大型井架懸掛式立架受力特點(diǎn)分析

1大型井架懸掛式立架受力特點(diǎn)分析摘要：針對(duì)目前雙斜撐式鋼井架，立架采用懸掛式、非懸掛式兩種布置方案，通過采用3D3S軟件計(jì)算分析，在各種組合下采用懸掛式和非懸掛式的斜撐內(nèi)力變化情況，為斜撐的截面選取提供依據(jù)，同時(shí)懸掛式立架處于受拉力狀態(tài)，結(jié)構(gòu)不存在穩(wěn)定性問題，截面可以取得更小，最后得出立架采用懸掛式更合理、更經(jīng)濟(jì)的結(jié)論。同時(shí)探討了立架上設(shè)置支撐的作用，供有關(guān)設(shè)計(jì)人員參考。井架是礦井生產(chǎn)重要的構(gòu)筑物，擔(dān)負(fù)著提升煤炭、矸石，下放設(shè)備、材料和升降人員的任務(wù)。井架的主要構(gòu)成由斜撐和立架兩部分組成，斜撐承擔(dān)提升荷載、斷繩事故荷載，立架起固定罐道作用，并承受卸載、進(jìn)出車等工作荷載、過卷事故荷載等。大型井架結(jié)構(gòu)中，立架結(jié)構(gòu)形式主要有懸掛式和非懸掛式兩種。懸掛式是立架懸掛于斜撐之下，下端與井頸脫開，但限制立架底部的水平位移。非懸掛式是立架落于井頸上，上部與斜撐脫開，結(jié)構(gòu)體系獨(dú)立，當(dāng)頂部與斜撐較近時(shí)，則利用斜撐限制立架頂部的水平位移。本文以對(duì)比方式探討懸掛式立架結(jié)構(gòu)形式對(duì)斜撐內(nèi)力、變形及抗震性能的影響。1立架結(jié)構(gòu)形式對(duì)斜撐的影響根據(jù)實(shí)際工程，研究對(duì)象的基本尺寸及數(shù)據(jù)見表1。2工作狀態(tài)天輪自重/kN最大靜張力S/kN加速度a/(m·s-2)斷繩荷載/kN5502498.900.8514973.60基本風(fēng)壓為0.4kN/m2,地震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度井架主要受力桿件及節(jié)點(diǎn)布置見圖1。圖1主要桿件及節(jié)點(diǎn)布置計(jì)算軟件采用上海同濟(jì)大學(xué)開發(fā)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件3D3S10.1計(jì)算分析。構(gòu)件輸入時(shí)對(duì)變截面構(gòu)件采用分段輸入，每段桿件的截面取距小端0.66L1(L1為單元長度)處的值，動(dòng)力計(jì)算參數(shù)選用集中質(zhì)量矩陣，桿件單元考慮剪切變形。3通過計(jì)算，懸掛式與非懸掛式井架兩者的自振周期及振型見圖2、圖3，內(nèi)力對(duì)比見表2-表5，位移對(duì)比見表6-表8。a-第1振型(沿長邊方向1.014s)；b-第2振型(扭轉(zhuǎn)0.688s)；c-第3振型(沿短邊方向0.678s)圖2懸掛式井架周期及振型a-第1振型(沿長邊方向1.349s)；b-第2振型(沿短邊方向0.759s)；c-第3振型(扭轉(zhuǎn)0.696s)圖3非懸掛式井架周期及振型從圖2、圖3可以看出，懸掛式井架第1周期小于非懸掛式井架。主要原因?yàn)閼覓焓骄芗s束了立架底部水平位移，立架本身具有一定剛度，雖然懸掛式井架整體質(zhì)量較大，但由于總剛度較大的原因，自振周4表2恒載工況內(nèi)力對(duì)比桿件懸掛式井架N/kNM/(kN·m)強(qiáng)軸弱軸V/kN強(qiáng)軸弱軸非懸掛式井架N/kNM/(kN·m)強(qiáng)軸弱軸V/kN強(qiáng)軸弱軸AB-2846.7-156.1-170.915.832.3-2320.4-132.6-173.917.032.4CD-1940.4699.7680.874.0-33.1-1854.8484.1649.363.6-30.5表3工作荷載及風(fēng)荷載組合(Y向)內(nèi)力對(duì)比桿件懸掛式井架N/kNM/(kN·m)強(qiáng)軸弱軸V/kN強(qiáng)軸弱軸非懸掛式井架N/kNM/(kN·m)強(qiáng)軸弱軸V/kN強(qiáng)軸弱軸AB-9025.41525.3-142.194.135.4-8684.92507.3-220.7-14639.6CD-7925.41302.22955.533.9-211.3-7464.42965.42882.695.6-207.3表4地震組合(Y向)內(nèi)力對(duì)比桿件懸掛式井架N/kNM/(kN·m)強(qiáng)軸弱軸V/kN強(qiáng)軸弱軸非懸掛式井架N/kNM/(kN·m)強(qiáng)軸弱軸V/kN強(qiáng)軸弱軸AB-9975.4619.7-906.357.4-13.9-9206.2541.5-1137.554.482.6CD-8618.51191.63113.663.6-227.7-8120.91050.73353.886.3-253.6表5斷繩工作荷載組合內(nèi)力對(duì)比5桿件懸掛式井架N/kNM/(kN·m)強(qiáng)軸弱軸V/kN強(qiáng)軸弱軸非懸掛式井架N/kNM/(kN·m)強(qiáng)軸弱軸V/kN強(qiáng)軸弱軸AB-36546.5-1152.8493.6-36.9-2.8-35946.1-2541.5630.9-110.3-10.1CD-35376.8-719.313704.075.3-1056.0-35144.3-3845.114279.746.3-1099.6恒載工況是斜撐、立架、天輪等設(shè)備的自重，由表2-表5可知，懸掛式斜柱恒載工況最大軸力為-2846.7kN，非懸掛式為-2320.4kN，懸掛式為非懸掛式的1.23倍。這個(gè)比值因桿件截面，設(shè)備的大小略有不同，但立架一般不會(huì)超過結(jié)構(gòu)總重的40%。工作荷載及風(fēng)荷載組合軸力的比值為9025.4/8684.9=1.04；地震荷載的組合軸力的比值為9975.4/9206.2=1.08；斷繩工況組的組合軸力的比值為36546.5/35946.1=1.02。即使懸掛式立架重量再增加一倍，其作用相對(duì)于提升工作荷載和事故斷繩荷載還是較小的。由于立架的影響，懸掛式斜撐部分桿件彎矩小于非懸掛式斜撐。由表2-表5還可以看出，斷繩工作荷載組合截