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北京地铁中—成区间提升运输系统设计方案
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内容提示：结合工程实例,介绍了本工程的总体设计思路,并对主要施工任务、施工环境、制约因素等作了分析,提出主要构件设计方案,利用力学原理进行受力核算,与其他方式比较进行实用性分析。
摘 要:结合工程实例,介绍了本工程的总体设计思路,并对主要施工任务、施工环境、制约因素等作了分析,提出主要构件设计方案,利用力学原理进行受力核算,与其他方式比较进行实用性分析。（参考《建筑中文网》）
关键词:设计思路,受力核算,设计方案,实用性分析
1 总体设计思路
1)工程简介:本工程是北京地铁四号线工程中关村———成府路区间,全长700m,为矿山法暗挖施工,竖井大约在暗挖区间中间位置,设计出土量约为6万m3,工期要求为:开挖支护10个月。
2)竖井设计情况:本竖井主要设计尺寸长(南北方向)6m,宽4.6m,深为20m。
3)提升机主要尺寸:根据竖井尺寸、场地大小及周边管线情况,依据施工工期考虑,采用电动单梁悬挂式方案,设计提升架主要尺寸为:两跨长18m(南北方向),宽7m,梁高为9.8m,电动葫芦采用两组同时作业方式。
2 主要部件设计说明
2.1 立柱设计(见图1)
立柱使用材料说明:柱杆采用L80×80×8×9800,横杆采用L80×80×8×480,每500为一组,上下法兰采用16板,护座、肋筋采用10钢板,材质均为Q235。
技术要求:柱杆与横杆间满焊,焊缝高10mm,柱杆与上下法兰间满焊,焊缝高10mm。
2.2 行走梁的设计(见图2)
使用材料:工字钢采用40B型号,上盖板采用16mm钢板,腹板、斜板、筋板采用6mm钢板。
技术要求:1)上盖板与腹板内侧间焊接为间断焊,焊角高6mm,焊长50mm,间隔100mm,外侧为满焊,焊角高6mm。2)上盖板与筋板间为满焊,焊角高10mm。3)腹板与筋板间为间接焊,焊角高10mm,焊长100mm,间隔50mm,与斜板间焊接为满焊,焊缝余高2mm。4)工字钢与筋板及间焊接为满焊,焊缝余高2mm。
2.3 横担设计(见图3)
使用材料说明:主担采用40B槽钢,上下法兰、筋板采用16钢板,材质均为Q235。技术要求:1)两主横担槽钢间焊接为间断焊,焊角高10mm,焊长50mm,间隔100mm。2)外侧法兰、连接板与主横担间为满焊,焊角高15mm。3)槽钢外侧与筋板间为满焊,焊角高10mm。
3 关于竖井提升架理论计算
3.1 设计指标
3.1.1 刚度条件:容许挠度见GB3811 85起重机械设计规范
ymax≤[1/750]。
3.1.2 强度条件:容许强度见BJ17 88钢结构设计规范
σ≤[σ]=215N/mm2=2194kg/cm2。
3.2 主梁设计
3.2.1 主梁截面(见图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。
主梁受力图(以下由主梁最大受力点分析见图5)
3.2.2 刚度校核
由:y′max=pl/48EI=0.65。
考虑主梁动载系数为1.1,则ymax=y′max×1.1=0.72。
结论:ymax<l/750=1.27。
3.2.3 强度校核
由:σ=M/Wx=(pl/4)/Wx=(12000×950/4)/3493=816kg/cm2。
结论:σ<[σ]=2194。
3.3 横担设计
3.3.1 横担截面(以下由横担最大受力点分析见图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 横担受力图(见图7)
由:y′max=(pal2/24EI)(3-4a2)=0.82,
考虑横担动载系数为1.1,则ymax=y′max×1.1=0.9。
结论:ymax<l/750=0.91。
3.3.3 强度校核
由:σ=M/Wx=pa/Wx=(14165×230)/5180=629kg/cm2。
结论:σ<[σ]=2194。
3.4 立柱设计
立柱截面见图8。
立柱选用角铁的组合结构,高度9.8m,承受载荷P。
P=横担承受的载荷/2 提升架自重/6=19110kg,
立柱简化为一端固定,一端自由,故μ=2。
假设角铁规格为: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。
所以不能采用欧拉公式,如用直线公式:a=304,b=1.12,σｓ=235,
λ2=(a-σｓ)/b=61.6(λ2<λ<λ1),是中等柔度压杆。
σcr=a-bλ=304-87.35×1.12=206.2MPa,
Pcr=Aσcr=837.87kN,
n=Pcr/P=4.4。
立柱满足稳定条件。
4 实用性分析
1)立柱的设计,在总结了以往采用的钢管等形式以后,根据实用性、安全性及经济比较,选用了角钢焊接的形式。
2)经过改进设计后保证了行走梁的挠度要求,同时能够解决物料提升特种设备规范的上拱度要求,使电动小车的平稳运行安全可靠。其次改善了提升机的整体平稳性,大大减轻了提升启动和卸载时产生的整体晃动。
3)横担采用双钢形式,有效提高了提升架的整体稳定性,控制了挠度变化过大的问题,制作安装简单方便。
5 结语
对于起重提升水平运输系统由于使用方式、作业要求、环境制约各因素不同,综合考虑运输安装、安全可靠、经济合理、技术可行多方面条件,还有许多方案值得探讨。
参考文献:
[1]BJ17 88,钢结构设计规范[S].
[2]BG6067 85,起重机械安全规程[S].
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200809/9169.htm
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