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1、缆索吊机系统计算一、根底资料图1缆索吊装计算筒图标高和尺寸单位：m：吊重：KN钢绳选用规格表表1工程主索起重索牵引索扣索主抗风型号6X37637+1.637+1.637+1.637+1.根数直径947.521.21.5228247.52147.5单位重量(kg/m)7.9291.6382.7687.9297.929面积(cm2)8.43471.74272.94528.43478.4347钢丝直径(mm)2.21.()1.32.22.2钢丝绳抗拉强度(KNZcm2)15501550155015501550破断拉力(KN)107222137410721072二、主绳计算1、主索受力计算：作用于主索
2、的力由两局部组成，一是均匀荷载，二是集中荷载。均匀荷载G由起重索、牵引索、主索三局部自重组成:G=,gi+ga+gj)1.i根据表I，并将1.2=330m代入上式，有：G=(0.079299+0.016832+0.027682)330=264.9KN集中荷载由两局部组成，即主拱肋最大段重Pi=450KN(主拱肋设冲吊重400KN,计入50KN超重)，吊具和施工荷载、配重P?=6OKN,集中荷载为：P=P,+P2=400+50+60=51OKN当集中荷载作用于跨中时，主索承受最大水平张力，其值由下式求得：Hm=(G1.2+2P(1.2-a)/(8fm)式中，fm=1.214=330/14=235
3、7m,fm为主索最大工作垂度。a一双点吊装点间之距离，a=20m,代入上式,得：Hm=I264.9X330+2510(33O-2O)(823.57)=2140.5KN竖向力V=(P+G)2=(510+294.6)/2=387.45KN主索最大张力Tm=(Hm2+V2严=(2140.52+387.452严=2175.3KN由于主索自重产生的张力为：To=(HG2+Vc2)1.=(G1.2(8fm)2+(G2)2严=264.9330/(823.57)2+(264.92)2u2=482.2KN由于集中荷载作用产生的张力为：TP=(HP2+VjJ)卷=251O(330-20)/(823.57)2+(5
4、10/2)21.f2=696.3KN主索张力平安系数K=T(1.2Ti+Tg)=10729(1.21696.3+482.2)=3.8K=3上式中，1.2一系数,计入20%超三。2、主索应力验算(1)垂直荷载作用下的弯曲应力缆索弯曲应力采用下式计算OW1.=V旧(TGF)产Ai式中，E-主索弹性模量，E=756OKNcm2:V-作用在缆索上的垂直荷载，V=510KN:F一缆索的截面积，F=9X8.4347=75.9123cm2：n作用在缆索上的滑轮数，n=8X9=72个。代入上式，得w=3307560/(2175.3X75.9123),272=1.OKNZcm2(2)包裹滑轮子的缆索弯曲应力ow
5、2=3E6/(8D)式中，8主索钢丝宜径，=0.22cm;D一缆索弯曲直径，D=35cm.代入上式,得。g=3X7560X0.22/(35X8)=17.82KNcm2(3)主索拉应力。I=TMF=2175.3/75.9123=28.66KNcnr总应力平安系数K=/w+o)=155/(1.0+17.82+28.66)=3.26K|=23、主索安装垂度计算(1)换算弹性模量由于主索尾梢较长，忽略温度及其他变位影响，仅考虑锚索影响，那么考虑锚索变位影响的换算弹性模量En=E1.2/II上式中，=21.cos1+1.2=2142.16cos21.57o+330=633.58m那么En=3307560
6、633.58=3937.6KNcn2(2J主索架设时张力与初始垂度计算根据单跨主索张力方程,计算主索初始张力Ho,有Ho2+Ho2EnF(3P2+3PG+G2)(24Hm2)-HmJ-EnFG224=0令系数K1=E1,F24=3637.675.912324=12455KNK2=3P23PG+G2=35102+3510246.9+246.92=1255769KN2又令A=kk2H2n-Hn=124551255769/2140.52-2140.5=1273.2KNB=kG2=1.2455x264.9J873992384.6KN3于是上式又可简化为H%+AH%B=O,代入数值，得H3o+1273.
7、2H2o-873992384.6=0通过试算，解得H=6706KN此时相应的安装垂度为fu=G1.2(8Ho)=264.93308670.6=16.30m主索架设后安装跑车时的张力与垂度计算时张力方程为：HVAH20-B-CX(1.2-X)=O其中,C=Px(P+G)EnF(21.22)=kk31.22=124552553123302=29200KNnr其中，Px吊具重，P=60KNk3=12P(GPJ=126O(294.6+6O)=255312KN3k2=3P(P+G)+G2=3510(510+294.6)+294.62=1317827.2KN2A=kk2H2m-Hm=12455131782
8、7,2/2140.52-2140.5=1441.9KNB=k1G2三12455294.62=1080958988KN。代入张力方程，得H30+1445.9H2o-1080958988=0解得HO=895.8KN主索安装垂度：fo=G1.2(8Ho)=P1.2(4Ho)=294.6330(8895.8)+60330(4895.8)=19.09m4、温度变化对主索张力的影响设安装时的标准气温为2(C,假设气温升高，那么主绳水平张力减少，只有在气温降低时，主绳张力才会增大，因此取温度降低时进行计算。设气温由20C降低到5C,有At=20-5=15C,张力方程为：HJ+HjEnFcos2PK3P(P+
9、G)+G2224Hm2-Hm-tEnFcos-P(P+G)EnFcos2/8-G2EnFcos2/24=0令A=kk2Hm2-Hm-AEnF=(124551317827.2)/2140.52-2140.5-0.000()1215x3937.6x25.9123=1388.1KNB=P(P+G)EnFcos28+kG2=510(510+294.6)3937.675.9123/8+12455294.62=1.64131x10K)KN3代入张力方程,有力方.1Hr-1.6413Ix1.O10=O解得:H1=2I53KN降温前张力增大=H1-Hn,=2153-2140.5=12.5KN支座位移对主索张力
10、的影响支座位移为=2=2O.15=O.3m,此时张力方程为Hs3+HB3EnFcos23P(P+G)+G2J24Hm2-Hm+6cos5(EFZ1.2)-P(P+G)EnFcos2/8-G2EnFcos2/24=0令A=kk2H2m-Hm+6cos3EnF1.2=1441.9+0.3x3937.6x75.9123/330=1713.6KNB=P(P+G)EnFcos2P8+kG2=1.643131010KN5代入张力方程,有Hfc3+1713.6H2-1.6413110,0=0解得H.=2080KN较支座位移前水平张力减少aFh=Hm-HA=2140.5-2080=60.5KN此时相应的跨中垂
11、度fm=G1.2+2P(1.2-a)(8H8)=I294.6330+251O(33O-2O)J82080=24.84m较支座位移前垂度增大-fm=24.84-I9.19=5.75m6、主索作用在塔顶上的力当荷载作用在跨中时明目张胆时塔顶上的力为最大，如图3所示，有(1)竖向力3=4=sin1.(VT)=sin,(387.452175.3)=IO.26Vm=Tm(sin1+sin3)=2175.3(sin21o34,13+sin10.26)=I187.2KN(2)水平力Ht=T(COSB3-cosBi)=2175,3(cos10.26o-cos21034,13)=117.6KN7,起重索计算拱肋
12、采用双吊点起吊，每个吊点使用1根21.5mm(637+1.)钢丝绳，采用滑车组穿绕10线，那么起重钢丝绳拉力T按下式计算T=(K-I)P,Kn41.KV(Km-I)式中，K滑车组阻力系数，K=1.02n一一工作绳数，n=10P计算荷载，P=P2=5IO2=255KN;t一一导向滑车个数，1=3代入上式，得T=(1.02-1)2551.0291.02(1.02QI)=29.5KN平安系数KAi=22129.5=7.49Kaj=5选用51慢速卷扬机作动力装置，考虑到平安储藏，最大起重能力按70%计算，有5OX7O%=35KNT=29.5KN,满足要求。2、起重索的应力平安系数om=TF+3E/(8
13、D)=29.5/1.7427+375600.1820=31.1KNZcm2上式中，一一钢丝直径，=OJcmD转向滑轮直径，D=20cm应力平安系数Kti:=。加/Om=I55/31.1=4.98K=23、起重索作用在塔架顶部的力参见图3,由起重索作用在塔架顶部的外力为(1)竖向力Vm=2T(sin】+sin3)=229.5(sin10.26o+sin21o3413)=32.2KN(2)水平力H11,=2T(cosB3-cos)=229.5(cos1.0.260-cos21034,13)=3.2KN四、牵引索计算1、安装南充岸塔架前第一段拱箱，即当X=20m时牵引索受力最大，主索升角也最大，此时
14、牵引索张力方程式为HcUAHr-B-CX(1.2-X)=O此时，k=12455KN,k2=1317827.2KN2,A=1441.9KN,B=1875928988KN3X(1.2-X)=20(587-20)=6200nrk3=1.2Px(G+P)=1.2510(294.6+510)=4924152KNB+CX(1.22=5367645623KN3代入方程，得Hx3+1441.9Hx2-5367645623=0解得：Hx=138OKN此时主索升角为=tg,1.(1.2-2X)(g+P1.2)=tg1.(330-220)(0.71361+51O33O)(21380)=13.3502、牵引索总牵引力
15、由三局部组成，即(1)跑车运行阻力使牵引索产生的牵引力T=P(sin+fcos)=510(sin13.350+0.008CoS13.350)=122KN式中，f-一跑车轮与主索的摩阻系数，f=0.008o(2)起重索运行使牵引索产生的阻力T2=2T(1.-nm)=2x29.5x(1.-O.98,o)=1.1.KN式中，球轴承n=0.98,m=10。后牵引索的松驰张力T3=g(1.2-X)2(8h)=0.027682(330-20)2(850)=13.3KN(取牵引绳垂度f2=50m)牵引力T.产T+T2+T3=122+11+13.3=146.3KN用228mm钢绳,有=TT=3742146.3
16、=5,11K=3用IO1.卷扬机作动力装置，牵引绳小28mm钢绳走2线，在安装塔前最边段及次边段时，另设一台5t卷扬机帮拉，牵引索作用于塔架顶部的外力。荷载作用在跨中时.，主索升角为丫=0，由前面的计算式可得此时的牵引力为：T=P(sin+fcos)+T2+g(1.2-X)3(8f3)=510(0+0.008cos0)+11+20.027683102(820)=48.3KN由图3可知，此时塔顶外力为：Vm=T(sin+sin3)=48.3(sin21o34,13+sin10.26o)=26.4KNHm=2T(cos3-cos)=48.3(cos1.0.260-cos21034,13,)=2.6
17、KN五、扣索计算扣索采用墩扣，利用墩上排架，在盖梁上捆扣索鞍。扣索拉力由以下三个局部组成：I、边段拱肋重P1.引起的边段扣索拉力T1.（图4a）T=Px1Z=342.2412.27717.76=236.6KN2、边段拱肋接头处的风缆拉力P2产生的扣索拉力（图4bT2=P2XZ=5O22017.76=113KN3、合拢时中段拱肋搁置在边肋引起的扣索拉力（图4c）T3=P3x3Z=10024.41/17.76=137KNa）b）c）图4扣索拉力计算图上列各式中，P1一一拱箱重及超重，P1=5OOKNP2一一边段拱肋接头处的抗风拉力，P12=100KNxi、X2、X3、Z力中作用线到支点的最短距离,
18、Xi=12.2m.X2=20n.X5=24.41m,Z=1.7.76m扣索总拉力Tni=T=236.6+113+137=486.6KN扣点设一个动滑车，扣索选用447.5mm钢绳走2线,那么T=2IO72=2I44KN平安系数Km=TTm=2144/486.6=4.4KJ=3扣索收紧采用K=3采用5t慢速卷扬机作动力装置，有50X70%=35KN1.26.6KN,满足要求。六、横移索计算横移索计算简图见图5假定主索位置固定不动，起重索和拱肋将绕跑车下轮A转动，那么此时横移索有最大力的位置应在主绳垂度最大处(即跨中位置)，相应的h=18.2,=tg,(40.0/100)=tg,0.4=21o48
19、05.=20o,=70,b=130cm.横移索的水平分力计算：H=bP(h-tg)=1.3510/(18.2-tg2104805)=37.3KNTs=HZcossin=37.3(cos20sin70)=42KN选用单根小17.5mm钢绳，其破断拉力T=142KN平安系数K=ITpT1.=I42/42=3.38K=3,设5t卷扬机进行收紧。图5横移索计算图2、工作吊篮计算系统设置吊篮按吊重50KN,吊篮自重IOKN,跑车和定滑轮自重5KN控制设计:承重索采用单根47.5mm(637+1.)钢丝绳,强度级别。曰550MPa,起吊绳采用419.5mm钢丝绳走。2、牵引采用单根19.5mm钢绳。3、承
20、重索计算(1)作用于承重索上的荷载为集中力P和均荷载G组成：工作吊篮系统钢绳选用规格表表2名称工程承重索牵引索扣索型号6x37+1637+1.637+1.根数直径147.5I21.5119.5单位重量(kgm)7.9291.6381.326面积(cm2)8.43471.74271.4116钢丝直径(m)2.21.00.9钢丝绳抗拉强度(KNCm2)155015501550破断拉力(KN)1072222179P=40+10+5=55KNG=(0.01638+0.01326+0.07929)x330=35.95KN(2)当P作用于跨中时，承重索有最大水平张力，其值为Hm=(G1.2+2P1.2)(
21、8fm)式中，fm=1.212=33012=27.5m,fm为承重索最大工作垂度。Hm=(35.95x330+2x55x330)/(8x27.5)=218.93KN竖向力V=(P+G)2=35.95+55)2=45.45KN承重索最大张力Tm=(Hm2+V2产=(218.932+45.452),z2=223.6KN承重索张力平安系数：K=TJ1.2Tm=1072(1.2223.6)=3.99k)=3(3)承重索应力验算承重索在跑马滑车下的弯曲应力为。=TmF+PE(TmF)严/n式中,E-承重索弹性模量,承重索弹性模量,E=756()KNcnRP-作用在缆索上的垂直荷载,作用在缆索上的垂直荷载
22、,P=65KN;F-缆索的截面积JF=8.4347cm2;n-作用在缆索上的滑轮数,n=3个.代入上式,得。=223.68.4347+657560(223.68,4347)1.23=63.2KNcm2应力平安系数K=f=15563.2=2.45K=2图6工作吊篮计算简图(4)承重索安装垂度计算根据单跨主索张力方程,计算承重索初始张力H。,有Ho5+Ho2EnF3P2+(3PG+G2)(24Hm2Hm-EnFG224=0令系数K1.=EF/24=3937.6x8.4347/24=1383.9KNK2=3P2+3PG+G2=3552+35535.95+35.952=16299.I5KN2A=K1K
23、2H1.1.1.2-H,n=1383.916299.15223.62-223.6=227.55KNB=KiG?=1383.9x35.952=49751.21KNK3=12P(P+G)三1215(1.5+35.95)=9171KN2B+CX(1.2-X)=49751.21+1383.9x917133O2(33O24)=3222687.94KN3代入张力方程,得H03+223.6Hk=5选用51慢速卷杨机作动力装置，考虑到平安储藏，最大起重能力按70%计算，又50X70%=35KNT=28.89KN,满足要求。(2)起重索的应力平安系数。m=TF+FdDmin=28.891.4116+75600.
24、0920=54.49KNcnr上式中，d钢丝直径，d=0.09cnD111111一一转向滑轮最小直径，Dmm=20Cm平安系数K=。/Om=I55/54.49=2.847k=2牵引索计算运行至塔前2m时牵引索受力最大，承重索升角也最大，建立张力方程式Hx3+AHc-B-CX(1.2-X)=Ok=1383.9KN,h=16299.15KN2,A=227.55KN,B=49751.21KN31.=12PG+P)三12x55x(35.95+55)=60027KN2B+CX(1.2-X)=49751.211.383.96OO272(33O-2)33O2=550162.74KN3代入方程，得H3+223
25、.6Hj-550162.74=0解得：bk=453KN此时承重索升力角为Y=tg,(1.2-2X)(g+P/1.2)(2Hx)=tg-,(330-22)(0.07929+55330)(245,3)=41.51(1)跑车运行阻力使牵引索产生的牵引力Ti=P(sin+fcos)=55(sin41.51o+0.01cos41.510)=36.86KN上式中，f-一跑车轮与主索的摩阻系数，f=0.01(2)起重索运行使牵引索产生的阻力T2=(1.-11a+b)P/ImnF)上式中，n一一滑轮组效率系数，n=o.96a动滑轮数，a=1.b一一定滑轮数，b=2一一滑轮组轮数，=3N一一转向滑轮数，N=2,
26、m=2代入上式，T2=(1.-0.96,+2)55(20.963+2)=3.88KN(3)后牵引索的松驰张力T3T3=g(1.2-X)2(8f3)=O.01638(330-2)2(858.7)=3.75KN(取牵引绳垂度fj=58.7m)T=T+T2+T3=36.86+3.88+3.75=44.49KNK=TT=22244.49=4.99K=3,满足要求。用5t卷扬机作动力装置能满足要求。4、工作吊篮系统作用于塔顶的外力如图3所示,有B3=B4=sin,(45.48/223.6)=11.74V=T(sin1.+sin3)=296.98(sin21.57o+sin11.740)=169.6KNH
27、=T(cos3-cos)=296.98(cos1.1.74o-cos21.57)=14.6KN上列各式中，T=2236+28.89+44.49=29689KN八、抗风计算根据前面的计算，可知作用在塔顶的水平力H为：Hn=Hni+Hn2+Hn3+Hn4=117.6+3.2+2.6+14.6=138KNHc=Hci+Hc2Hc3+Hc4=145+3+2+17=167KN尺寸单位：cm,标高：m（括号内为塔尺寸）上式中，HnhHt1.由主索产生的塔顶水平力：HN2、Hc2一一由起重索产生的塔顶水平力：HN3、Hc3一一由牵引产生的塔顶水平力：HN4、HC4一一由工作吊篮系统产生的塔顶水平力：设每组吊
28、点布设2对钢绳作平衡抗风，那么各相关值计算如表3。按塔顶容许位移计算缆风索的安装张力：由于索塔采用固结，按标准规定，塔顶容许位移6=H400=6000/400=15cm=风缆计算相关数值表表3风缆位置南岸塔北岸塔ff一缆索编号工程前抗风2-No1.后抗风2-No2前抗风2-No1.后抗风2-No2直径根数Imm)2I47.52147.5242I.52621.5水平索路径(m)160152185142.16与水平线夹角(PI)25555333177275735213413”单位长度重量(KNZm)0.065530.079290.016380.01638单位弹性模量(KNZcm2J75607560
29、75607560单位面积(Cm2)6.97086.97081.74271.74271.cos11.658614.41773.4312.504GFcos/2424138638592550422977EcosB/F24024549.174.5位移方向正负正负位移方向负正负正计算南岸索塔抗风假定前抗风安装张力H=350KN(21.)=175KN,建立张力普遍方程式:H3=(H1+1.K1Hoi2)Hr-A1=O以容许位移控制，故%K=-0J5x240=36KN,代入上式,有HF=(175-36-241386/1752)H2-241386=0解得H1=143KN前缆风实际安装张力：Toi=H01cos
30、,=I75cos255553=195KN位移后前缆风张力：T1=H1ZcosP1=143cos255553=159KN平安系数：K=17T=6.97081550.82/195=4.54K=3（2）根据平衡条件，可得后缆风水平安装张力Ho1.=HK=3风缆计算成果见表4。（3）位移后缆风索（单组）对塔架产生的竖向力前风缆：VNi=T1.SinP=159sin25055,53=70KN后风缆：VN2=T2in2=249sin33o1717=137KN2、北岸索塔抗风计算方法同南岸索塔抗风，其数值及计算成果参见表3、表4。后缆风索（单组）对塔架产生的竖向力前风缆：Vo=Tsin=160sin27o5
31、735=75KN后风缆：V02=T2Sin2=240sin23413=88KN索塔横向抗风塔横向抗风用以平衡两组天线不同步工作时因南岸尾绳偏角所产生的横向水平力，北岸参照南岸塔设置。索塔缆风计算成果表表4风缆位置南岸塔北岸塔编号工程-前抗风2-No1.后抗风2-No2前抗风2-No1.后抗风2-No2水平位移-3636.75-7.36511.175水平安装张力(KN)17517541.2527.5A131.1199.130.934.7H3-AH2-B=OH5-131.1H2-248136=0H3-199.IH2-385925=0H,-30.9H2-5042=0H,-34.7H2-2977=0竖
32、向力1432083537水平张力19520947x4=18830x6=180水平张力159249404=160406=240平安系数4.54K=34.31KJ=34.7K=35.5IK1=3如图8所示，可求算塔顶的横向不平衡水平力为(I)当一组天线吊重后，尾绳张力根据前面的计算求得Ti=3250.2KN冲入尾绳编角的影响，有T1=T1,cos405918”=3262.6KNH1=T1sin4o5918=284KN(2)另一组不吊重时，TJ=1747.7KNT2=1747.7cos4-5918=I754KNH2=1754sin4059H=153KN塔顶不平衡水平力AH=HI-H尸=284-153
33、=131KN按横抗风与水平面成夹角计算，作用于横抗风的张力为:T=Hcos30o=131cos30=151KN设横抗风为1小36.5mm钢绳，那么平安系数为K=5.03641550.82151=4,24K=3,满足要求。(5)横向抗风作用于塔顶的竖向力(单根)VHK=TSin30=151si1130o=76KN九、索塔计算1、索塔高度确定(I)天线工作垂度fm=58714=41.93m；(2)滑车组最小高度h=3m:跨越障碍物的平安高度h2=3m;(4)千斤头长度h3=3m;(5)吊，物高度M=5m:(6)其它未预见因素hs=3m.故索塔所需高度为：h=f,n+h1=23,57+3+3+4+5
34、+3=41.57m以按15X4NI=I5X4=60m,能满足塔高要求。塔顶外力计算作用于塔项的外力有竖向力和水平力，外力计算成果见表5塔顶索按上的外载通过分配梁的分配，使之化为作用在桁架节点上的集中力，如图9所示，对于南岸塔有V=21572=1O79KNH=33O2=165KN由EVH=0,有1.Vo-V1.2Hh=0代入数值并整理，得V0=(1079100+165161)200=672KNVH=V-V0=1079-672=407KNH=165V=1079:V114-1.=2(图9外力分配计算图上列各式中，VQ一一作用于桁架截面竟河心侧顶节点的竖向外力;Vh一一作用于桁架截面靠主地锚侧顶节点的竖和外力。以上计算成果加于桁架节点上，得到作用于桁架的外力。索塔外力计算成果表表5序号南岸塔北岸塔备注垂直力水平力垂直力水平力主索1826X2282X21532X2145X2本成果表以荷载是最不利组合（吊点吊重后位于跨中时）进行计算，其计算过程详见前面的计算。表中数值乘以2,表示两组天线同时工作。起重索43X2723623X2牵引索30X25225X22X2工作吊篮258X2362219217X2前抗风159X4160X4后抗风249X4240X4横抗风762762合计(2157+892)2330x2(1812+876)2I672
