塔机“十字梁”底座设计计算方法研究

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十字梁”底座作为-种常见的基础支撑型式，具有构造简单、受力明确以及安装运输方便等诸多优势，已被广泛应用于塔机轨道行走、固定工况的基础支撑结构。然而目前尚未见当地基发生沉降时，十字梁”底座的相关设计依据。本文对这-问题进行介绍，对这类结构的设计计算具有-定的参考价值。

在实际使用过程中，随着基础的沉降 十字梁”底座自身受力状态将发生变化，因此为了便于详细讨论考虑基础沉降时 十字梁”底座的设计依据，可将其分解成为以下2个受力状态：①4个支点均不发生沉降，即支点 1～4处于同-水平面内；②4个支点中仅对角线上两支点 1和3发生沉降，且沉降量相等。

1 力学模型 2 设计思想塔机的 十字梁”底座如图 1所示，塔身所受垂直载荷和弯矩通过塔身连接法兰传递给底座，通过支点进-步传递给台车或支脚盘，最后作用于轨道或固定基矗图1 塔机 十字梁”底座示意图50 201 3(06)建筑机械化如果考虑支点 1和3发生沉降，十字梁”底座的设计应同时满足以下两个条件：①任意支撑处支反力非负，即不离地；②满足强度条件。

下面分别讨论塔身受到垂直力和弯矩作用下，4个支撑处支反力以及 十字梁”底座 自身强度的计算方法。

2.1 各支点反力计算为了说明问题下述推导过程假设起重臂方向与梁 1-3重合。

2.1.1 塔身垂直载荷4P产生的底座各支反力当各支点处于同-平面时，塔身垂直载荷将平均分配给4个塔身连接法兰，并通过十字梁”结构平均分配给底座4个支点。然而当支点 l和3的基础实际发生沉降h ，各支点反力将受到 十字梁”底座自身抗弯刚度的影响进行重新分配，即支反力与梁的变形相关。为计算此时各支反力，首先计算支点 1和3处反力敲为零时的支点下沉量 h。

按照 十字梁”的实际受力状态，将梁 2-4简化为中部三点受集中载荷作用的两端简支梁模型计算梁的变形，计算模型如图2所示。

塔身连接法兰5和7垂直载荷分别导致梁2-4P ，P P... - - - -- -JI-- - I - - - - - - rl - -- - - - - - L - - - - ④ ⑧ ⑥ ②图2 梁2-4受到垂直载荷作用的计算模型在梁中部弯曲变形h 7 面.vr-fpL3id2 4 id2 4 (1) m 'n h 其中， 为弹性模量；J，为梁的截面惯性矩。

塔身连接法兰6和 8处垂直载荷共同导致梁2-4在梁中部弯曲变形曼 尘 24E1 [(3-(丝L) ](2) - ，J塔身连接法兰5或 7-上载荷导致梁 3端部弯曲变形，计算模型如图 所示。

PI) ⑦图3 梁1-3受到垂直载荷作用的计算模型： h。7 面vTeL2，(3L- Lt) (3)由式(1)～(3)，可得支点 1和3处的综合位移hh 5 h 7 h684 id2 4 (4) 4 0 IJ将支点 l和 3的计算下沉量 h与基础实际发生的沉降量 h 进行比较。

a)当h>h 时，支点 1和 3处支反力大于 0，即支点l和3不悬空，实际各支反力应重新计算，具体方法如下。

将垂直载荷 4P减小直到通过式 (1)-(4)计算得到的h等于基础实际发生的沉降量 h ，假设此时的垂直载荷为 4P，那么 N4p 3：p-p N4 P P (5) lP1M 设计研究 Design&Researchb)当h

从计算过程可以看出，十字梁”底座自身的抗弯曲刚度对支点1和3的计算下沉量有明显的影响。

2.1.2 塔身弯矩 产生的底座各支点反力当底座仅受塔身弯矩 时，各支反力计算模型如图 4所示。

Ⅳ M/(L1 -M/(，eL) (6) 0图4 梁1-3受到弯矩作用的计算模型2.1.3 塔 身垂直 力4P和弯矩 共同作 用产生的底座各支点反力当塔身垂直力4P和弯矩M共同作用时，各支反力为f N.P-P /( L)MP-P - /( L) (7) l Ⅳ4PP由式(7)可以看出，支点 3支反力为最小，实际工作中应保证任何情况下任意支反力非负，因此当整机垂直载荷不足时可通过增加压重的方式保证各支点反力非负。

2.2 各控制截面应力计算底座受到垂直力 4P和弯矩 共同作用时，如果支点 1和3处发生沉降，且起重臂与梁 2-4重合时，塔身与底座各连接法兰处的底座控制截面复合应力最大，其弯曲应力、剪应力和复合应力计算方法如下。

2.2.1 弯曲应力当塔身垂直力4P和弯矩 共同作用时，各连接法兰处的合弯矩眠：车(PP )(L-Li)： 车(PP)fL-L )- (8) 可 - (P-P )(L-L.)由式 (8)可以看出，底座最大弯矩发生在连(下转第 76页)建筑机械化2013(06)5 1Construction Technique 施工技术焊接、防腐、试压等特殊方案，还在钻机-侧搭设大棚，大棚内采取了燃烧炉子和加伴热带等防冻措施。包括回拖前发送沟内注水结冰，也被我们用特殊的方式成功解决。

4 应急预案作为管道定向钻施工的最后-环，回拖作业的成败直接决定着整个定向钻工程的成败。但有时受穿越地层地质的影响，在扩孔、洗孔后，在管道回拖前或在管道回拖过程中，孔洞的状况不好如孔壁坍塌、缩孔时会出现回拖卡钻现象，大辽河因为经过细砂层，就给管道回拖带来了-定的风险。因此必须在回拖前做好管道卡钻的应急措施准备。

我们在管道尾端安装了夯管锤，其作用原理是：在管道回拖时如遇到回拖力增加至超出预计的最大安全拉力时，可判断为管道在孔洞中遭遇孔壁坍塌导致抱管现象产生。出现此种情况时，可立即启动安装好夯管锤进行锤击，使管道受到夯管锤的振击后，而回拖作业得以继续进行。夯管锤的使用安装如图3所摆脱穿越孔洞对其的束缚，从示。 图3 夯管锤安装使用示意图在大辽河实 际回拖 中，最大 回拖力显示240t，非常顺利。

5 成 果大辽河穿越创造了世界水平定向钻单机穿越长度 (2 480m)新纪录，积累了单机长距离穿越及同孔并拖的施工经验，为今后水平定向钻穿越长度超过4kin甚至5km积累了经验，同时成功运用海缆代替硅芯管，减小光缆管穿越不仅节约成本，还减少了施工风险。 圈(编辑 吴学松)[中图分类号]TU94 1[文献标识码]B[文章编号]1 001-1 366(201 3)06-0074-03[收稿日期]201 3-03-29(上接第 51页)接法兰6处，其弯曲应力按照下式计算GMM/W (9)2.2.2 甍 切趣 力当塔身垂直力4P和弯矩 共同作用时，各连接法兰处的合剪力Q -p-p孚Q P孚 (10)Q -pQ P-2P由式(10)可以看出，底座最大剪力发生在连接法兰 8处，剪切应力按照下式计算rQ/A (11)2-2-3 复合应 力： 、/ 3r ≤o-] (12)3 结 论本文讨论了常见基础支撑结构 十字梁”底76 201 3(06)建筑机械化座在发生沉降时的设计计算方法。对于确定的垂直载荷和弯矩条件下，随着支点 1和 3的沉降量由零逐渐增加到某-数值的过程中，为了避免出现支点悬空，十字梁”底座上需要增加压重。压重的作用包括两个部分：其-需要将支点 1和 3的下沉量压平，其二考虑弯矩作用在回转平面内360。任意位置时支点不发生离地。因此设计时应当遵循如下原则。

1)臂架与梁 1-3重合时，以支点 1或 3不离地为条件确定整机自重及压重质量。

2)臂架与梁 2-4重合时，法兰连接 6或 8处底座满足强度要求。

本文的方法对这类结构的设计计算具有-定的参考价值。 圈(编辑 贾泽耀)(中图分类号]TH212；TH213.3[文献标识码]B[文章编号]1001-1366(2013)06-0050-02[收稿日期]2013-03-18