浅析龙门内斜撑受力与作用机理

　　摘要：通过对贝雷龙门内斜撑受力分析和实例计算，浅析其受力和作用机理，对其设置提出要求和建议，用以指导施工。

　　关键词：龙门,内斜撑,受力,作用,机理

　　一、贝雷龙门结构

　　贝雷龙门是由贝雷桁片通过销子连接拼成、用于起吊安装大梁的临时设施。一般由站柱和横梁及行走和起吊系统组成。其中横梁和站柱是主要受力部位。按照其使用功能分为行走龙门和固定龙门。一般结构如下图：

　　二、内斜撑受力分析

　　㈠龙门计算简图

　　按实际情况，将龙门简化为两铰刚架，内斜撑简化为链杆，如下图：

　　㈡龙门受竖直荷载时

　　取荷载作用于跨中情形计算，由于结构对称，只须取半结构计算：

　　典型方程为： δ11ⅹ1+δ12ⅹ2+Δ1p=0

　　δ21ⅹ1+δ22ⅹ2+Δ2p=0

　　δ11=[(B/2)×1×1+(1/2)×H×1×(2/3)]/EI=(B/2+H/3)/EI

　　δ22={(1/2)×b×[ab/(a2+b2)1/2]×(2/3)×[ab/(a2+b2)1/2]+(a/2)×[ab/(a2+b2)1/2]×(2/3)×[ab/(a2+b2)1/2]}/EI+(a2+b2)1/2/EA =a2b2(a+b)/[3EI(a2+b2)]+(a2+b2)1/2/EA

　　δ12=δ21={(b/2)×[ab/(a2+b2)1/2]×1+(1/2)×a×[ab/(a2+b2)1/2]×(H-a/3)/H}/EI

　　=ab[b+a(1-a/3H)] /[2EI(a2+b2)1/2]

　　Δ1p=-[(1/2)×(B/2)×(BP/4)×1+(1/2)×(BP/4)×H×(2/3)]/EI=-(B2P/16+HBP/12)/EI

　　Δ2p=-{(1/2)×b×[ab/(a2+b2)1/2]×(B/2-b/3)/(B/2)×(BP/4)+

　　(1/2)×a×[ab/(a2+b2)1/2]×[(H-a/3)/H]×(BP/4)}/EI

　　=-abp[b(B-2b/3)+aB(1-a/3H)]/[8EI(a2+b2)1/2]

　　解为：ⅹ1=(Δ2pδ12-Δ1pδ22)/(δ11δ22-δ122)

　　ⅹ2=(Δ2pδ11-Δ1pδ21)/(δ122-δ11δ22)

　　E——弹性模量(Mpa)

　　I——贝雷折算惯性矩(cm4)

　　A——内斜撑横截面面积(cm2)

　　㈢龙门受水平荷载时

　　当大梁横移时，龙门受到车轮对它的水平摩擦力。并将水平力沿作用线移至刚结点分析：

　　不考虑横梁压缩，只需取图2计算，根据结构和荷载布置特点，只取半结构即可。

　　列典型方程：δ11ⅹ1+Δ1P=0 ⅹ1=-Δ1P/δ11

　　其中：δ11={(1/2)×b×[ab/(a2+b2)1/2]×2/3×[ab/(a2+b2)1/2]+(1/2)×a×[ab/(a2+b2)1/2]×2/3×[ab/(a2+b2)1/2]}/EI+ (a2+b2)1/2/EA

　　=a2b2(a+b)/[3EI(a2+b2)]+(a2+b2)1/2/EA

　　Δ1p=-{(1/2)×b×[ab/(a2+b2)1/2]×(B/2-b/3)/(B/2)×NH/2+(1/2)×a×[ab/(a2+b2)1/2]×[(H-a/3)/H]×NH/2}/EI

　　=-abNH[b(1-2b/3B)+a(1-a/3H)]/[4EI(a2+b2)1/2]

　　E、I、A同上。

　　三、龙门实例计算

　　以淮安市淮海南路南延段灌溉总渠大桥用于安装35m预制箱梁移动龙门为例进行计算。该龙门宽24m，高21m。站柱和横梁均由6排单层贝雷组成，横梁有上下加强杆，计算起吊重量为75吨。具体参数为：

　　H=21m，B=24m，b=3m，a=3m,I=6×282000×10-8m4

　　A= 6×25.48×10-4m2，E=2×105Mpa，P=75×104N

　　滚动摩擦系数.f=005,N=pf=75×104×0.05=3.75×104N

　　1.竖向荷载作用力下内斜撑受力：

　　δ11=5.61×10-9，δ12=1.84×10-9，δ22=4.04×10-9，Δ1p=0.01729，

　　Δ2p=0.00791,ⅹ1=287T.m，ⅹ2=65.2T

　　内力图如下：

　　2. 水平荷载作用下内斜撑受力：

　　δ11=4.04×10-9，Δ1p=-0.000692，ⅹ1=17.1T 内力图如下：

　　四、结论

　　1.内斜撑在竖向荷载下，左右侧斜撑均为压杆，具有减小横梁计算跨径，减少跨中弯矩的作用。同时减少了刚结点反弯矩，使外斜撑受力减小。但是使站柱受弯矩增大。

　　2.水平荷载作用时，左右两侧内斜撑受力相反，一边为压杆，一边为拉杆，具有增强龙门横向稳定性作用。

　　3.当竖直、水平荷载同时作用时，造成两侧受力不均，一侧弯矩内力增大，一侧弯距内力减小，增加了站柱的不安全性。

　　五、建议

　　1.当龙门横梁抗弯刚度小或者跨径较大时，需设置内斜撑，以减小跨中弯距，此时相应地要保证站柱抗弯刚度。

　　2.如果横梁抗弯刚度较大且比较富余，内斜撑可以不设。

　　3.当有频繁的水平冲击作用时，应设置内斜撑。

　　4.内斜撑的截面形式和面积必须经过计算确定，保证压杆不失稳，否则将会失去相应作用。

　　主要参考文献：

　　1.黄绍金、刘陌生编著.装配式公路钢桥多用途使用手册. 人民交通出版社.2002年

　　2.六四式(加强型六四式)铁路军用梁手册(增订版).北京.中国铁道建筑总公司 .1998年

　　3.周水兴、何兆益、邹毅松等编著.路桥施工计算手册.人民交通出版社.2003年

　　4.徐烈炫、王斌耀编著.工程力学.同济大学出版社.2008年

　　5.龙驭球、包世华. 结构力学.人民教育出版社.1979年

《浅析龙门内斜撑受力与作用机理》

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