矿山钢井架设计的荷载计算 .doc

矿山钢井架设计的荷载计算 杨奎利，冯益孝 （煤炭工业部济南设计研究院，山东 济南250031） 摘 要在矿山钢井架的设计中，井架的内力分析及构件验算没有专门软件，只能采用通用的结构分析软件。这样，作用在井架上的荷载就要人工统计和填写，而作用在井架上的荷载与一般的结构不同，荷载组合方式也不一样，为减少荷载统计工作量，避免统计差错，用Excel作了荷载统计模板，仅改动几个必要的参数，就可以得到作用在井架斜架上的荷载，计算准确快捷。 关键词钢井架；荷载统计；提升工作荷载；断绳荷载；Excel 中图分类号TD223 文献标识码B 文章编号1004-4620（2006）02-0078-03 1 前 言 多绳摩擦轮矿山钢井架可分为斜架和立架两大部分，斜架为箱型截面组成的空间钢框架结构，立架为型钢组成的空间桁架结构，立架顶部与斜架相连，两部分可分别进行内力分析和杆件验算，作用在斜架上的荷载有三类，分别是永久荷载、可变荷载和偶然荷载，永久荷载有结构自重、设备重等；可变荷载有提升工作荷载、平台活荷载、风荷载、起重架安装荷载、凿井工作荷载等；偶然荷载有断绳荷载和地震作用等。起控制作用的是断绳荷载。 井架的内力分析及构件验算没有专门软件，只能采用通用的结构分析软件，如SAP系列、ANSYS等通用有限元分析软件及同济大学的3D3S等。作用在井架上的荷载就要人工统计和填写，为减少荷载统计工作量，避免统计差错，用Excel作了荷载统计模板，仅改动几个必要的参数，就可以得到作用在井架斜架上的荷载，准确快捷。该方法适用于高度60m以下、地震力度8度以下的钢井架。 2 Excel模板 以下内容为Excel模板文件，其中加下划线的数字可根据不同的工程修改，其他参数自动计算。 提升系统示意图见图1。下钢丝绳角度计算示意图见图2。 图1 提升系统示意图 图2 下钢丝绳角度计算示意图 （1）提升系统参数H1900，H235500，H341100；L130000，L2900，D2800。根据提升系统参数，可以计算出上钢丝绳角度a1为54.33066946，斜腿倾角b为72.18111232，下钢丝绳角度a2为55.6008739。 （2）钢丝绳工作荷载提升加速度aa0.7m/s/s；最大静拉力Q 250kN，工作荷载标准值Qs为 Qs1.25Q（1aa/9.80.1）366kN （3）钢丝绳断绳荷载钢丝绳数n4，单绳钢丝破断力总和Qd521.41kN，破断力总和Qsd为 Qsd0.8nQd1668.512kN （4）上绳合力及分力（见图3） β117.83466527，θ172.16533473，工作荷载 合力Rs12Qscos（β1）697kN 垂直分力QsV1Rs1sin（θ1） 663kN 水平分力QsH1Rs1cos（θ1） 213kN 断绳荷载 合力Rs22Qsdcos（β1） 3177kN 垂直分力QsV2Rs2sin（θ1） 3024kN 水平分力QsH2Rs2cos（θ1）973kN 图3 上绳合力及分力 （5）下绳合力及分力（见图4） β217.19956305，θ272.80043695。 合力Rx12Qscos（β1） 699kN 垂直分力QxV1Rx1sin（θ1）668kN 水平分力QxH1Rx1cos（θ1）207kN 断绳荷载 合力Rx22Qsdcos（β1） 3188kN 垂直分力QxV2Rx2sin（θ1） 3045kN 水平分力QxH2Rx2cos（θ1） 943kN 图4 下绳合力及分力 （6）天轮荷载分配到两个支座上（见图5） 提升中心线到左右两个支座的距离B1870，B21120。正常提升工作荷载 Q1h1B2/（B1B2）QsH1120kN Q1v1B2/（B1B2）QsV1373kN Q1h2B1/（B1B2）QsH193kN Q1v2B1/（B1B2）QsV1290kN Q2h1B2/（B1B2）QxH1116kN Q2v1B2/（B1B2）QxV1376kN Q2h2B1/（B1B2）QxH190kN Q2v2B1/（B1B2）QxV1292kN 上天轮断绳，下天轮断1/3 Q1h1B2/（B1B2）QsH2548kN Q1v1B2/（B1B2）QsV21702kN Q1h2B1/（B1B2）QsH2425kN Q1v2B1/（B1B2）QsV21322kN Q2h1B2/（B1B2）QxH2/3177kN Q2v1B2/（B1B2）QxV2/3571kN Q2h2B1/（B1B2）QxH2/3137kN Q2v2B1/（B1B2）QxV2/3444kN 下天轮断绳，上天轮断1/3 Q1h1B2/（B1B2）QsH2/3183kN Q1v1B2/（B1B2）QsV2/3567kN Q1h2B1/（B1B2）QsH2/3142kN Q1v2B1/（B1B2）QsV2/3 441kN Q2h1B2/（B1B2）QxH2531kN Q2v1B2/（B1B2）QxV21714kN Q2h2B1/（B1B2）QxH2412kN Q2v2B1/（B1B2）QxV21331kN 图5 天轮梁受力状况 （7）平台恒载（见图6）平台自重Q2 kN/m2，天轮装置重Qt115.2kN，L12.56m，L41.118m，L22.96m， L51m，L30.894m，L61.2m，L75.154m。 P1（L5L6L1/2L7）Q15.6kN P2（L5L6L2/2L7）Q17.7kN P3（L3L4L1/2L7）QQt/272.8kN P4（L3L4L2/2L7）QQt/274.9kN （8）活载（见图6）平台自重Q5 kN/m2。 P1（L5L6L1/2L7）Q39.0kN P2（L5L6L2/2L7）Q44.1kN P3（L3L4L1/2L7）Q38.0kN P4（L3L4L2/2L7）Q43.1kN 图6 天轮平台示意图 （9）在井架上的荷载自重N1；平台活荷载N2；正常工作荷载N3；上天轮断绳，下天轮断1/3，N4；下天轮断绳，上天轮断1/3，N5；正X方向风荷载N6；负X方向风荷载N7；正Y方向风荷载N8；负Y方向风荷载N9。 （10）荷载组合工作荷载组合 1.2N11.4 N21.3 N3（1） 1.2N11.40.6N21.30.85N31.4N8（2） 1.2N11.40.6N21.30.85N31.4N9（3） 1.2N11.40.6N21.30.85N31.4N8（4） 1.2N11.40.6N21.30.85N31.4N9（5） 事故荷载组合（井架高度大于60m考虑风载） 1.0N11.40.6N21.0N4 （1） 1.0N11.40.6N21.0N5 （2） 地震作用组合 7度区不进行抗震计算，仅满足抗震构造要求。 （11）事故荷载组合是起控制作用的组合，可仅对事故荷载组合进行内力分析。当用同济大学的3D3S软件进行内力分析及验算时，因为该软件的荷载组合不适合该工程，所以将该工程的事故荷载组合中的风荷载与断绳荷载分别乘以相应的分项系数及组合系数后，作为活荷载的一种工况输入，在软件的组合中，不再考虑系数。 3D3S活载工况一（见图7） 图7 活载工况简图 1.40.6N21.0N4 （1） Qv11.40.6P3Q1v11734 Qv21.40.6P4Q1v2 1358 Qh1Q1h1548 Qh2Q1h2425 Qv31.40.6P133 Qv41.40.6P237 Qv51.40.6P3Q2v1603 Qv61.40.6P4Q2v2480 Qh5Q2h1177 Qh6Q2h2137 Qv71.40.6P133 Qv81.40.6P237 3D3S活载工况二（见图7） 1.40.6N21.0N5 （2） Qv11.40.6P3Q1v1599 Qv21.40.6P4Q1v2477 Qh1Q1h1183 Qh2Q1h2142 Qv31.40.6P133 Qv41.40.6P237 Qv51.40.6P3Q2v11746 Qv61.40.6P4Q2v21368 Qh5Q2h1531 Qh6Q2h2412 Qv71.40.6P133 Qv81.40.6P237 3 结束语 以Excel模板的形式统计荷载，只修改几个必要的参数，就可以生成详细的计算书，对钢井架设计中荷载统计进行了详细分析。将得到的荷载值填入计算软件就可以进行内力分析了，方便快捷，不易出错。