CN107487710B - 三肢边柱双层肩梁支撑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种三肢边柱双层肩梁支撑结构，包括：边跨三肢格构柱(9)，边跨三肢格构柱(9)的顶面水平设置下层肩梁(2)，下层肩梁(2)的中心设置内肢柱(8)；下层肩梁(2)的右侧设置一个屋盖肢(7)；内肢柱(8)的顶面水平设置上层肩梁(1)，并且，上层肩梁(1)的左端与所述内肢柱(8)固定连接；所述上层肩梁(1)的右端与所述屋盖肢(7)固定连接。具有以下优点：(1)本发明能满足更大的起重量，每台吊车的最大起重量可以达到600吨；(2)本发明传递荷载更为直接，可将起吊物的荷载直接传递至边跨三肢格构柱；(3)本发明能降低工程建造成本，提高高端装备制造车间的工作效率，且降低了工作过程的安全隐患。
Description
技术领域
本发明属于高端装备制造技术领域，具体涉及一种三肢边柱双层肩梁支撑结构。
背景技术
高端装备制造业是国民经济的支柱产业，是工业化与现代化的主导力量，是衡量一个国家或地区综合经济实力和国际竞争力的重要标志。为此，我国于2015年9月5日提出《中国制造2025》的发展纲要，纲要中明确提出发展海洋工程装备及高技术船舶，其中包括：大力发展深海探测、资源开发利用、海上作业保障装备及其关键系统和专用设备；推动深海空间站、大型浮式结构物的开发和工程化，形成海洋工程装备综合试验、检测与鉴定能力，提高海洋开发利用水平。
实现上述制造技术及高端海洋装备均离不开装备制造车间，尤其是对于大型高端设备的制造均需要双层超大吨位的吊车强力支撑方能实现。
现有生产车间内的双层吊车均采用单层肩梁+悬挑牛腿实现，此种双层吊车支撑结构，本质还是属于单层肩梁的范畴，具有支撑强度有限的问题，无法满足吊车的大吨位起重量的需求。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种三肢边柱双层肩梁支撑结构，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种三肢边柱双层肩梁支撑结构，包括：边跨三肢格构柱(9)，所述边跨三肢格构柱(9)为由3根等边角钢围成的截面为三角形的结构，所述边跨三肢格构柱(9)的顶面水平设置下层肩梁(2)，所述下层肩梁(2)采用截面为三角形的结构平面，所述下层肩梁(2)的中心设置内肢柱(8)，所述内肢柱(8)的底面与所述下层肩梁(2)的中心位置固定连接；所述下层肩梁(2)的右侧设置一个屋盖肢(7)，并且，所述屋盖肢(7)的底部与所述下层肩梁(2)的右侧固定连接；所述屋盖肢(7)的高度高于所述内肢柱(8)的高度；所述内肢柱(8)的顶面水平设置上层肩梁(1)，并且，所述上层肩梁(1)的左端与所述内肢柱(8)固定连接；所述上层肩梁(1)的右端与所述屋盖肢(7)固定连接；所述下层肩梁(2)和所述上层肩梁(1)形成上下错位结构，所述下层肩梁(2)和所述上层肩梁(1)位于所述屋盖肢(7)的同侧，所述下层肩梁(2)的外侧位于所述上层肩梁(1)外侧的外部；
上层吊车(3)的上层吊车梁(5)放置于所述上层肩梁(1)的顶面，下层吊车(4)的下层吊车梁(6)放置于所述下层肩梁(2)的顶面；所述屋盖肢(7)直接承受屋盖荷载，并将屋盖荷载直接传递至所述边跨三肢格构柱(9)；上层吊车(3)的吊车荷载依次通过所述上层肩梁(1)、所述内肢柱(8)和所述下层肩梁(2)后，最终传递到所述边跨三肢格构柱(9)；所述下层吊车(4)的吊车荷载传递到所述下层肩梁(2)后，经所述下层肩梁(2)的受力转换后传递到所述边跨三肢格构柱(9)。
优选的，所述下层肩梁(2)为三角形平面结构，所述下层肩梁(2)的面积和形状大于所述边跨三肢格构柱(9)的截面的面积和形状；
所述上层肩梁(1)为8边形结构，包括：小边(8.1)和大边(8.2)，所述小边(8.1)和所述大边(8.2)左右对称水平设置；所述小边(8.1)和所述大边(8.2)的两侧对称连接左侧边和右侧边，形成从所述小边(8.1)到所述大边(8.2)外扩的结构，其中，按从所述小边(8.1)到所述大边(8.2)方向，所述左侧边和所述右侧边依次包括：第1水平边(8.3)、外扩斜边(8.4)和第2水平边(8.5)；其中，第1水平边(8.3)的长度短于第2水平边(8.5)的长度，外扩斜边(8.4)与水平线的夹角为45度。
优选的，所述内肢柱(8)和所述屋盖肢(7)的高度可调节，进而调节所述上层吊车(3)的高度。
优选的，所述上层吊车梁(5)的端部还设置有上层吊车制动系统(10)；所述下层吊车梁(6)的端部还设置有下层吊车制动系统(11)。
优选的，所述边跨三肢格构柱(9)包括设置于三角的等高度的柱肢，相邻柱肢之间设置缀板；在所述柱肢的顶面设置柱顶板。
本发明提供的三肢边柱双层肩梁支撑结构具有以下优点：
(1)本发明能满足更大的起重量，每台吊车的最大起重量可以达到600吨；
(2)本发明传递荷载更为直接，可将起吊物的荷载直接传递至边跨三肢格构柱；
(3)本发明能降低工程建造成本，提高高端装备制造车间的工作效率，且降低了工作过程的安全隐患。
附图说明
图1为本发明提供的三肢边柱双层肩梁支撑结构的整体结构示意图；
图2为本发明提供的三肢边柱双层肩梁支撑结构的下层肩梁剖面示意图；
图3为本发明提供的三肢边柱双层肩梁支撑结构的上层肩梁剖面示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
原有生产车间内的双层吊车均采用单层肩梁+悬挑牛腿实现，此种双层吊车的本质还是属于单层肩梁的范畴，其工作原理是将单层肩梁置于边跨三肢格构柱的上部，承担上层较大吨位的吊车荷载，将下层吊车设置于边跨三肢格构柱侧面悬挑出的牛腿上，承担吨位较小的吊车荷载，上述的设计构造仅能满足下层吊车吨位小于75吨的情况，而车间内部由于三肢格构柱侧面悬挑牛腿的存在，导致部分室内使用空间受限，且牛腿的悬挑长度不能过长，否则结构的安全度会随之降低。随着大型装备的出现，此种构造形式不能满足现有高端装备制造车间的使用需求，为促进我国高端装备制造业的发展，解决传统双层吊车起重能力不足、起吊范围过小及使用安全度不高等缺陷，本发明提供一种三肢边柱双层肩梁支撑结构，其优点是每台吊车的最大起重量可以达到600吨，并将起吊物的荷载直接传递至边跨三肢格构柱，且降低了工程造价与工作过程的安全隐患，提高了高端装备制造车间的工作效率。
参考图1-图3，包括：边跨三肢格构柱9，边跨三肢格构柱9为由3根等边角钢围成的截面为三角形的结构，边跨三肢格构柱9的顶面水平设置下层肩梁2，下层肩梁2采用截面为三角形的结构平面，下层肩梁2的中心设置内肢柱8，内肢柱8的底面与下层肩梁2的中心位置固定连接；下层肩梁2的右侧设置一个屋盖肢7，并且，屋盖肢7的底部与下层肩梁2的右侧固定连接；屋盖肢7的高度高于内肢柱8的高度；内肢柱8的顶面水平设置上层肩梁1，并且，上层肩梁1的左端与内肢柱8固定连接；上层肩梁1的右端与屋盖肢7固定连接；下层肩梁2和上层肩梁1形成上下错位结构，下层肩梁2和上层肩梁1位于屋盖肢7的同侧，下层肩梁2的外侧位于上层肩梁1外侧的外部；
上层吊车3的上层吊车梁5放置于上层肩梁1的顶面，下层吊车4的下层吊车梁6放置于下层肩梁2的顶面；屋盖肢7直接承受屋盖荷载，并将屋盖荷载直接传递至边跨三肢格构柱9；上层吊车3的吊车荷载依次通过上层肩梁1、内肢柱8和下层肩梁2后，最终传递到边跨三肢格构柱9；下层吊车4的吊车荷载传递到下层肩梁2后，经下层肩梁2的受力转换后传递到边跨三肢格构柱9。屋盖肢通常采用H型截面，并将屋面荷载直接传递至三肢格构柱。
此外，针对截面为三角形的边跨三肢格构柱9，本发明对下层肩梁和上层肩梁的形状进行了进一步精细设计，采用下述与边跨三肢格构柱相对应的下层肩梁和上层肩梁，经本发明人进行大量试验验证，可有效提高整体的双层肩梁的支撑强度，从而满足双层大吨位吊车的使用需求。
具体的，下层肩梁2采用与边跨三肢格构柱截面形状相对应的三角形平面结构，下层肩梁2的面积和形状略大于边跨三肢格构柱9的截面的面积和形状，当把下层肩梁放置于边跨三肢格构柱9的顶面时，能够全面覆盖边跨三肢格构柱9的顶面，从而有效向边跨三肢格构柱传递载荷。当然，实际应用中，下层肩梁与边跨三肢格构柱9可采用焊接方式固定。其中，三角形截面的下层肩梁，其一个顶部位置为固定屋盖肢7的固定点；与该顶部位置对应的边，为用于放置下层吊车梁的边，即：下层吊车梁的布置方向与该条边的方向相同。
上层肩梁1为8边形结构，参考图3，包括：小边8.1和大边8.2，小边8.1和大边8.2左右对称水平设置；小边8.1和大边8.2的两侧对称连接左侧边和右侧边，形成从小边8.1到大边8.2外扩的结构，其中，按从小边8.1到大边8.2方向，左侧边和右侧边依次包括：第1水平边8.3、外扩斜边8.4和第2水平边8.5。其中，第1水平边8.3的长度短于第2水平边8.5的长度，外扩斜边8.4与水平线的夹角为45度。采用此种结构形式的上层肩梁1，内肢柱8的顶部固定于上层肩梁的左侧，即靠近小边8.1的部位，而屋盖肢7与上层肩梁的焊接固定点位于上层肩梁的右侧，即靠近大边8.2的位置，而上层吊车梁5放置于上层肩梁1的顶面且靠近小边8.1的部位，此种受力分布方式，能够达到受力平衡的作用，实现上层肩梁有效传递屋盖肢7的荷载以及上层吊车梁5的荷载，从而提高上层肩梁的支撑强度。
此外，需要强调的是，由于本发明设计的双层肩梁是针对截面为三角形的边跨三肢格构柱9而设计的，当设计图3所示形状的上层肩梁和下层肩梁时，屋盖肢7和内肢柱8的数量和位置也需要进行精细设计，从而有效提高整体的双层肩梁的支撑强度，即：屋盖肢7的设计数量为1个，上层肩梁和下层肩梁的右端均与屋盖肢7固定焊接；并且，为实现上层肩梁和下层肩梁错位的效果，下层肩梁的水平长度长于上层肩梁的水平长度。内肢柱8的设计数量为1个，其底部与下层肩梁的水平轴线位置焊接固定，其顶部与上层肩梁的左侧焊接固定，通过内肢柱8，将上层吊车荷载传递到下层肩梁；而屋面荷载通过上层肩梁和内肢柱8也传递到下层肩梁；下层肩梁将承受的上下层吊车荷载和屋面荷载再传递给边跨三肢格构柱。
本发明中，上层肩梁和下层肩梁位于屋盖肢的同侧，但上层肩梁的水平长度短于下层肩梁的水平长度，由此实现上层肩梁和下层肩梁错位的效果，从而方便上下双层吊车错位起吊。
实际应用中，内肢柱8和屋盖肢7的高度可调节，进而调节上层吊车3的高度。上层吊车梁5的端部还设置有上层吊车制动系统10；下层吊车梁6的端部还设置有下层吊车制动系统11。
边跨三肢格构柱9可采用以下结构形式：包括设置于四角的等高度的柱肢，相邻柱肢之间设置缀板；在柱肢的顶面设置柱顶板。
此外，为提高边跨三肢格构柱9的支撑力，边跨三肢格构柱可以由型钢用缀板相连接而成的组合柱体，型钢是用厚钢板轧制而成的角钢，其比相同厚度的双层焊接的角钢减少搭接空位，没有焊接变形并保证了角钢的刚度；在地面挖设桩孔，在柱孔中灌注混凝土基础，型钢的底部钻入到混凝土基础的内部，并最终浇灌，使型钢的底部与混凝土基础牢固结合，提高型钢的支撑强度。缀板部分包括弯曲钢筋；弯曲钢筋连接在相邻的型钢之间，采用弯曲钢筋作为缀板的好处为：可使格构柱在承受水平力时，具有足够的承载能力和抵抗变形能力，通过缀件的变形达到良好的抗侧力耗能效果，同时用钢量减少，建筑成本降低。
由此可见，本发明提供的一种用于高端装备制造车间边柱上部支承双层吊车梁的受力构件，由两层刚度极大的水平肩梁、内柱肢和屋盖肢共同组成，其工作原理是：上下两层吊车梁可直接放置于每层肩梁的顶面，由内肢柱经过底层肩梁的受力转换传递上层吊车的荷载；屋盖肢直接承受屋盖荷载，并将屋盖荷载直接传递至三肢格构柱；上层肩梁主要承担上层吊车荷载。下层肩梁主要承担下层吊车荷载及屋盖肢传递来的屋面荷载，适用于双层超大吨位吊车的高端装备制造车间中，起吊物可以通过上下双层吊车错位起吊，且起吊物不受空间位置的限制，能够解决超重物体在加工与制造过程中的起吊问题；其中，上层吊车的起重量可以根据内肢距的大小及下层肩梁的刚度进行调节。
边跨三肢格构柱双层肩梁与传统的单层吊车+悬挑牛腿构造相比具有以下优点：
(1)与传统的单层吊车+悬挑牛腿构造相比，本发明能满足更大的起重量，每台吊车的最大起重量可以达到600吨；
(2)与传统的单层吊车+悬挑牛腿构造相比，本发明传递荷载更为直接，可将起吊物的荷载直接传递至边跨三肢格构柱；
(3)与传统的单层吊车+悬挑牛腿构造相比，本发明能降低工程建造成本，提高高端装备制造车间的工作效率，且降低了工作过程的安全隐患。
因此，边跨三肢格构柱双层肩梁是一种能够完全替带传统单层肩梁+悬挑牛腿的结构形式，其适用面更加广泛，在高端装备制造车间中具有较高的推广价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种三肢边柱双层肩梁支撑结构，其特征在于，包括：边跨三肢格构柱(9)，所述边跨三肢格构柱(9)为由3根等边角钢围成的截面为三角形的结构，所述边跨三肢格构柱(9)的顶面水平设置下层肩梁(2)，所述下层肩梁(2)采用截面为三角形的结构平面，所述下层肩梁(2)的中心设置内肢柱(8)，所述内肢柱(8)的底面与所述下层肩梁(2)的中心位置固定连接；所述下层肩梁(2)的右侧设置一个屋盖肢(7)，并且，所述屋盖肢(7)的底部与所述下层肩梁(2)的右侧固定连接；所述屋盖肢(7)的高度高于所述内肢柱(8)的高度；所述内肢柱(8)的顶面水平设置上层肩梁(1)，并且，所述上层肩梁(1)的左端与所述内肢柱(8)固定连接；所述上层肩梁(1)的右端与所述屋盖肢(7)固定连接；所述下层肩梁(2)和所述上层肩梁(1)形成上下错位结构，所述下层肩梁(2)和所述上层肩梁(1)位于所述屋盖肢(7)的同侧，所述下层肩梁(2)的外侧位于所述上层肩梁(1)外侧的外部；
上层吊车(3)的上层吊车梁(5)放置于所述上层肩梁(1)的顶面，下层吊车(4)的下层吊车梁(6)放置于所述下层肩梁(2)的顶面；所述屋盖肢(7)直接承受屋盖荷载，并将屋盖荷载直接传递至所述边跨三肢格构柱(9)；上层吊车(3)的吊车荷载依次通过所述上层肩梁(1)、所述内肢柱(8)和所述下层肩梁(2)后，最终传递到所述边跨三肢格构柱(9)；所述下层吊车(4)的吊车荷载传递到所述下层肩梁(2)后，经所述下层肩梁(2)的受力转换后传递到所述边跨三肢格构柱(9)；
其中，所述下层肩梁(2)为三角形平面结构，所述下层肩梁(2)的面积和形状大于所述边跨三肢格构柱(9)的截面的面积和形状；当把下层肩梁放置于边跨三肢格构柱(9)的顶面时，能够全面覆盖边跨三肢格构柱(9)的顶面，从而有效向边跨三肢格构柱传递载荷；三角形截面的下层肩梁，其一个顶部位置为固定屋盖肢(7)的固定点；与该顶部位置对应的边，为用于放置下层吊车梁的边，即：下层吊车梁的布置方向与该条边的方向相同；
所述上层肩梁(1)为8边形结构，包括：小边(8.1)和大边(8.2)，所述小边(8.1)和所述大边(8.2)左右对称水平设置；所述小边(8.1)和所述大边(8.2)的两侧对称连接左侧边和右侧边，形成从所述小边(8.1)到所述大边(8.2) 外扩的结构，其中，按从所述小边(8.1)到所述大边(8.2)方向，所述左侧边和所述右侧边依次包括：第1水平边(8.3)、外扩斜边(8.4)和第2水平边(8.5)；其中，第1水平边(8.3)的长度短于第2水平边(8.5)的长度，外扩斜边(8.4)与水平线的夹角为45度，采用此种结构形式的上层肩梁(1)，内肢柱(8)的顶部固定于上层肩梁的左侧，即靠近小边(8.1)的部位，而屋盖肢(7)与上层肩梁的焊接固定点位于上层肩梁的右侧，即靠近大边(8.2)的位置，而上层吊车梁(5)放置于上层肩梁(1)的顶面且靠近小边(8.1)的部位，此种受力分布方式，能够达到受力平衡的作用，实现上层肩梁有效传递屋盖肢( 7) 的荷载以及上层吊车梁( 5) 的荷载，从而提高上层肩梁的支撑强度；
上层肩梁和下层肩梁位于屋盖肢的同侧，但上层肩梁的水平长度短于下层肩梁的水平长度，由此实现上层肩梁和下层肩梁错位的效果，从而方便上下双层吊车错位起吊；
用于高端装备制造车间边柱上部支承双层吊车梁的受力构件，由两层刚度极大的水平肩梁、内柱肢和屋盖肢共同组成，其工作原理是：上下两层吊车梁可直接放置于每层肩梁的顶面，由内肢柱经过底层肩梁的受力转换传递上层吊车的荷载；屋盖肢直接承受屋盖荷载，并将屋盖荷载直接传递至三肢格构柱；上层肩梁主要承担上层吊车荷载，下层肩梁主要承担下层吊车荷载及屋盖肢传递来的屋面荷载，适用于双层超大吨位吊车的高端装备制造车间中，起吊物可以通过上下双层吊车错位起吊，且起吊物不受空间位置的限制，能够解决超重物体在加工与制造过程中的起吊问题；其中，上层吊车的起重量可以根据内肢距的大小及下层肩梁的刚度进行调节；
其中，所述内肢柱(8)和所述屋盖肢(7)的高度可调节，进而调节所述上层吊车(3)的高度；
其中，所述上层吊车梁(5)的端部还设置有上层吊车制动系统(10)；所述下层吊车梁(6)的端部还设置有下层吊车制动系统(11)；
其中，所述边跨三肢格构柱(9)包括设置于三角的等高度的柱肢，相邻柱肢之间设置缀板；在所述柱肢的顶面设置柱顶板；
为提高边跨三肢格构柱(9)的支撑力，边跨三肢格构柱由型钢用缀板相连接而成的组合柱体，型钢是用厚钢板轧制而成的角钢，其比相同厚度的双层焊接的角钢减少搭接空位，没有焊接变形并保证了角钢的刚度；在地面挖设桩孔，在柱孔中灌注混凝土基础，型钢的底部钻入到混凝土基础的内部，并最终浇灌，使型钢的底部与混凝土基础牢固结合，提高型钢的支撑强度；缀板部分包括弯曲钢筋；弯曲钢筋连接在相邻的型钢之间，采用弯曲钢筋作为缀板的好处为：可使格构柱在承受水平力时，具有足够的承载能力和抵抗变形能力，通过缀件的变形达到良好的抗侧力耗能效果，同时用钢量减少，建筑成本降低。
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2017
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