一種上弦桿加長(zhǎng)型桁架的設(shè)計(jì)

田仁蘭，李恒燦

（1.中山市公路鋼結(jié)構(gòu)制造有限公司，廣東 中山 528436；2.華北水利水電大學(xué) 機(jī)械學(xué)院，鄭州 450011）

0 引言

裝配式公路鋼橋桁架（以下簡(jiǎn)稱“桁架”），是裝配式公路鋼橋的主要承載結(jié)構(gòu)件之一，作為一個(gè)基本拼裝單元，也可以被用來(lái)拼裝成起重機(jī)械主梁。由于受到自重和載重，主梁會(huì)因下?lián)隙冗^(guò)大而使小車(chē)自行下滑或產(chǎn)生爬坡現(xiàn)象。為防止小車(chē)下滑和產(chǎn)生爬坡現(xiàn)象，本文介紹一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便，滿足設(shè)計(jì)要求，解決主梁下彎問(wèn)題的上弦桿加長(zhǎng)型桁架，該項(xiàng)技術(shù)已申請(qǐng)專利。

1 主梁結(jié)構(gòu)及下彎分析

圖1 321 型桁架結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)桁架作為一個(gè)基本拼裝單元被用來(lái)拼裝成起重機(jī)械主梁時(shí)，其結(jié)構(gòu)如圖3 所示。當(dāng)起重機(jī)械空載時(shí)，在主梁自重作用下，主梁上弦桿受壓，下弦桿受拉，因?yàn)殍旒荜?、?yáng)頭銷(xiāo)孔與桁架銷(xiāo)之間是間隙配合，有最大值為0.6 mm的間隙，所以主梁將下?lián)?，產(chǎn)生的下?lián)隙确Q為非彈性撓度，用fm表示；主梁自重產(chǎn)生的彈性下?lián)隙扔胒0表示，則主梁的下?lián)隙萬(wàn)d＝fm＋f0［2］。在設(shè)計(jì)起重機(jī)械主梁時(shí)，為了防止主梁在承載后因下?lián)隙冗^(guò)大而使小車(chē)自行下滑或產(chǎn)生爬坡現(xiàn)象，應(yīng)將主梁設(shè)計(jì)成具有上拱度f(wàn)，其值通常為［3］：

圖2 銷(xiāo)聯(lián)接結(jié)構(gòu)圖

圖3 桁架拼裝型起重機(jī)械主梁結(jié)構(gòu)圖

式中，S為起重機(jī)跨度。

顯然，桁架拼裝型起重機(jī)械主梁因具有下?lián)隙榷荒軡M足這一要求。為此，設(shè)計(jì)了一種上弦桿加長(zhǎng)型桁架。

2 上弦桿加長(zhǎng)型桁架的設(shè)計(jì)原理分析

2.1 主梁產(chǎn)生上拱度的原理分析

如圖3 所示，由于桁架拼裝型起重機(jī)械主梁是由多個(gè)單元桁架串聯(lián)拼裝起來(lái)的，多個(gè)單元桁架的上弦桿串聯(lián)聯(lián)接后組成主梁的上弦桿；多個(gè)單元桁架的下弦桿串聯(lián)聯(lián)接后組成主梁的下弦桿，故主梁跨度之間的單元桁架的節(jié)數(shù)n 有偶數(shù)和奇數(shù)之分。

圖4 主梁上拱度示意圖

當(dāng)節(jié)數(shù)n為偶數(shù)時(shí)，如圖4 所示，拆除主梁上弦桿中間聯(lián)接點(diǎn)處的桁架銷(xiāo)后，可以將下弦桿的中間聯(lián)接點(diǎn)抬高。因?yàn)殍旒茕N(xiāo)與銷(xiāo)孔之間有間隙，主梁可以稍微拉長(zhǎng)，所以主梁將繞支座銷(xiāo)孔A、C 及中間銷(xiāo)孔B 三處的桁架銷(xiāo)旋轉(zhuǎn)，而主梁跨度不變。當(dāng)主梁下弦桿中間聯(lián)接點(diǎn)抬高后，上弦桿中間聯(lián)接點(diǎn)處將分離，上弦桿斷開(kāi)處的銷(xiāo)孔與中間最高點(diǎn)之間的距離以b 表示。為了使主梁上拱度達(dá)到要求，下弦桿中間聯(lián)接點(diǎn)的抬高值應(yīng)為fu=fd+f。因此，加長(zhǎng)型桁架的上弦桿，使左右兩邊的主梁上弦桿長(zhǎng)度各加長(zhǎng)b，即主梁跨度之間多個(gè)單元桁架的上弦桿總長(zhǎng)加長(zhǎng)2b 后，再用桁架銷(xiāo)聯(lián)接起來(lái)，就可以使主梁上拱度達(dá)到要求。

圖4 中，b=2Hfu/S，fu=fd+f，fd=fm+f0，f=（0.9～1.4）S/1000，故

式中：H為一個(gè)單元桁架的豎向孔距；fu為下弦桿中間聯(lián)接點(diǎn)的抬高值。

同理，如圖5 所示，當(dāng)所述主梁跨度之間的單元桁架的節(jié)數(shù)n為奇數(shù)時(shí)，為使主梁上拱度達(dá)到要求，也需要將主梁跨度之間多個(gè)單元桁架的上弦桿總長(zhǎng)加長(zhǎng)2b，通過(guò)計(jì)算得出：

圖5 主梁上拱度示意圖

式中：L2為單元桁架的橫向孔距。

需要說(shuō)明的是：因?yàn)橹髁合孪覘U抬高值fu與跨度相比總是很小，其比值fu/S＜0.5%，所以，雖然桁架銷(xiāo)孔與桁架銷(xiāo)之間的間隙微小，也總是可以采取以上方法使主梁上拱度達(dá)到要求。

2.2 上弦桿加長(zhǎng)型桁架的設(shè)計(jì)

圖6 上弦桿加長(zhǎng)型桁架結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)上弦桿加長(zhǎng)型桁架如圖6 所示，其陰頭豎桿、斜桿、中間豎桿、下弦桿、陽(yáng)頭豎桿的位置和尺寸與標(biāo)準(zhǔn)桁架的位置和尺寸完全一樣；不同的是：其上弦桿的長(zhǎng)度比標(biāo)準(zhǔn)桁架的上弦桿的長(zhǎng)度長(zhǎng)a，相應(yīng)地，上弦桿橫向孔距也長(zhǎng)a。

從上文分析可知，為了使桁架拼裝型起重機(jī)械主梁產(chǎn)生上拱度，需要將主梁?jiǎn)卧旒艿纳舷覘U加長(zhǎng)。而為了使主梁受力均勻及實(shí)際制作方便，應(yīng)當(dāng)從主梁中間開(kāi)始，左右對(duì)稱地加長(zhǎng)桁架的上弦桿，且每節(jié)桁架的加長(zhǎng)量a應(yīng)相等。因此，當(dāng)主梁跨度之間的單元桁架的節(jié)數(shù)n為偶數(shù)時(shí)，當(dāng)只加長(zhǎng)兩節(jié)桁架的上弦桿時(shí)，應(yīng)當(dāng)加長(zhǎng)中間兩節(jié)桁架的上弦桿，a=2b/2；當(dāng)只加長(zhǎng)四節(jié)桁架的上弦桿時(shí)，應(yīng)當(dāng)加長(zhǎng)中間四節(jié)桁架的上弦桿，a=2b/4；依此類(lèi)推，當(dāng)加長(zhǎng)n1節(jié)桁架的上弦桿時(shí)，應(yīng)當(dāng)加長(zhǎng)中間n1節(jié)桁架的上弦桿，a=2b/n1，其中n1為偶數(shù)，且n1≤n。實(shí)際制作上弦桿加長(zhǎng)型桁架時(shí)，為了使桁架受力均勻，應(yīng)加長(zhǎng)上弦桿后，使陰、陽(yáng)頭各向外伸出a/2，而桁架上其它構(gòu)件的位置不變。當(dāng)主梁跨度之間的桁架節(jié)數(shù)n為奇數(shù)時(shí)，當(dāng)加長(zhǎng)n1節(jié)桁架的上弦桿時(shí)，應(yīng)當(dāng)加長(zhǎng)主梁中間n1節(jié)桁架的上弦桿，a＝2b/n1，且n1≤n，n1為偶數(shù)，且上弦桿加長(zhǎng)的桁架中不包含中間那一節(jié)桁架。

表1 321 型桁架改型前后特征尺寸 mm

表2 200 型桁架改型前后特征尺寸 mm

2.3 改型前后桁架的主要特征尺寸

321 型桁架和200 型桁架改型前后桁架的主要特征尺寸如表1 和表2 所示。

3 結(jié)論

本文介紹了一種解決主梁下彎問(wèn)題的上弦桿加長(zhǎng)型桁架，改型后的桁架拼裝型主梁跨度之間的部分或全部單元桁架的上弦桿的長(zhǎng)度比下弦桿的長(zhǎng)度長(zhǎng)，從而使桁架拼裝型起重機(jī)械主梁具有上拱度，即對(duì)稱改動(dòng)主梁跨度中間左右兩邊單元桁架的結(jié)構(gòu)，使其上弦桿加長(zhǎng)，從而使主梁上弦桿加長(zhǎng)。各節(jié)單元桁架的上弦桿加長(zhǎng)量相等，而桁架上其它構(gòu)件的位置均不變，從而使主梁上弦桿長(zhǎng)于主梁下弦桿，解決了主梁下?lián)系膯?wèn)題。通過(guò)試驗(yàn)，能很好地滿足設(shè)計(jì)和使用要求。

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