2-天輪平臺解析

1、中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計 作為安裝提升和懸吊設(shè)備天輪的天輪平臺是煤礦作為安裝提升和懸吊設(shè)備天輪的天輪平臺是煤礦立井鑿井施工過程中的重要承載結(jié)構(gòu)。本章主要介紹立井鑿井施工過程中的重要承載結(jié)構(gòu)。本章主要介紹天輪平臺天輪平臺的型式與構(gòu)造、荷載選取及的型式與構(gòu)造、荷載選取及天輪平臺天輪平臺的設(shè)計的設(shè)計計算方法。計算方法。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 天輪平臺的形式和構(gòu)造2.2天輪平臺的荷載2.3天輪梁2.4 天輪平臺主梁2.5 設(shè)計算例中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計 天輪平臺

2、位于鑿井井架頂部，通常由鋼結(jié)構(gòu)梁組成的框形平臺天輪平臺位于鑿井井架頂部，通常由鋼結(jié)構(gòu)梁組成的框形平臺結(jié)構(gòu)，主要用來安設(shè)提升和懸吊設(shè)備的天輪。天輪由天輪梁支撐，結(jié)構(gòu)，主要用來安設(shè)提升和懸吊設(shè)備的天輪。天輪由天輪梁支撐，并直接承受全部提升物料和懸吊掘砌設(shè)備的荷載，然后荷載經(jīng)由天并直接承受全部提升物料和懸吊掘砌設(shè)備的荷載，然后荷載經(jīng)由天輪依次傳遞給天輪梁、天輪平臺主梁、鑿井井架最后傳遞給基礎(chǔ)。輪依次傳遞給天輪梁、天輪平臺主梁、鑿井井架最后傳遞給基礎(chǔ)。天輪平臺是由四條邊梁和一條中梁組成的天輪平臺是由四條邊梁和一條中梁組成的“曰曰”字型框架，如圖字型框架，如圖2.12.1所示。天輪梁一般成雙出現(xiàn)在地安放

3、在天輪平臺上，承托提升所示。天輪梁一般成雙出現(xiàn)在地安放在天輪平臺上，承托提升天輪和懸吊天輪。天輪梁在天輪平臺的位置以井內(nèi)施工設(shè)備布置而天輪和懸吊天輪。天輪梁在天輪平臺的位置以井內(nèi)施工設(shè)備布置而定。主梁和天輪梁的選型應(yīng)按計算確定，需要滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定。主梁和天輪梁的選型應(yīng)按計算確定，需要滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求。定性要求。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計 天輪平臺的型式通常采用正方形。天輪平臺的平面尺寸亦即鑿井井架的頂部尺寸，其取決于井筒直徑和提升與懸吊設(shè)備的天輪數(shù)量及其布置。在滿足使用

4、要求的前提下，應(yīng)該盡量縮小天輪平臺的尺寸，常用的IV型天輪平臺尺寸為5.55.5m7.57.5m，一般以0.5m為模數(shù)。 天輪平臺一般由4根邊梁和一根中梁（邊梁和中梁統(tǒng)稱主梁）以及若干天輪梁組成。有時還設(shè)置用來支承天輪梁的支承梁（天輪梁和支承梁統(tǒng)稱副梁）。主梁和副梁組成天輪平臺的梁系結(jié)構(gòu)，如圖2.1所示。天輪平臺的邊梁和中梁即主梁，由于承受很大的豎向荷載和水平荷載，采用普通型鋼不夠經(jīng)濟(jì)，所以它們通常都采用由三塊鋼板焊成的工字形截面組合梁（圖2.2a），或者采用加強(qiáng)的軋制工字型鋼（圖2.2b）。如果主梁還承受很大的軸向荷載，則梁的截面有時采用上翼緣（受壓翼緣）加強(qiáng)的形式（圖2.2c、d）。中國礦

5、業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計 天輪平臺上的天輪梁和支承梁即副梁通常都選用軋制的工字型鋼（圖2.2e）。只有當(dāng)梁的計算內(nèi)力較大或者缺乏大型號工字鋼時，才考慮采用焊接工字形截面組合梁。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計 天輪梁通常直接支承在邊梁和中梁上，或者彼此相互支承，有時還支承于專設(shè)的支承梁上。當(dāng)天輪梁支承在主梁上時，其長度要求搭接時超過主梁不少于150mm，以便在其上鉆孔，用U型螺栓將其與主梁固定，為了避免在邊梁和中梁的翼緣上鉆孔而降低承載能力，并保證井架能夠多次重復(fù)使用，主梁上不準(zhǔn)打孔，亦不準(zhǔn)焊接。天輪梁與天輪梁、天輪梁與

6、支承梁之間通常都采用連接角鋼和螺栓進(jìn)行連接，如圖2.4所示。天輪平臺主梁之間彼此用連接板相連接. 天輪在天輪梁上的支承方式，應(yīng)盡量使天輪軸承座直接承在天輪梁的上翼緣上，如圖2.6a所示。但有時為了調(diào)整鋼絲繩的高度，避免與井架構(gòu)件相碰，而不得不將天輪軸承座安裝的高于或低于天輪梁的上翼緣，如圖2.6b、c、d所示?；蛘咴鲈O(shè)導(dǎo)向輪，如圖2.7所示。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計 為了滿足天輪外緣于天輪平臺邊梁上翼緣之間的距離不小于60mm的要求，天輪軸心的升高可按下式計算（圖2.10a）：中國礦

7、業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計 為了避免鋼絲繩與天輪平臺邊梁上翼緣相碰擦，天輪軸心的升高可按下式計算（圖2.10b）： 如果按式（2.1）或式（2.2）算得的天輪軸心升高值小于或等于天輪梁高度與天輪軸乘座高度之和，則不必設(shè)置墊梁，否則必須設(shè)置墊梁，其高度可按下式計算：中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計 當(dāng)天輪軸承座設(shè)在低于梁的上翼緣時，可在梁的腹板內(nèi)設(shè)置墊座（見圖2.6d）。采用此支承方式時，還應(yīng)在梁上用槽鋼或角鋼做成的加強(qiáng)橫撐，以保證梁在彎矩作用平面外的穩(wěn)定性。由于這種支承方式比較復(fù)雜，所以一般采用較少。天輪梁的腹板在天輪軸承

8、處，通常應(yīng)設(shè)置加勁肋，以保證腹板的局部穩(wěn)定性。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.1 荷載類型作用在天輪平臺上的荷載有恒載、活荷載和偶然荷載，主要包括：（1）天輪平臺自重；（2）整套天輪重量（包括天輪及其軸承重量）；（3）懸吊鑿井設(shè)備鋼絲繩的拉力。 偶然荷載是指因偶然事件而作用在平臺上的荷載，如提升鋼絲繩拉斷時的斷繩荷載。對于提升天輪梁，即承受提升容器（吊桶或臨時罐籠）荷載的天輪梁，計算時，鋼絲繩的拉力應(yīng)取鋼絲繩的破斷拉力，即按斷繩荷載計算。而對于其他天輪梁，計算時鋼絲繩的拉力則取鋼絲繩的工作拉力，即按工作荷載計算。這是因為吊桶和臨時罐籠是經(jīng)常提升運(yùn)動，

9、而且運(yùn)行速度較快，因此有可能發(fā)生與吊盤相撞、卡住，或提升嚴(yán)重過卷，或鋼絲繩從天輪上滑脫等，因而引起斷繩事故。至于其他懸吊設(shè)備則是每隔一定時間才上下移動一次，而且運(yùn)行速度很慢，通常不超過0.15m/s，所以它們的懸吊鋼絲繩一般不致被拉斷。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.2 懸吊設(shè)備鋼絲繩工作拉力的確定 懸吊鑿井設(shè)備鋼絲繩的工作拉力，是指鋼絲繩與天輪輪緣相切處的靜拉力，它等于鋼絲繩自重及其懸吊設(shè)備重量的總和。 有些鑿井設(shè)備是用一根鋼絲繩懸吊，如吊桶、安全梯和電纜等；有些是用兩根鋼絲繩懸吊，如吊盤、吊泵、風(fēng)筒、壓風(fēng)管和混凝土輸送管等。當(dāng)用一根鋼絲繩懸吊時，

10、鋼絲繩的工作拉力可按下式計算：當(dāng)用兩根鋼絲繩懸吊時，每一根鋼絲繩的工作拉力可按下式計算：中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計式中 Q 懸吊于鋼絲繩的鑿井設(shè)備的重量； P 每米長鋼絲繩重量； H 井筒最大掘進(jìn)深度； h 井架天輪平臺高度。 鑿井設(shè)備重量Q，包括設(shè)備自重、附屬件重以及貨載重量等，可以根據(jù)選用設(shè)備實際情況通過計算確定。2.2.2.1吊桶（或吊盤）懸吊重量 Q=Q1+Q2+Q3 (2.6)式中 Q1吊桶（或吊盤）自重； Q2吊桶的附屬件（滑架、鉤頭和連接裝置等）重量，（或吊盤上的砌壁材料和器材重量）； Q3吊桶提升矸石（或材料）重量，（或吊盤上工作人員和

11、工具重量）。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.2.2 吊泵、管路及安全梯懸吊重量 中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計 H 各種管路、風(fēng)筒的敷設(shè)高度； d 排水管內(nèi)徑； 水的容量；g1 各種管路、風(fēng)筒的自重及連接件（法蘭盤、墊料、螺栓等）重；g2 各種管路、風(fēng)筒的懸吊件（管卡及螺栓等）重；g3 電纜重；Q1 吊泵、梯子自重；Q2 工作人員及工具重；Q3 分風(fēng)器或分水器的重量；Q4 壓風(fēng)及供水膠管重量；Q5 混凝土重量（包括混凝土的靜重及沖擊力）；g 一個人及所帶工具重；n 一次提升人員數(shù)。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出

12、版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計 為了便于計算，將鋼絲繩拉力的合力R分解為豎向分力V 和水平分力T， 由圖2. 11可知： 當(dāng)只有一個工作輪時（圖2.11a）： 當(dāng)只有一個工作輪時 當(dāng)有一個工作輪和一個導(dǎo)向輪時 中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.2.3 穩(wěn)繩的拉力 穩(wěn)繩的靜拉力，不應(yīng)按穩(wěn)繩盤的重量和穩(wěn)繩自重來計算，因為穩(wěn)繩作為吊桶滑架的導(dǎo)軌，必須具有足夠的張力，其大小與穩(wěn)繩長度成比例，可按下式確定： 穩(wěn)繩拉力還應(yīng)滿足穩(wěn)繩最小張緊力的要求，如表2.1所列。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計 鑿井設(shè)備懸吊重量Q，除按上

13、述方法計算外，還可以根據(jù)所選用的鑿井設(shè)備規(guī)格、井筒深度和井筒直徑從建井工程手冊中查得。 當(dāng)鋼絲繩的工作拉力S確定后，應(yīng)根據(jù)煤礦安全規(guī)程的規(guī)定，對選擇的鋼絲繩進(jìn)行強(qiáng)度驗算，它的強(qiáng)度條件采用安全系數(shù)的形式表達(dá)：中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.3鋼絲繩的破斷拉力 鋼絲繩的破斷拉力可以從鋼絲繩手冊中查得，也可按下式計算：中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2.3.1天輪梁的荷載2.3.1.1.鋼絲繩拉力的豎向分力和水平分力 天輪梁直接承受由天輪傳來的鋼絲繩拉力，以及整套天輪的重量。在天輪上，鋼絲繩的工作拉力S可按式（2-4）或

14、式（2-5）求出。鋼絲繩拉力的合力R可采用圖解法求得，合力通過天輪中心，如圖2.11所示。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2.3.1.2 作用在天輪梁上的荷載 作用在天輪梁上的豎向荷載還應(yīng)包括整套天輪的自重。由于梁的自重較小，一般可以忽略不計。 以上荷載作用在兩根天輪梁上，因此作用在一根天輪梁上的豎向荷載和水平荷載為：中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2.3.2 天輪梁的內(nèi)力計算方法 天輪梁一般為單跨簡支梁，其支點為邊梁和中梁或其他副梁，兩支點均按鉸支考慮，跨度取兩支座之間的中心距，它的計算簡圖如圖2.12a、b所示，梁的內(nèi)

15、力按簡支梁計算。 當(dāng)采用整根天輪梁支承于兩邊梁及中梁時，或以其他副梁為中間支點時，梁的內(nèi)力可按兩跨連續(xù)梁（俗稱通梁）計算，它的計算簡圖如圖2.12c、d所示。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計 兩跨連續(xù)梁的中間支點彎矩可以根據(jù)三彎矩方程計算.由于天輪梁均為等截面梁,因 此根據(jù)三彎矩方程可以得到中間支點彎矩的計算公式. 中間支點彎矩求得后，再按簡支梁分別計算左跨與右跨在中間支座彎矩及外荷載作用下的反力，中間支座反力應(yīng)為相鄰兩跨計算結(jié)果的代數(shù)和，然后即可計算梁的內(nèi)力。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2.3.3天輪梁的截面設(shè)計天輪

16、梁的內(nèi)力分析可知天輪梁內(nèi)力除彎矩外，還有軸力，屬于壓彎構(gòu)件。天輪梁一般根據(jù)Wx選型，或根據(jù)經(jīng)驗預(yù)選梁的截面。然后對所選截面進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性進(jìn)行驗算。按計算選型規(guī)格必然繁多，為施工方便，通常盡量選用相同規(guī)格。(1)按彎曲強(qiáng)度條件試選截面：中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2. 按壓彎構(gòu)件進(jìn)行截面驗算 (1)強(qiáng)度驗算 (2）剛度驗算 天輪梁的跨中撓度可由結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求得，也可以按下式近似估算：（3）穩(wěn)定性驗算中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2.4.1 主梁的荷載 由于天輪梁安放在主梁上，主梁承受天輪梁傳遞給它的荷載，因此作

17、用在主梁上的荷載就是各個天輪梁的支點豎向反力和水平反力，它們是一對作用力與反作用力。 計算主梁時，荷載組合應(yīng)按最不利的情況考慮。在一般情況下斷繩時是各種荷載組合中的最不利的組合，即一根提升鋼絲繩取斷繩荷載、共軛鋼絲繩取兩倍工作荷載、其他鋼絲繩取工作荷載、以及整套天輪重量。并應(yīng)分別考慮各提升鋼絲繩發(fā)生拉斷的情況，以確定最不利的荷載組合。 當(dāng)按斷繩考慮荷載進(jìn)行荷載組合時，除自重和設(shè)備重外，其他荷載應(yīng)乘以組合系數(shù)0.8。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2.4.2主梁的結(jié)構(gòu)計算方法計算應(yīng)分別考慮主梁在豎向荷載和水平荷載作用下的內(nèi)力。 1.主梁在豎向荷載作用下的內(nèi)力計

18、算 中梁在豎直面內(nèi)為單跨簡支梁，其內(nèi)力計算與一般簡支梁相同。 邊梁在豎直面內(nèi)為雙跨連續(xù)梁，其內(nèi)力計算與天輪梁的通梁相同。 2.主梁在水平荷載作用下的內(nèi)力計算 （1）中梁及與其平行的邊梁，如圖2.14a中的L-1、L-2及L-5梁，在水平面內(nèi)均為單跨簡支梁，其內(nèi)力計算與一般簡支梁相同。 天輪梁通常都布置在3根平行的主梁上，與它們相垂直，且兩側(cè)布置的天輪梁都支承在中梁上。當(dāng)水平荷載通過天輪梁傳遞給邊梁（L-1、L-2）和中梁（L-5）時，由于中梁兩側(cè)的水平荷載方向是相反的，因此兩側(cè)的水平荷載將通過中梁互相抵消一部分，抵消后所剩余的水平荷載再由這3根平行主梁分配負(fù)擔(dān)。當(dāng)忽略天輪梁的軸向變形（實際很小

19、）時，在水平荷載作用下，這3根平行主梁沿每一根天輪梁方向的水平位移應(yīng)給是相等的。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計所以水平荷載的分配與這3根平行主梁的側(cè)向抗彎剛度成比例中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計通常邊梁和中梁的側(cè)向抗彎剛度大致相同，故可認(rèn)為近似平均分配，即：（2）與中梁垂直的邊梁，如圖2.14a中的L-3、L-4梁。在它們上面也布置有少量的天輪梁，而天輪梁的另一端是支承在與其相垂直的其他天輪梁或?qū)ｉT設(shè)置的支承梁上。邊梁的側(cè)向抗彎剛度比天輪梁或支承梁大得多，因此可以認(rèn)為這一部分天輪梁所傳遞來的水平荷載完全由邊梁負(fù)擔(dān)。中國

20、礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計 與中梁垂直的邊梁計算簡圖如圖2.15a所示，它是一次超靜定結(jié)構(gòu)，通常用力法求解，所選取的基本體系如圖2.15b所示。計算時忽略中梁L-5的軸向變形，因此在水平荷載作用下，邊梁L-3中點的水平位移應(yīng)與邊梁L-4中點的水平位移相等.中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計 由式（2.30）可以求得中梁L-5的拉力N5。然后邊梁L-3、L-4在水平面內(nèi)可按單跨簡支梁進(jìn)行計算。 由以上分析可以看出，邊梁和中梁在豎直和水平兩個平面內(nèi)都將產(chǎn)生彎矩。中梁還承受軸力，邊梁也將承受按主體桁架分析得到的軸力（按主體桁架分

21、析時，邊梁被視為桁架頂部的桿件）。邊梁承受的軸力也可按其相鄰邊梁在水平荷載作用下的反力取值。因此主梁的受力情況是較為復(fù)雜的，既有雙向彎曲，又有軸向拉壓，因此它的截面選擇應(yīng)按彎矩作用在兩個主平面內(nèi)的偏心受力構(gòu)件計算。 應(yīng)該注意的是，邊梁和中梁上的最大豎向彎矩和最大水平彎矩往往不在同一截面上。因此必須分別對這兩個最大彎矩所在截面進(jìn)行驗算。 由于構(gòu)造要求，4根邊梁采用相同的截面，因此應(yīng)按受力最不利的主提升一側(cè)的邊梁進(jìn)行截面驗算。 天輪梁與主梁以及主梁與主梁之間的螺栓連接和焊縫連接，應(yīng)分別進(jìn)行強(qiáng)度驗算以保證連接的安全性。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2.5天輪平臺

22、設(shè)計算例2.5.1 基本資料1.井筒規(guī)格及施工方式 井筒直徑8m，井筒深度800m，采用平行作業(yè)施工方式。2.鑿井井架型號 采用“新IV型鑿井井架”，它的主要尺寸：井架高度26.67m，天輪平臺尺寸7.257.25m，井架底跨尺寸1616m，卸矸石高度10.4m。3.懸吊設(shè)備及井筒布置 井筒掘進(jìn)期間，井筒內(nèi)采用的懸吊設(shè)備列于表2.5這些設(shè)備在井筒內(nèi)的布置如圖2.16所示。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計4.提絞設(shè)備及地面布置

23、(1)鋼絲繩：確定鋼絲繩的直徑時，應(yīng)先按下式計算它的每米重量。然后根據(jù)從鋼絲繩規(guī)格表中查得它的直徑。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計(2)天輪：天輪直徑必須滿足下列要求： 提升天輪直徑 D 60ds，D 900 懸吊天輪直徑 D 20ds， D 300式中 D天輪直徑，mm； ds鋼絲繩的直徑，mm； 鋼絲繩的鋼絲直徑，mm。 選用的天輪規(guī)格和數(shù)量列于表2.8。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)

24、設(shè)計(3)(3)提升機(jī)和鑿井絞車：根據(jù)提升機(jī)和鑿井絞車的選型原則進(jìn)行選擇。選用的提升機(jī)和鑿提升機(jī)和鑿井絞車：根據(jù)提升機(jī)和鑿井絞車的選型原則進(jìn)行選擇。選用的提升機(jī)和鑿井絞車型號列于表井絞車型號列于表2.92.9。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計提升機(jī)和鑿井絞車在地面的布置如圖提升機(jī)和鑿井絞車在地面的布置如圖2.172.17所示。所示。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2.5.2 2.5.2 天輪平臺布置天輪平臺布置與井筒鑿井設(shè)各布置和地面提絞設(shè)備布置相適應(yīng)的天輪平臺布置如圖與井筒鑿井設(shè)各布置和地面提絞設(shè)備布置相適應(yīng)的天輪平臺布

25、置如圖2.182.18所示。所示。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)根據(jù)礦山井巷工程施工及驗收規(guī)范礦山井巷工程施工及驗收規(guī)范規(guī)定規(guī)定, ,天輪外緣至邊梁上翼緣天輪外緣至邊梁上翼緣之間的距離應(yīng)不小于之間的距離應(yīng)不小于60mm60mm, ,為了滿足這一要求為了滿足這一要求, ,天輪軸心必須升高天輪軸心必須升高, ,圖圖2.192.19為矸石吊桶天輪軸心升高計算圖。軸心升高為為矸石吊桶天輪軸心升高計算圖。軸心升高為: : 采用采用h=1450mmh=1450mm。在減去軸心至軸承座。在減去軸心至軸承座底緣高度底緣高度300mm300mm及天輪梁高度及天輪梁高度5

26、6cm56cm后后, ,顯然顯然需要設(shè)置墊梁需要設(shè)置墊梁, ,其高度應(yīng)為其高度應(yīng)為: :中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2.5.3鋼絲繩仰角與工作荷載1鋼絲繩仰角鋼絲繩仰角可按下式計算(圖2.20)計算結(jié)果見表2-12中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計檢查鋼絲繩是否與邊梁上翼緣的外緣相碰檢查鋼絲繩是否與邊梁上翼緣的外緣相碰，現(xiàn)以材料吊桶穩(wěn)繩天輪，現(xiàn)以材料吊桶穩(wěn)繩天輪(9(9號號) )為例說明。如為例說明。如圖圖2.212.21所示所示, ,天輪軸心必須升高：天輪軸心必須升高：采用h=720mm，并在考慮軸心至軸承座底緣高度1

27、00mm及天輪粱高度32cm后,顯然需要設(shè)置墊梁，它的高度應(yīng)為中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2 懸吊設(shè)備鋼絲繩的工作荷載3m3矸石吊桶鋼絲繩的工作荷載：吊桶自重 8.66kN鉤頭及連接裝置重 1.38KN滑架及緩沖器重 1.62 KN矸石及水重 57.64KN鋼絲繩型號 619-37-170鋼絲繩重 0.04871（800+26）=40.23KN鋼絲繩的工作荷載 8.66+1.38+1.62+56.74+40.23=108.63KN鋼絲破斷拉力總和 876KN鋼絲繩的安全系數(shù) m=876/108.63=8.077.5中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山

28、特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計其余懸吊設(shè)備鋼絲繩的工作荷載，可以采用相同方法計算，現(xiàn)將計算結(jié)果列于表其余懸吊設(shè)備鋼絲繩的工作荷載，可以采用相同方法計算，現(xiàn)將計算結(jié)果列于表2.132.13。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計1.天輪梁的荷載計算3m3矸石吊桶天輪梁的荷載計算：（1）按照斷繩荷載計算 斷繩荷載 天輪荷載的豎向分力和水平分力,如圖2.22所示。 V0=Sd（1+sin）=753.4(1+sin33.2)=1166KN T0= Sd cos=753.4cos33.2=630.5KN作用在一根天輪梁上的豎向荷載和水平荷載 (2)按照兩倍工作荷載計算 兩倍工

29、作荷載中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計其它天輪梁的荷載，可采用相同方法計算。其它天輪梁的荷載，可采用相同方法計算。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2.天輪梁的內(nèi)力計算3m3矸石吊桶天輪梁的反力及內(nèi)力計算：（1）按照段繩荷載計算（圖2.23）BA1.453.250.375315.3KN594.9KN64.6KN659.5KNQ圖M圖210KNm247.3KNm中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計（2）按照兩倍工作荷載計算（圖2.24） MB=0， RA=197.8KN MA=0， RB=-17

30、.7KN（向下） 其他天輪梁的反力及內(nèi)力，可采用相同方法計算。 計算荷載設(shè)計值時，恒載分項系數(shù)取1.2；活荷載取1.4.當(dāng)按斷繩荷載計算時，除自重和設(shè)備重外，其他荷載均乘以組合系數(shù)0.8.這樣求得的各天輪梁的反力和內(nèi)力。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計3.天輪梁的截面選擇 3m3矸石吊桶天輪梁的的截面選擇:按斷繩荷載計算 (1)按照受彎構(gòu)件強(qiáng)度條件試選截面試選試選Q235Q235熱軋普通工字鋼熱軋普通工字鋼I I56a56a, ,它的主要幾何特性如下它的主要幾何特性如下b=16.6cm, d=1.25cm, A=135.25cm2, Wx=2342.3cm3

31、b=16.6cm, d=1.25cm, A=135.25cm2, Wx=2342.3cm3Ix=65585.6cm4, Ix/Sx=47.43cm, ix=22.02cm, iy=3.182cm:Ix=65585.6cm4, Ix/Sx=47.43cm, ix=22.02cm, iy=3.182cm:（2 2）按照壓彎構(gòu)件驗算）按照壓彎構(gòu)件驗算1)1)強(qiáng)度計算強(qiáng)度計算中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2)剛度驗算跨中撓度3)3)整體穩(wěn)定性驗算整體穩(wěn)定性驗算彎矩平面內(nèi)驗算穩(wěn)定性：彎矩平面內(nèi)驗算穩(wěn)定性：中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)

32、構(gòu)設(shè)計彎矩平面外驗算穩(wěn)定性彎矩平面外驗算穩(wěn)定性： 結(jié)論：根據(jù)以上計算結(jié)果，所選截面強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性均滿足結(jié)論：根據(jù)以上計算結(jié)果，所選截面強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性均滿足要求。要求。 其他天輪梁截面選擇，可采用相同方法計算。為了減少梁的類其他天輪梁截面選擇，可采用相同方法計算。為了減少梁的類型，構(gòu)造方便，對天輪梁的截面型號，應(yīng)根據(jù)計算結(jié)果給予適當(dāng)?shù)恼{(diào)型，構(gòu)造方便，對天輪梁的截面型號，應(yīng)根據(jù)計算結(jié)果給予適當(dāng)?shù)恼{(diào)整整中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計4.連接螺栓計算 以3m3吊桶天輪梁（N3、N4、N7、N8）為例，天輪梁兩端擱置在天輪平臺的邊梁和中梁上，都分別采用兩個M

33、30U型螺栓連接，在水平力T=315.3KN作用下，應(yīng)按受剪螺栓進(jìn)行驗算。 每個U形螺栓的設(shè)計承載力（只考慮U形螺栓的一個肢起作用）必須注意，矸石吊桶天輪梁在中梁處的豎向支座反力方向下，說明此處U形螺栓處于受拉狀態(tài)。拉力N=64.6KN，所以還應(yīng)按受拉螺栓進(jìn)行補(bǔ)充驗算。每個U形螺栓的受拉設(shè)計承載力結(jié)論：根據(jù)以上計算結(jié)果，所選U形螺栓連接，滿足強(qiáng)度要求。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2.5.52.5.5天輪平臺主梁設(shè)計天輪平臺主梁設(shè)計1 1. .主梁的荷載和內(nèi)力計算主梁的荷載和內(nèi)力計算 天輪平臺主梁（包括主梁和邊梁）承受天輪梁傳遞的荷載，亦天輪平臺主梁（包括

34、主梁和邊梁）承受天輪梁傳遞的荷載，亦即各天輪梁的支座反力，他們的數(shù)值和符號已列于表即各天輪梁的支座反力，他們的數(shù)值和符號已列于表2.12.2.12. 應(yīng)該指出，天輪平臺應(yīng)按荷載的偶然組合進(jìn)行計算，即應(yīng)該指出，天輪平臺應(yīng)按荷載的偶然組合進(jìn)行計算，即1b1b號矸號矸石吊桶鋼絲繩采用斷繩荷載；石吊桶鋼絲繩采用斷繩荷載；1a1a號矸石吊桶鋼絲繩采用兩倍工作荷號矸石吊桶鋼絲繩采用兩倍工作荷載，其它鋼絲繩均為工作荷載。并取荷載組合系數(shù)載，其它鋼絲繩均為工作荷載。并取荷載組合系數(shù)0.8.0.8.（1 1） 中梁中梁L L-5-5 1) 1)豎向荷載作用下（圖豎向荷載作用下（圖2.252.25） 計算支座反力

35、，作計算支座反力，作V V圖和圖和M M圖。圖。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計59.4416.8417.7017.7018.2364.6064.6016.8457.341155245220475115535536020536253625(+)(-)V 圖M 圖64.7451.7018.237.547.5418.2351.725.8033.9033.9018.232753404020540360160160340220 355275245(-)196.50137.0072.3255.4873.1820.952.7231.1838.7246.2580.1698

36、.3933.79103.7039.1255.9681.76139.10227280.5316.3331.8295256.4210.5161中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2)水平荷載作用下（圖2.26）水平荷載經(jīng)過抵消簡化后的結(jié)果，如圖水平荷載經(jīng)過抵消簡化后的結(jié)果，如圖2.272.27所示。所示。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計配給L-5梁的水平荷載，如圖2.28所示。應(yīng)用平衡條件可以求得支座反力，作V圖和M圖。中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計（2）邊梁L-2與L-11)豎向荷載作用下

37、邊梁L-2（圖2.29） 應(yīng)用三彎矩方程計算中間支點彎矩 求得Mc=-664.1KNm 再把左右兩跨簡化成簡支梁計算，分別求出支座反力，作V圖和M圖中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計 邊梁L-1（圖2.30）： 計算支座反力，采用與邊梁L-2相同方法可以求得： R13=124.5 KN Rc=727.0KN R14=112.2 KN 2)水平荷載作用下 與邊梁L-5相同中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計（3）邊梁L-3與L-41)豎向荷載作用下邊梁L-3（圖2.31）計算支座反力，采用與邊梁L-2相同方法可以求得 R31=20

38、1.4KN Rc=2034.8KN R32=419.0KN邊梁L-4（圖2.32）：計算支座反力，采用與邊梁L-2相同方法求得 R41=4.6KN Rc=864.0KN R42=162.7KN中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2)水平荷載作用下 邊梁L-3與L-4的計算簡圖如圖2.33所示。忽略中梁L-5的拉伸變形，因此在水平荷載作用下，邊梁L-3中點的水平位移c3應(yīng)與邊梁L-4中點的水平位移c4相等，即 c3=c4 （a）計算水平荷載和N5作用下邊梁L-3中點的水平位移中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計同理，在水平荷載和N5

39、作用下邊梁L-4中點水平位移中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2.主梁截面選擇（1）邊梁L-1L-4的截面選擇天輪平臺4根邊梁的截面相同，應(yīng)按荷載最不利的邊梁L-2選擇截面1)試選截面根據(jù)經(jīng)驗資料，試選擇截面尺寸如圖2.34所示。10003030 x50014中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計2)截面驗算驗算截面上的內(nèi)力見表2.14所示。按照偏心受力構(gòu)件驗算強(qiáng)度驗算：正應(yīng)力驗算：選最不利MVmax截面中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計中國礦業(yè)大學(xué)出版社中國礦業(yè)大學(xué)出版社礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計 所以只需要對腹板按構(gòu)造要求設(shè)置橫向加勁肋。 加勁肋間距a=(0.52.0)h0=50200mm加勁肋尺寸 采用bs=23cm，ts=1.2cm。中間支承加勁肋的驗算 中間支承加勁肋采用bs=23cm，ts=1.6cm。其端部