2=(ａ-σｓ)/ｂ=61.6(λ2<λ<λ1),是中等柔度壓桿。σｃｒ=ａ-ｂλ=304-87.35×1.12=206.2ＭＰａ,Ｐｃｒ=Ａσｃｒ=837.87ｋＮ,ｎ=Ｐｃｒ/Ｐ=4.4。立柱滿足穩定條件。4 實用性分析1)立柱的設計,在總結了以往采用的鋼管等形式以后,根據實用性、安全性及經濟比較,選用了角鋼焊接的形式。 2)經過改進設計后保證了行走梁的撓度要求,同時能夠解決物料提升特種設備規范的上拱度要求,使電動小車的平穩運行安全可靠。其次改善了提升機的整體平穩性,大大減輕了提升啟動和卸載時產生的整體晃動。 3)橫擔采用雙鋼形式,有效提高了提升架的整體穩定性,控制了撓度變化過大的問題,制作安裝簡單方便。5 結語 對于起重提升水平運輸系統由于使用方式、作業要求、環境制約各因素不同,綜合考慮運輸安裝、安全可靠、經濟合理、技術可行多方面條件,還有許多方案值得探討。參考文獻:[1]ＢＪ17 88,鋼結構設計規范[Ｓ].[2]ＢＧ6067 85,起重機械安全規程[Ｓ].
立柱使用材料說明:柱桿采用Ｌ80×80×8×9800,橫桿采用Ｌ80×80×8×480,每500為一組,上下法蘭采用16板,護座、肋筋采用10鋼板,材質均為Ｑ235。 技術要求:柱桿與橫桿間滿焊,焊縫高10ｍｍ,柱桿與上下法蘭間滿焊,焊縫高10ｍｍ。2.2 行走梁的設計(見圖2) 使用材料:工字鋼采用40Ｂ型號,上蓋板采用16ｍｍ鋼板,腹板、斜板、筋板采用6ｍｍ鋼板。 技術要求:1)上蓋板與腹板內側間焊接為間斷焊,焊角高6ｍｍ,焊長50ｍｍ,間隔100ｍｍ,外側為滿焊,焊角高6ｍｍ。2)上蓋板與筋板間為滿焊,焊角高10ｍｍ。3)腹板與筋板間為間接焊,焊角高10ｍｍ,焊長100ｍｍ,間隔50ｍｍ,與斜板間焊接為滿焊,焊縫余高2ｍｍ。4)工字鋼與筋板及間焊接為滿焊,焊縫余高2ｍｍ。2.3橫擔設計(見圖3) 使用材料說明:主擔采用40Ｂ槽鋼,上下法蘭、筋板采用16鋼板,材質均為Ｑ235。技術要求:1)兩主橫擔槽鋼間焊接為間斷焊,焊角高10ｍｍ,焊長50ｍｍ,間隔100ｍｍ。2)外側法蘭、連接板與主橫擔間為滿焊,焊角高15ｍｍ。3)槽鋼外側與筋板間為滿焊,焊角高10ｍｍ。3 關于豎井提升架理論計算3.1 設計指標3.1.1 剛度條件:容許撓度見ＧＢ3811 85起重機械設計規范ｙｍａｘ≤[1/750]。3.1.2 強度條件:容許強度見ＢＪ17 88鋼結構設計規范σ≤[σ]=215Ｎ/ｍｍ2=2194ｋｇ/ｃｍ2。3.2 主梁設計3.2.1 主梁截面(見圖4) 由:ｙｘ=∑ｙｉＡｉ/∑Ａｉ=(ｙ1×Ａ1+2ｙ2×Ａ2+ｙ3×Ａ3)/(Ａ1+2Ａ2+Ａ3) =(79.2×54.4+2×65.9×15+20×94.1)/(54.4+2×15+94.1)=45.756ｃｍ。 得:ｙ1=79.2-45.756=33.444ｃｍ, ｙ2=65.9-45.756=20.144ｃｍ, ｙ3=20-45.756=-25.756ｃｍ。 由:∑Ｉ=∑Ｉｉ+∑ｙｉ2Ａｉ。 得:∑Ｉ=Ｉ1+2Ｉ2+Ｉ3+ｙ12×54.4+2ｙ22×15+ｙ32×94.1=159817ｃｍ4。 由:Ｗｘ=Ｉ/ｙｍａｘ。 得:Ｗｘ=159817/45.756=3493。 主梁受力圖(以下由主梁最大受力點分析見圖5)3.2.2 剛度校核 由:ｙ′ｍａｘ=ｐｌ/48ＥＩ=0.65。 考慮主梁動載系數為1.1,則ｙｍａｘ=ｙ′ｍａｘ×1.1=0.72。 結論:ｙｍａｘ<ｌ/750=1.27。3.2.3強度校核 由:σ=Ｍ/Ｗｘ=(ｐｌ/4)/Ｗｘ=(12000×950/4)/3493=816ｋｇ/ｃｍ2。 結論:σ<[σ]=2194。3.3 橫擔設計3.3.1 橫擔截面(以下由橫擔最大受力點分析見圖6) 由:ｙｘ=20ｃｍ,∑Ｉ=∑Ｉｉ+∑ｙｉ2Ａｉ。 得:∑Ｉ=2Ｉ+2ｙ2×Ａ=2Ｉ+2ｙ2×83=103600ｃｍ4。 由:Ｗｘ=Ｉ/ｙｍａｘ。 得:Ｗｘ=103600/20=5180。3.3.2橫擔受力圖(見圖7) 由:ｙ′ｍａｘ=(ｐａｌ2/24ＥＩ)(3-4ａ2)=0.82, 考慮橫擔動載系數為1.1,則ｙｍａｘ=ｙ′ｍａｘ×1.1=0.9。 結論:ｙｍａｘ<ｌ/750=0.91。3.3.3 強度校核 由:σ=Ｍ/Ｗｘ=ｐａ/Ｗｘ=(14165×230)/5180=629ｋｇ/ｃｍ2。 結論:σ<[σ]=2194。3.4立柱設計 立柱截面見圖8。立柱選用角鐵的組合結構,高度9.8ｍ,承受載荷Ｐ。Ｐ=橫擔承受的載荷/2+提升架自重/6=19110ｋｇ, 立柱簡化為一端固定,一端自由,故μ=2。 假設角鐵規格為:Ｌ80×80×8,Ｉｉ=22.18ｃｍ4,Ａ=10.16ｃｍ2, Ｉ=4Ｉｉ+4∑ｙｉ2×Ａｉ=4×22.18+4×10.16×22.392=20463.3ｃｍ4,ｉ2=Ｉ/4Ａ,ｉ=22.44ｃｍ,λ=μＬ/ｉ=87.35<100。 所以不能采用歐拉公式,如用直線公式:ａ=304,ｂ=1.12,σｓ=235,λ2=(ａ-σｓ)/ｂ=61.6(λ2<λ<λ1),是中等柔度壓桿。σｃｒ=ａ-ｂλ=304-87.35×1.12=206.2ＭＰａ,Ｐｃｒ=Ａσｃｒ=837.87ｋＮ,ｎ=Ｐｃｒ/Ｐ=4.4。立柱滿足穩定條件。4 實用性分析1)立柱的設計,在總結了以往采用的鋼管等形式以后,根據實用性、安全性及經濟比較,選用了角鋼焊接的形式。 2)經過改進設計后保證了行走梁的撓度要求,同時能夠解決物料提升特種設備規范的上拱度要求,使電動小車的平穩運行安全可靠。其次改善了提升機的整體平穩性,大大減輕了提升啟動和卸載時產生的整體晃動。 3)橫擔采用雙鋼形式,有效提高了提升架的整體穩定性,控制了撓度變化過大的問題,制作安裝簡單方便。5 結語 對于起重提升水平運輸系統由于使用方式、作業要求、環境制約各因素不同,綜合考慮運輸安裝、安全可靠、經濟合理、技術可行多方面條件,還有許多方案值得探討。參考文獻:[1]ＢＪ17 88,鋼結構設計規范[Ｓ].[2]ＢＧ6067 85,起重機械安全規程[Ｓ].