1、中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计 作为安装提升和悬吊设备天轮的天轮平台是煤矿作为安装提升和悬吊设备天轮的天轮平台是煤矿立井凿井施工过程中的重要承载结构。本章主要介绍立井凿井施工过程中的重要承载结构。本章主要介绍天轮平台天轮平台的型式与构造、荷载选取及的型式与构造、荷载选取及天轮平台天轮平台的设计的设计计算方法。计算方法。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.1 天轮平台的形式和构造2.2天轮平台的荷载2.3天轮梁2.4 天轮平台主梁2.5 设计算例中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计 天轮平台
2、位于凿井井架顶部，通常由钢结构梁组成的框形平台天轮平台位于凿井井架顶部，通常由钢结构梁组成的框形平台结构，主要用来安设提升和悬吊设备的天轮。天轮由天轮梁支撑，结构，主要用来安设提升和悬吊设备的天轮。天轮由天轮梁支撑，并直接承受全部提升物料和悬吊掘砌设备的荷载，然后荷载经由天并直接承受全部提升物料和悬吊掘砌设备的荷载，然后荷载经由天轮依次传递给天轮梁、天轮平台主梁、凿井井架最后传递给基础。轮依次传递给天轮梁、天轮平台主梁、凿井井架最后传递给基础。天轮平台是由四条边梁和一条中梁组成的天轮平台是由四条边梁和一条中梁组成的“曰曰”字型框架，如图字型框架，如图2.12.1所示。天轮梁一般成双出现在地安放
3、在天轮平台上，承托提升所示。天轮梁一般成双出现在地安放在天轮平台上，承托提升天轮和悬吊天轮。天轮梁在天轮平台的位置以井内施工设备布置而天轮和悬吊天轮。天轮梁在天轮平台的位置以井内施工设备布置而定。主梁和天轮梁的选型应按计算确定，需要满足强度、刚度和稳定。主梁和天轮梁的选型应按计算确定，需要满足强度、刚度和稳定性要求。定性要求。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计 天轮平台的型式通常采用正方形。天轮平台的平面尺寸亦即凿井井架的顶部尺寸，其取决于井筒直径和提升与悬吊设备的天轮数量及其布置。在满足使用
4、要求的前提下，应该尽量缩小天轮平台的尺寸，常用的IV型天轮平台尺寸为5.55.5m7.57.5m，一般以0.5m为模数。天轮平台一般由4根边梁和一根中梁（边梁和中梁统称主梁）以及若干天轮梁组成。有时还设置用来支承天轮梁的支承梁（天轮梁和支承梁统称副梁）。主梁和副梁组成天轮平台的梁系结构，如图2.1所示。天轮平台的边梁和中梁即主梁，由于承受很大的竖向荷载和水平荷载，采用普通型钢不够经济，所以它们通常都采用由三块钢板焊成的工字形截面组合梁（图2.2a），或者采用加强的轧制工字型钢（图2.2b）。如果主梁还承受很大的轴向荷载，则梁的截面有时采用上翼缘（受压翼缘）加强的形式（图2.2c、d）。中国矿业
5、大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计 天轮平台上的天轮梁和支承梁即副梁通常都选用轧制的工字型钢（图2.2e）。只有当梁的计算内力较大或者缺乏大型号工字钢时，才考虑采用焊接工字形截面组合梁。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计 天轮梁通常直接支承在边梁和中梁上，或者彼此相互支承，有时还支承于专设的支承梁上。当天轮梁支承在主梁上时，其长度要求搭接时超过主梁不少于150mm，以便在其上钻孔，用U型螺栓将其与主梁固定，为了避免在边梁和中梁的翼缘上钻孔而降低承载能力，并保证井架能够多次重复使用，主梁上不准打孔，亦不准焊接。天轮梁与天轮梁、天轮梁与支
6、承梁之间通常都采用连接角钢和螺栓进行连接，如图2.4所示。天轮平台主梁之间彼此用连接板相连接.天轮在天轮梁上的支承方式，应尽量使天轮轴承座直接承在天轮梁的上翼缘上，如图2.6a所示。但有时为了调整钢丝绳的高度，避免与井架构件相碰，而不得不将天轮轴承座安装的高于或低于天轮梁的上翼缘，如图2.6b、c、d所示。或者增设导向轮，如图2.7所示。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计 为了满足天轮外缘于天轮平台边梁上翼缘之间的距离不小于60mm的要求，天轮轴心的升高可按下式计算（图2.10a）：中国矿业大
7、学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计 为了避免钢丝绳与天轮平台边梁上翼缘相碰擦，天轮轴心的升高可按下式计算（图2.10b）：如果按式（2.1）或式（2.2）算得的天轮轴心升高值小于或等于天轮梁高度与天轮轴乘座高度之和，则不必设置垫梁，否则必须设置垫梁，其高度可按下式计算：中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计 当天轮轴承座设在低于梁的上翼缘时，可在梁的腹板内设置垫座（见图2.6d）。采用此支承方式时，还应在梁上用槽钢或角钢做成的加强横撑，以保证梁在弯矩作用平面外的稳定性。由于这种支承方式比较复杂，所以一般采用较少。天轮梁的腹板在天轮轴承处，通
8、常应设置加劲肋，以保证腹板的局部稳定性。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.2.1 荷载类型作用在天轮平台上的荷载有恒载、活荷载和偶然荷载，主要包括：（1）天轮平台自重；（2）整套天轮重量（包括天轮及其轴承重量）；（3）悬吊凿井设备钢丝绳的拉力。偶然荷载是指因偶然事件而作用在平台上的荷载，如提升钢丝绳拉断时的断绳荷载。对于提升天轮梁，即承受提升容器（吊桶或临时罐笼）荷载的天轮梁，计算时，钢丝绳的拉力应取钢丝绳的破断拉力，即按断绳荷载计算。而对于其他天轮梁，计算时钢丝绳的拉力则取钢丝绳的工作拉力，即按工作荷载计算。这是因为吊桶和临时罐笼是经常提升运动，而且运行
9、速度较快，因此有可能发生与吊盘相撞、卡住，或提升严重过卷，或钢丝绳从天轮上滑脱等，因而引起断绳事故。至于其他悬吊设备则是每隔一定时间才上下移动一次，而且运行速度很慢，通常不超过0.15m/s，所以它们的悬吊钢丝绳一般不致被拉断。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.2.2 悬吊设备钢丝绳工作拉力的确定 悬吊凿井设备钢丝绳的工作拉力，是指钢丝绳与天轮轮缘相切处的静拉力，它等于钢丝绳自重及其悬吊设备重量的总和。有些凿井设备是用一根钢丝绳悬吊，如吊桶、安全梯和电缆等；有些是用两根钢丝绳悬吊，如吊盘、吊泵、风筒、压风管和混凝土输送管等。当用一根钢丝绳悬吊时，钢丝绳的工
10、作拉力可按下式计算：当用两根钢丝绳悬吊时，每一根钢丝绳的工作拉力可按下式计算：中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计式中 Q 悬吊于钢丝绳的凿井设备的重量；P 每米长钢丝绳重量；H 井筒最大掘进深度；h 井架天轮平台高度。凿井设备重量Q，包括设备自重、附属件重以及货载重量等，可以根据选用设备实际情况通过计算确定。2.2.2.1吊桶（或吊盘）悬吊重量 Q=Q1+Q2+Q3 (2.6)式中 Q1吊桶（或吊盘）自重；Q2吊桶的附属件（滑架、钩头和连接装置等）重量，（或吊盘上的砌壁材料和器材重量）；Q3吊桶提升矸石（或材料）重量，（或吊盘上工作人员和工具重量）。中国矿业大
11、学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.2.2.2 吊泵、管路及安全梯悬吊重量 中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计 H 各种管路、风筒的敷设高度；d 排水管内径；水的容量；g1 各种管路、风筒的自重及连接件（法兰盘、垫料、螺栓等）重；g2 各种管路、风筒的悬吊件（管卡及螺栓等）重；g3 电缆重；Q1 吊泵、梯子自重；Q2 工作人员及工具重；Q3 分风器或分水器的重量；Q4 压风及供水胶管重量；Q5 混凝土重量（包括混凝土的静重及冲击力）；g 一个人及所带工具重；n 一次提升人员数。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特
12、种结构设计 为了便于计算，将钢丝绳拉力的合力R分解为竖向分力V 和水平分力T，由图2.11可知：当只有一个工作轮时（图2.11a）：当只有一个工作轮时 当有一个工作轮和一个导向轮时 中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.2.2.3 稳绳的拉力 稳绳的静拉力，不应按稳绳盘的重量和稳绳自重来计算，因为稳绳作为吊桶滑架的导轨，必须具有足够的张力，其大小与稳绳长度成比例，可按下式确定：稳绳拉力还应满足稳绳最小张紧力的要求，如表2.1所列。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计 凿井设备悬吊重量Q，除按上述方法计算外，还可以根据所选用的凿井
13、设备规格、井筒深度和井筒直径从建井工程手册中查得。当钢丝绳的工作拉力S确定后，应根据煤矿安全规程的规定，对选择的钢丝绳进行强度验算，它的强度条件采用安全系数的形式表达：中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.2.3钢丝绳的破断拉力 钢丝绳的破断拉力可以从钢丝绳手册中查得，也可按下式计算：中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.3.1天轮梁的荷载2.3.1.1.钢丝绳拉力的竖向分力和水平分力 天轮梁直接承受由天轮传来的钢丝绳拉力，以及整套天轮的重量。在天轮上，钢丝绳的工作拉力S可按式（2-4）或式（2-5）求出。钢丝绳拉力的合力R可
14、采用图解法求得，合力通过天轮中心，如图2.11所示。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.3.1.2 作用在天轮梁上的荷载 作用在天轮梁上的竖向荷载还应包括整套天轮的自重。由于梁的自重较小，一般可以忽略不计。以上荷载作用在两根天轮梁上，因此作用在一根天轮梁上的竖向荷载和水平荷载为：中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.3.2 天轮梁的内力计算方法 天轮梁一般为单跨简支梁，其支点为边梁和中梁或其他副梁，两支点均按铰支考虑，跨度取两支座之间的中心距，它的计算简图如图2.12a、b所示，梁的内力按简支梁计算。当采用整根天轮梁支承于两
15、边梁及中梁时，或以其他副梁为中间支点时，梁的内力可按两跨连续梁（俗称通梁）计算，它的计算简图如图2.12c、d所示。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计 两跨连续梁的中间支点弯矩可以根据三弯矩方程计算.由于天轮梁均为等截面梁,因 此根据三弯矩方程可以得到中间支点弯矩的计算公式.中间支点弯矩求得后，再按简支梁分别计算左跨与右跨在中间支座弯矩及外荷载作用下的反力，中间支座反力应为相邻两跨计算结果的代数和，然后即可计算梁的内力。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.3.3天轮梁的截面设计天轮梁的内力分析可知天轮梁内力除弯矩外，还有轴力
16、，属于压弯构件。天轮梁一般根据Wx选型，或根据经验预选梁的截面。然后对所选截面进行强度、刚度、稳定性进行验算。按计算选型规格必然繁多，为施工方便，通常尽量选用相同规格。(1)按弯曲强度条件试选截面：中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.按压弯构件进行截面验算 (1)强度验算 (2）刚度验算 天轮梁的跨中挠度可由结构力学方法求得，也可以按下式近似估算：（3）稳定性验算中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.4.1 主梁的荷载 由于天轮梁安放在主梁上，主梁承受天轮梁传递给它的荷载，因此作用在主梁上的荷载就是各个天轮梁的支点竖向反力和
17、水平反力，它们是一对作用力与反作用力。计算主梁时，荷载组合应按最不利的情况考虑。在一般情况下断绳时是各种荷载组合中的最不利的组合，即一根提升钢丝绳取断绳荷载、共轭钢丝绳取两倍工作荷载、其他钢丝绳取工作荷载、以及整套天轮重量。并应分别考虑各提升钢丝绳发生拉断的情况，以确定最不利的荷载组合。当按断绳考虑荷载进行荷载组合时，除自重和设备重外，其他荷载应乘以组合系数0.8。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.4.2主梁的结构计算方法计算应分别考虑主梁在竖向荷载和水平荷载作用下的内力。1.主梁在竖向荷载作用下的内力计算 中梁在竖直面内为单跨简支梁，其内力计算与一般简支
18、梁相同。边梁在竖直面内为双跨连续梁，其内力计算与天轮梁的通梁相同。2.主梁在水平荷载作用下的内力计算 （1）中梁及与其平行的边梁，如图2.14a中的L-1、L-2及L-5梁，在水平面内均为单跨简支梁，其内力计算与一般简支梁相同。天轮梁通常都布置在3根平行的主梁上，与它们相垂直，且两侧布置的天轮梁都支承在中梁上。当水平荷载通过天轮梁传递给边梁（L-1、L-2）和中梁（L-5）时，由于中梁两侧的水平荷载方向是相反的，因此两侧的水平荷载将通过中梁互相抵消一部分，抵消后所剩余的水平荷载再由这3根平行主梁分配负担。当忽略天轮梁的轴向变形（实际很小）时，在水平荷载作用下，这3根平行主梁沿每一根天轮梁方向的
19、水平位移应给是相等的。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计所以水平荷载的分配与这3根平行主梁的侧向抗弯刚度成比例中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计通常边梁和中梁的侧向抗弯刚度大致相同，故可认为近似平均分配，即：（2）与中梁垂直的边梁，如图2.14a中的L-3、L-4梁。在它们上面也布置有少量的天轮梁，而天轮梁的另一端是支承在与其相垂直的其他天轮梁或专门设置的支承梁上。边梁的侧向抗弯刚度比天轮梁或支承梁大得多，因此可以认为这一部分天轮梁所传递来的水平荷载完全由边梁负担。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结
20、构设计 与中梁垂直的边梁计算简图如图2.15a所示，它是一次超静定结构，通常用力法求解，所选取的基本体系如图2.15b所示。计算时忽略中梁L-5的轴向变形，因此在水平荷载作用下，边梁L-3中点的水平位移应与边梁L-4中点的水平位移相等.中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计 由式（2.30）可以求得中梁L-5的拉力N5。然后边梁L-3、L-4在水平面内可按单跨简支梁进行计算。由以上分析可以看出，边梁和中梁在竖直和水平两个平面内都将产生弯矩。中梁还承受轴力，边梁也将承受按主体桁架分析得到的轴力（按主体桁架分析时，边梁被视为桁架顶部的杆件）。边梁承受的轴力也可按其相邻
21、边梁在水平荷载作用下的反力取值。因此主梁的受力情况是较为复杂的，既有双向弯曲，又有轴向拉压，因此它的截面选择应按弯矩作用在两个主平面内的偏心受力构件计算。应该注意的是，边梁和中梁上的最大竖向弯矩和最大水平弯矩往往不在同一截面上。因此必须分别对这两个最大弯矩所在截面进行验算。由于构造要求，4根边梁采用相同的截面，因此应按受力最不利的主提升一侧的边梁进行截面验算。天轮梁与主梁以及主梁与主梁之间的螺栓连接和焊缝连接，应分别进行强度验算以保证连接的安全性。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.5天轮平台设计算例2.5.1 基本资料1.井筒规格及施工方式 井筒直径8m，
22、井筒深度800m，采用平行作业施工方式。2.凿井井架型号 采用“新IV型凿井井架”，它的主要尺寸：井架高度26.67m，天轮平台尺寸7.257.25m，井架底跨尺寸1616m，卸矸石高度10.4m。3.悬吊设备及井筒布置 井筒掘进期间，井筒内采用的悬吊设备列于表2.5这些设备在井筒内的布置如图2.16所示。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计4.提绞设备及地面布置(1)钢丝绳：确定钢丝绳的直径时，应先按下式计算它的每米重量。然后
23、根据从钢丝绳规格表中查得它的直径。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计(2)天轮：天轮直径必须满足下列要求：提升天轮直径 D 60ds，D 900 悬吊天轮直径 D 20ds，D 300式中 D天轮直径，mm；ds钢丝绳的直径，mm；钢丝绳的钢丝直径，mm。选用的天轮规格和数量列于表2.8。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计(3)(3)提升机和凿井绞车：根据提升机和凿井绞车的选型原则进行选择。选
24、用的提升机和凿提升机和凿井绞车：根据提升机和凿井绞车的选型原则进行选择。选用的提升机和凿井绞车型号列于表井绞车型号列于表2.92.9。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计提升机和凿井绞车在地面的布置如图提升机和凿井绞车在地面的布置如图2.172.17所示。所示。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.5.2 2.5.2 天轮平台布置天轮平台布置与井筒凿井设各布置和地面提绞设备布置相适应的天轮平台布置如图与井筒凿井设各布置和地面提绞设备布置相适应的天轮平台布置如图2.182.18所示。所示。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特
25、种结构设计矿山特种结构设计根据矿山井巷工程施工及验收规范规定根据矿山井巷工程施工及验收规范规定,天轮外缘至边梁上翼缘天轮外缘至边梁上翼缘之间的距离应不小于之间的距离应不小于60mm60mm,为了满足这一要求为了满足这一要求,天轮轴心必须升高天轮轴心必须升高,图图2.192.19为矸石吊桶天轮轴心升高计算图。轴心升高为为矸石吊桶天轮轴心升高计算图。轴心升高为:采用采用h=1450mmh=1450mm。在减去轴心至轴承座。在减去轴心至轴承座底缘高度底缘高度300mm300mm及天轮梁高度及天轮梁高度56cm56cm后后,显然显然需要设置垫梁需要设置垫梁,其高度应为其高度应为:中国矿业大学出版社中国
26、矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.5.3钢丝绳仰角与工作荷载1钢丝绳仰角钢丝绳仰角可按下式计算(图2.20)计算结果见表2-12中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计检查钢丝绳是否与边梁上翼缘的外缘相碰检查钢丝绳是否与边梁上翼缘的外缘相碰，现以材料吊桶稳绳天轮，现以材料吊桶稳绳天轮(9(9号号)为例说明。如为例说明。如图图2.212.21所示所示,天轮轴心必须升高天轮轴心必须升高：采用h=720mm，并在考虑轴心至轴承座底缘高度100mm及天轮粱高度32cm后,显然需要设置垫梁，它的高度应为中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特
27、种结构设计2 悬吊设备钢丝绳的工作荷载3m3矸石吊桶钢丝绳的工作荷载：吊桶自重 8.66kN钩头及连接装置重 1.38KN滑架及缓冲器重 1.62 KN矸石及水重 57.64KN钢丝绳型号 619-37-170钢丝绳重 0.04871（800+26）=40.23KN钢丝绳的工作荷载 8.66+1.38+1.62+56.74+40.23=108.63KN钢丝破断拉力总和 876KN钢丝绳的安全系数 m=876/108.63=8.077.5中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计其余悬吊设备钢丝绳的工作荷载，可以采用相同方法计算，现将计算结果列于表其余悬吊设备钢丝绳的工
28、作荷载，可以采用相同方法计算，现将计算结果列于表2.132.13。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计1.天轮梁的荷载计算3m3矸石吊桶天轮梁的荷载计算：（1）按照断绳荷载计算 断绳荷载 天轮荷载的竖向分力和水平分力,如图2.22所示。V0=Sd（1+sin）=753.4(1+sin33.2)=1166KN T0=Sd cos=753.4cos33.2=630.5KN作用在一根天轮梁上的竖向荷载和水平荷载 (2)按照两倍工作荷载计算 两倍工作荷载中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计其它天轮梁的荷载，可采用相同方法计算其它天轮梁的荷
29、载，可采用相同方法计算。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.天轮梁的内力计算3m3矸石吊桶天轮梁的反力及内力计算：（1）按照段绳荷载计算（图2.23）BA1.453.250.375315.3KN594.9KN64.6KN659.5KNQ图M图210KNm247.3KNm中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计（2）按照两倍工作荷载计算（图2.24）MB=0，RA=197.8KN MA=0，RB=-17.7KN（向下）其他天轮梁的反力及内力，可采用相同方法计算。计算荷载设计值时，恒载分项系数取1.2；活荷载取1.4.当按断绳荷载计算
30、时，除自重和设备重外，其他荷载均乘以组合系数0.8.这样求得的各天轮梁的反力和内力。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计3.天轮梁的截面选择 3m3矸石吊桶天轮梁的的截面选择:按断绳荷载计算(1)按照受弯构件强度条件试选截面试选试选Q235Q235热轧普通工字钢热轧普通工字钢I I56a56a,它的主要几何特性如下它的主要几何特性如下b=16.6cm,d=1.25cm,A=135.25cm2,Wx=2342.3cm3b=16.6cm,d=1.25cm,A=135.25cm2,Wx=2342.3cm3Ix=65585.6cm4,Ix/Sx=47.43cm,ix=2
31、2.02cm,iy=3.182cm:Ix=65585.6cm4,Ix/Sx=47.43cm,ix=22.02cm,iy=3.182cm:（2 2）按照压弯构件验算）按照压弯构件验算1)1)强度计算强度计算中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2)刚度验算跨中挠度3)3)整体稳定性验算整体稳定性验算弯矩平面内验算稳定性：弯矩平面内验算稳定性：中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计弯矩平面外验算稳定性弯矩平面外验算稳定性：结论：根据以上计算结果，所选截面强度、刚度和稳定性均满足结论：根据以上计算结果，所选截面强度、刚度和稳定性均满足要求。
32、要求。其他天轮梁截面选择，可采用相同方法计算。为了减少梁的类其他天轮梁截面选择，可采用相同方法计算。为了减少梁的类型，构造方便，对天轮梁的截面型号，应根据计算结果给予适当的调型，构造方便，对天轮梁的截面型号，应根据计算结果给予适当的调整整中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计4.连接螺栓计算 以3m3吊桶天轮梁（N3、N4、N7、N8）为例，天轮梁两端搁置在天轮平台的边梁和中梁上，都分别采用两个M30U型螺栓连接，在水平力T=315.3KN作用下，应按受剪螺栓进行验算。每个U形螺栓的设计承载力（只考虑U形螺栓的一个肢起作用）必须注意，矸石吊桶天轮梁在中梁处的竖向支
33、座反力方向下，说明此处U形螺栓处于受拉状态。拉力N=64.6KN，所以还应按受拉螺栓进行补充验算。每个U形螺栓的受拉设计承载力结论：根据以上计算结果，所选U形螺栓连接，满足强度要求。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.5.52.5.5天轮平台主梁设计天轮平台主梁设计1 1.主梁的荷载和内力计算主梁的荷载和内力计算 天轮平台主梁（包括主梁和边梁）承受天轮梁传递的荷载，亦天轮平台主梁（包括主梁和边梁）承受天轮梁传递的荷载，亦即各天轮梁的支座反力，他们的数值和符号已列于表即各天轮梁的支座反力，他们的数值和符号已列于表2.12.2.12.应该指出，天轮平台应按荷载的
34、偶然组合进行计算，即应该指出，天轮平台应按荷载的偶然组合进行计算，即1b1b号矸号矸石吊桶钢丝绳采用断绳荷载；石吊桶钢丝绳采用断绳荷载；1a1a号矸石吊桶钢丝绳采用两倍工作荷号矸石吊桶钢丝绳采用两倍工作荷载，其它钢丝绳均为工作荷载。并取荷载组合系数载，其它钢丝绳均为工作荷载。并取荷载组合系数0.8.0.8.（1 1）中梁中梁L L-5-5 1)1)竖向荷载作用下（图竖向荷载作用下（图2.252.25）计算支座反力，作计算支座反力，作V V图和图和M M图。图。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计59.4416.8417.7017.7018.2364.6064.6
35、016.8457.341 1 5 5 2 4 52 2 04 7 51 1 5 53 5 53 6 02 0 53 6 2 53 6 2 5(+)(-)V 图M 图64.7451.7018.237.547.5418.2351.725.8033.9033.9018.232 7 53 4 04 02 0 54 03 6 01 6 01 6 03 4 02 2 03 5 52 7 5 2 4 5(-)1 9 6.5 01 3 7.0 07 2.3 25 5.4 87 3.1 82 0.9 52.7 23 1.1 83 8.7 24 6.2 58 0.1 69 8.3 93 3.7 91 0 3.7
36、03 9.1 25 5.9 68 1.7 61 3 9.1 02 2 72 8 0.53 1 6.33 3 1.82 9 52 5 6.42 1 0.51 6 1中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2)水平荷载作用下（图2.26）水平荷载经过抵消简化后的结果，如图水平荷载经过抵消简化后的结果，如图2.272.27所示。所示。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计配给L-5梁的水平荷载，如图2.28所示。应用平衡条件可以求得支座反力，作V图和M图。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计（2）边梁L-2与L
37、-11)竖向荷载作用下 边梁L-2（图2.29）应用三弯矩方程计算中间支点弯矩 求得Mc=-664.1KNm 再把左右两跨简化成简支梁计算，分别求出支座反力，作V图和M图中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计 边梁L-1（图2.30）：计算支座反力，采用与边梁L-2相同方法可以求得：R13=124.5 KN Rc=727.0KN R14=112.2 KN 2)水平荷载作用下 与边梁L-5相同中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计（3）边梁L-3与L-41)竖向荷载作用下边梁L-3（图2.31）计算支座反力，采用与边梁L-2相同方法可以
38、求得 R31=201.4KN Rc=2034.8KN R32=419.0KN边梁L-4（图2.32）：计算支座反力，采用与边梁L-2相同方法求得 R41=4.6KN Rc=864.0KN R42=162.7KN中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2)水平荷载作用下 边梁L-3与L-4的计算简图如图2.33所示。忽略中梁L-5的拉伸变形，因此在水平荷载作用下，边梁L-3中点的水平位移c3应与边梁L-4中点的水平位移c4相等，即 c3=c4 （a）计算水平荷载和N5作用下边梁L-3中点的水平位移中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计同理
39、，在水平荷载和N5作用下边梁L-4中点水平位移中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.主梁截面选择（1）边梁L-1L-4的截面选择天轮平台4根边梁的截面相同，应按荷载最不利的边梁L-2选择截面1)试选截面根据经验资料，试选择截面尺寸如图2.34所示。10003030 x5 0 01 4中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2)截面验算验算截面上的内力见表2.14所示。按照偏心受力构件验算强度验算：正应力验算：选最不利MVmax截面中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社
40、矿山特种结构设计矿山特种结构设计中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计 所以只需要对腹板按构造要求设置横向加劲肋。加劲肋间距a=(0.52.0)h0=50200mm加劲肋尺寸 采用bs=23cm，ts=1.2cm。中间支承加劲肋的验算 中间支承加劲肋采用bs=23cm，ts=1.6cm。其端部与下翼缘刨平顶紧，如图2.35所示。计算验算截面面积和它的几何特性:中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计支承加劲肋在腹板平面外的稳定性验算：按照附录查得=0.9926(c类)支
41、承加劲肋与腹板的焊缝链接强度验算 取h f=12mm根据以上计算结果，所选截面满足强度、刚度和稳定性等要求。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计（2）中L-5的截面选择 中梁L-5的跨中截面和两端截面，如图2.36所示。它的验算方法与边梁L-2相同，根据计算结果，所选截面满足强度、刚度和稳定性等要求。10003030 x5 0 01 8中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.5.6 结点连接强度验算1.边梁L-2与L-3的结点连接强度验算（1）结点荷载（图2.37）竖向荷载 R=348.1KN水平荷载沿L-2梁方向 N=215.8
42、KN沿L-3梁方向 V=120.2KN此外，由于结点具有一定刚性，认为能承受一定水平弯矩，现假定它的数值等于边梁L-2最大水平弯矩的1/3。所以中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计 水平弯矩水平荷载和水平弯矩通过上下两次连接板分别传递一半。然而实际受力情况比较复杂，应该适当考虑受力均匀系数1.5，因此每一连接板的计算荷载应为竖向荷载通过腹板连接传递竖向荷载通过腹板连接传递中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计（2 2）翼缘连接强度验算）翼缘连接强度验算按照螺栓连接验算（按照螺栓连接验算（M24M24），如图），如图2.382.38
43、计算一个螺栓的承载力设计值：验算受力最大螺栓验算受力最大螺栓a a的强度：的强度：M M作用下作用下V V作用下作用下 N N作用下作用下 M M、V V、N N同时作用同时作用下中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计焊缝强度验算角焊缝hf=12mm，验算受力最大的右侧焊缝强度（如图2.39所示）。为了简化计算不计上下焊缝影响。在弯矩M作用下由计算结果可知翼缘焊缝尺寸满足要求由计算结果可知翼缘焊缝尺寸满足要求。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计（3 3）腹板连接强度验算）腹板连接强度验算a)a)试用试用M27M27螺栓连接强度验算
44、螺栓连接强度验算腹板连接如图腹板连接如图2.402.40所示所示根据以上计算可知腹板连接满足要求。根据以上计算可知腹板连接满足要求。中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社矿山特种结构设计矿山特种结构设计2.2.主梁与桁架的连接强度验算主梁与桁架的连接强度验算（1 1）结点荷载）结点荷载结点结点2323的受力最大，如图的受力最大，如图2.412.41所示，它的水平荷所示，它的水平荷载载沿沿L L-2-2梁方向梁方向H H2 2=215.8KN=215.8KN沿沿L L-3-3梁方向梁方向H H3 3=360.6KN=360.6KN（2 2）螺栓连接强度计算）螺栓连接强度计算计算一个螺栓的承载力设计值：计算一个螺栓的承载力设计值：
