一种上弦杆加长型桁架的设计

田仁兰，李恒灿

（1.中山市公路钢结构制造有限公司，广东 中山 528436；2.华北水利水电大学 机械学院，郑州 450011）

0 引言

装配式公路钢桥桁架（以下简称“桁架”），是装配式公路钢桥的主要承载结构件之一，作为一个基本拼装单元，也可以被用来拼装成起重机械主梁。由于受到自重和载重，主梁会因下挠度过大而使小车自行下滑或产生爬坡现象。为防止小车下滑和产生爬坡现象，本文介绍一种结构简单,制造方便，满足设计要求，解决主梁下弯问题的上弦杆加长型桁架，该项技术已申请专利。

1 主梁结构及下弯分析

图1 321 型桁架结构图

当桁架作为一个基本拼装单元被用来拼装成起重机械主梁时，其结构如图3 所示。当起重机械空载时，在主梁自重作用下，主梁上弦杆受压，下弦杆受拉，因为桁架阴、阳头销孔与桁架销之间是间隙配合，有最大值为0.6 mm的间隙，所以主梁将下挠，产生的下挠度称为非弹性挠度，用fm表示；主梁自重产生的弹性下挠度用f0表示，则主梁的下挠度fd＝fm＋f0［2］。在设计起重机械主梁时，为了防止主梁在承载后因下挠度过大而使小车自行下滑或产生爬坡现象，应将主梁设计成具有上拱度f，其值通常为［3］：

图2 销联接结构图

图3 桁架拼装型起重机械主梁结构图

式中，S为起重机跨度。

显然，桁架拼装型起重机械主梁因具有下挠度而不能满足这一要求。为此，设计了一种上弦杆加长型桁架。

2 上弦杆加长型桁架的设计原理分析

2.1 主梁产生上拱度的原理分析

如图3 所示，由于桁架拼装型起重机械主梁是由多个单元桁架串联拼装起来的，多个单元桁架的上弦杆串联联接后组成主梁的上弦杆；多个单元桁架的下弦杆串联联接后组成主梁的下弦杆，故主梁跨度之间的单元桁架的节数n 有偶数和奇数之分。

图4 主梁上拱度示意图

当节数n为偶数时，如图4 所示，拆除主梁上弦杆中间联接点处的桁架销后，可以将下弦杆的中间联接点抬高。因为桁架销与销孔之间有间隙，主梁可以稍微拉长，所以主梁将绕支座销孔A、C 及中间销孔B 三处的桁架销旋转，而主梁跨度不变。当主梁下弦杆中间联接点抬高后，上弦杆中间联接点处将分离，上弦杆断开处的销孔与中间最高点之间的距离以b 表示。为了使主梁上拱度达到要求，下弦杆中间联接点的抬高值应为fu=fd+f。因此，加长型桁架的上弦杆，使左右两边的主梁上弦杆长度各加长b，即主梁跨度之间多个单元桁架的上弦杆总长加长2b 后，再用桁架销联接起来，就可以使主梁上拱度达到要求。

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

式中：H为一个单元桁架的竖向孔距；fu为下弦杆中间联接点的抬高值。

同理，如图5 所示，当所述主梁跨度之间的单元桁架的节数n为奇数时，为使主梁上拱度达到要求，也需要将主梁跨度之间多个单元桁架的上弦杆总长加长2b，通过计算得出：

图5 主梁上拱度示意图

式中：L2为单元桁架的横向孔距。

需要说明的是：因为主梁下弦杆抬高值fu与跨度相比总是很小，其比值fu/S＜0.5%，所以，虽然桁架销孔与桁架销之间的间隙微小，也总是可以采取以上方法使主梁上拱度达到要求。

2.2 上弦杆加长型桁架的设计

图6 上弦杆加长型桁架结构图

根据以上分析，设计上弦杆加长型桁架如图6 所示，其阴头竖杆、斜杆、中间竖杆、下弦杆、阳头竖杆的位置和尺寸与标准桁架的位置和尺寸完全一样；不同的是：其上弦杆的长度比标准桁架的上弦杆的长度长a，相应地，上弦杆横向孔距也长a。

从上文分析可知，为了使桁架拼装型起重机械主梁产生上拱度，需要将主梁单元桁架的上弦杆加长。而为了使主梁受力均匀及实际制作方便，应当从主梁中间开始，左右对称地加长桁架的上弦杆，且每节桁架的加长量a应相等。因此，当主梁跨度之间的单元桁架的节数n为偶数时，当只加长两节桁架的上弦杆时，应当加长中间两节桁架的上弦杆，a=2b/2；当只加长四节桁架的上弦杆时，应当加长中间四节桁架的上弦杆，a=2b/4；依此类推，当加长n1节桁架的上弦杆时，应当加长中间n1节桁架的上弦杆，a=2b/n1，其中n1为偶数，且n1≤n。实际制作上弦杆加长型桁架时，为了使桁架受力均匀，应加长上弦杆后，使阴、阳头各向外伸出a/2，而桁架上其它构件的位置不变。当主梁跨度之间的桁架节数n为奇数时，当加长n1节桁架的上弦杆时，应当加长主梁中间n1节桁架的上弦杆，a＝2b/n1，且n1≤n，n1为偶数，且上弦杆加长的桁架中不包含中间那一节桁架。

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 结论

本文介绍了一种解决主梁下弯问题的上弦杆加长型桁架，改型后的桁架拼装型主梁跨度之间的部分或全部单元桁架的上弦杆的长度比下弦杆的长度长，从而使桁架拼装型起重机械主梁具有上拱度，即对称改动主梁跨度中间左右两边单元桁架的结构，使其上弦杆加长，从而使主梁上弦杆加长。各节单元桁架的上弦杆加长量相等，而桁架上其它构件的位置均不变，从而使主梁上弦杆长于主梁下弦杆，解决了主梁下挠的问题。通过试验，能很好地满足设计和使用要求。

［1］喻忠权.装配式公路钢桥使用手册［M］.北京：交通部交通战备办公室，1998：77-109.

［2］黄绍金，刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册［M］.北京:人民交通出版社，2001：33-40.

［3］国家技术监督局.GB/T14406-93 通用门式起重机［S］.北京:中国标准出版社，1993.

［4］孙纲廷，崔玉辉，张方银.半穿式桁架上弦杆的侧向稳定性研究［J］.烟台大学学报：自然科学与工程版，1992（4）：49-55.

［5］何佩排，戴兴清，王翠萍.采用自重法控制桥式起重机主梁的上拱度［J］.水利电力机械，2007（2）：33-34.

［6］白跃品.浅谈桥架型起重机的上拱度设计［J］.起重运输机械，2010（11）：9-12.