一 : 74桁架计算
圆管带式输送机是在传统槽形带式输送机基础上发展起来的一类特种带式输送
机。它具有可空间弯曲布置、绿色环保密闭输送、适应复杂地形、双向输送方便等 优点。在水泥、矿山、电力、冶会、垃圾处理等有大宗散料输送的工业行业得到大 量应用。在圆管带式输送机上述各项优点充分体现的同时却对圆管带式输送机支承 结构部分——金属结构(桁架梁、支柱)的设计制造及安装提出了更高的要求。 由于主机布置和地形特点的影响，使桁架梁跨度不一，支柱结构复杂，并且两
者结构复杂，并且两者形式多变，数量很多，采用传统的手工设计方法导致设计工 作量繁重，重复度高，计算可靠度低等问题出现，远不能适应当今社会高质量、高 速度、高效益的发展趋势。
本论文主要针对圆管带式输送机金属结构部分设计时存在的计算复杂、数据繁
多、计算量比较大等问题，在阅读大量相关资料的基础上，总结国内外圆管带式输 送机金属结构部分计算的研究现状，详细分析了圆管带式输送机金属结构部分的受 力情况和载荷计算与组合，应用材料力学和结构力学知识推导出桁架梁的简化内力 计算公式，并进行桁架粱设计计算。采用梁柱结合的方法建立圆管带式输送机金属 结构部分梁柱结合计算模型，对圆管带式输送机格构柱的形式选择、载荷特点及计 算方法进行了分析，并综合运用钢管格构柱的计算方法，对双柱肢、四柱肢钢管格 构柱进行设计计算。根据圆管带式输送机金属结构的设计理论分析结果，进行可视 化编程设计，并利用Visual C++语言开发工具实现人机友好交互界面设计，为了保存 和查阅方便，本程序可自动生成本部分设计计算说明书，程序简单明了，易于操作， 计算结果与工程实际基本一致。利用本文开发的圆管带式输送机金属结构部分设计 计算程序可以替代过去工程设计时按经验进行估算或手工计算，大大提高了设计人 员的设计效率和计算结果的可靠性，具有一定的工程应用意义。
第一章绪论
1 1圆管带式输送机简介
圆管带式输送机是由日本管状带式输送机株式会社1964年提出并开始进行研
制。它是通过呈六边形布置的托辊组强制胶带裹成边缘相搭接的圆管状来进行物料 密闭输送的一种新型带式输送机“1，是普通带式输送机基础上延伸发展起来的衍生机 型。
圆管带式输送机与普通带式输送机相比具有独特的优点： 1)物料输送过程中
可实现密闭输送，满足绿色环保要求；2)具有水平和垂直方向弯曲的能力，布置灵 活，可减少转运节点，特别适合地形复杂、障碍物多的空间区域；3)结构紧凑，横 断面小，能节省布置空间，常应用于复杂输送线路环境；4)运输距离长，输送量大， 可提高输送倾角；5)可选用普通托辊和通用驱动系统，使用中不会发生普通带式输 送机常见的胶带跑偏现象，制造及使用成本低(与带密封罩或皮带长廊的普通带式 输送机相比)；6)上下分支均可输送物料，特别适合双向输送物料的场合，节省投 资成本；7)密闭输送也可防止环境对输送物料的污染，同时也可减少物料运输损耗 Ⅲ
因此，圆管带式输送机在发达的西方国家如美国、英国、法国、德国及日本等
国大量应用，在许多要求绿色输送、地形复杂等场合下，正逐步采用圆管带式输送 l
圆管带式输送机金属结构受力分析与计算
机代替普通带式输送机输送物料，并且表现出一种由轻型向重型、由城市向矿山、 由特殊场合向一般场合、由发达国家向发展中国家发展的趋势。圆管带式输送机在
矿山、电厂、港口、钢铁、化工、冶金、建材等行业被逐步推广应用，成为国内外 带式输送机产品更新换代的发展方向
5．金属结构部分
普通带式输送机通常使用轻小型的金属结构(截面小、跨度小、结构简单)或
栈桥长廊(土建部分)来支承输送系统，而圆管带式输送机的金属结构与普通带式 输送机相比要复杂的多。由于圆管带式输送机的输送线路经常需要跨越生产设备、 建筑物、公路、小山丘、河流等，其金属结构部分既要满足承受输送系统载荷的要 求，又要符合输送线路特殊的地形条件。因此，圆管带式输送机主要优点部分的体 现(如空间转弯、跨越障碍、提升输送倾角、双向输送等)都会使得输送系统的支
承部分——金属结构部分变得大型化和复杂化。从总体来看，较大型的圆管带式输 送机其金属结构部分的重量约占整机重量的l／2～2／3左右，造价也接近总额的一半 左右，所以圆管带式输送机金属结构部分的设计和制造将直接影响着整机性能和制 造成本。
圆管带式输送机的支承系统主要由金属结构组成。相比其他的支承形式，金属
结构具有很多优点：
1)强度高、塑性好、韧性好，适用于建造跨度大、高度高、承载重的结构，很好的 满足了圆管带式输送机大跨度、长距离的要求。
2)由于钢材的承载能力大，相比其他的支承形式，金属结构的尺寸小、重量比较轻， 同时可以减轻圆管带式输送机支承结构对基础的负载，既适合于圆管带式输送机 复杂线路组合中对支承节点“见缝插针”的要求，又能降低地基、基础部分的造 价。另外，圆管带式输送机经常安装于地形复杂的场合，使用金属结构还可方便 运输和吊装，节省运输安装费用。
3)金属结构制作简便，施工工期短，可实现工厂化制造，质量可靠。金属结构构件 一般是在专门的金属结构厂制作，其加工制作过程能实现机械化，准确度和精密 度皆较高，加工简易而迅速，连接简单，安装方便，施工周期短，非常适用于圆 管带式输送机在满足各种特殊要求后所形成的对支承系统的复杂要求
圆管带式输送机金属结构部分主要包括：安装托辊窗并支承输送系统载荷的各
种形式的梁以及支承这些粱的各种立柱。常见的支承梁的形式为桁架梁，采用桁架 的形式，在满足梁本身强度、刚度及支承要求的情况下，可以减少钢材，节约成本， 机身桁架粱的的截面形式和尺寸大小与托辊窗的布置要求、跨度、地形条件等因素 有关，当跨度较大的时候还会出现粱套梁的形式(图卜4)。圆管带式输送机的桁架 粱主要由各种形式的支柱支承，支柱通常做成由各种型钢组成的格构柱，其截面形 式主要有双柱肢、三柱肢和四柱肢。由于圆管带式输送机线路复杂，支柱经常会承 受各种不同形式的载荷，所以对于不同路线设计不同型式的支柱，甚至有的时候还 可能出现偏心支柱和多支承点支柱(图卜5)。因此，圆管带式输送机金属结构部分 的设计、制造和安装是关系到整机性能优良的重要环节之一。
囤卜5特殊圆管带式输迸机橹构柱
1
圆管带式输送机桁架梁作为散状物料输送过程的主要支承部分，其截面形式和
尺寸主要受到托辊窗布置、载荷大小等因素的影响，成为有别于普通桁架的特殊形 式的桁架结构，但从基本构件和设计特点上仍然与普通桁架有很多相同之处。本文 通过普通桁架结构特点和设计的介绍，再针对圆管带式输送机桁架梁的特殊性，分 析圆管带式输送机桁架梁所承受的各种形式的载荷，并对桁架梁载荷进行理论计算， 完成桁架梁计算载荷组合。分析圆管带式输送机典型桁架梁内力计算方法并进行内
力计算公式简化推导，运用此简化计算方法计算典型桁架梁内力，并进行桁架梁强 度刚度计算。
2．1普通桁架的结构型式和设计特点简介
2．1．1桁架的结构特点和分类
桁架是由角钢、槽钢、钢管等杆件组成的受横向弯曲的格构式受弯空心梁。它 是由上下弦杆、腹杆(垂直腹杆、斜腹杆等)在节点处通过节点板连接而成。桁架 结构是从梁演变而来的，其主要特点是：应力沿截面均匀分布，能充分利用材料。 从结构上看，其优点主要是：质量轻、省材料、刚度大，制造时容易控制变形，便 于按照不同要求制造成各种外形的桁架。当跨度大于30m且载荷较小时，采用桁架 比较经济。其缺点是：桁架杆数和节点数较多，制造较为费工。从受力情况上看， 桁架的杆件主要是承受轴力杆件，个别杆件还承受弯曲作用，对于由三角形单元组 合成的桁架，在节点载荷的作用下所有的杆件只受轴向力，上下弦杆的轴向力和斜 腹杆轴向力的水平分量正好形成一个力偶，用以抵抗截面弯矩，斜腹杆轴向力的垂 直分量用以抵抗截面剪力。
桁架的种类很多，从组合形式上分有两种组合形式：一种是桁架由三角形单元
组合成整体结构，是几何不变系统，这种由三角形单元构成的桁架是最常见的结构， 如图2．1 a)所示，非常适合圆管带式输送机桁架梁的结构；另外一种是没有斜腹杆 的桁架，是由矩形单元组合成整体结构，这种结构称为空腹桁架，也叫空腹梁，如 9
。
按照杆件受力大小、截面形式及节点构造可分为重型桁架、普通桁架、轻型桁
架和薄壁型钢桁架四种。重型桁架杆件截面多为双腹杆式，有两块节点板，弦杆在 各节点间多为变截面的，双腹式桁架在桁架平面外的刚性大是～大优点，能承受大
的风力和惯性力如图2．2a所示，重型桁架适用于承载很大的结构或跨度很大的结构 中。普通桁架一般由单腹式杆件在节点处用一块节点板连接而成，构造简单，应用 最为广泛。圆管带式输送机桁架梁根据跨度大小经常做成上述两种形式。轻型桁架 的杆件多为等截面的单腹式杆，节点板为一块或不用节点板如图2—2b所示。薄壁型 钢桁架的杆件分开口和闭口截面，壁厚为1．5-5mm，主要用于载荷较小的金属结构 中。
桁架按构造分类
桁架按杆件的连接方式可分为焊接桁架、铆接桁架和栓接桁架。由于焊接连接
经过几十年的工程实践和研究，已日趋完善，具有省工、省料、易于机械化和自动 化施工，而且能简化结构的构造，减轻结构质量，因此焊接连接成为金属结构中最 主要和最普遍的连接方法。铆钉连接由于制造费工、用材多、质量大，而且钉孔削 弱了构件的强度，因此，目前己被焊接连接代替。螺栓连接以其装配方便、迅速、 质量可靠的优点，被主要用于结构的安装连接。栓焊桁架是一种用焊接和高强螺栓 混合连接的桁架结构，用于制造、运输和安装【151。
2．1．2桁架的外形
桁架的外形主要根据结构的用途和受力情况而定，不同外形的桁架，其内力分
布情况及适用场合亦各不相同。桁架外形最好与其弯矩图相适应，这可使弦杆内力 在各处大致相等，采用等截面弦杆，材料能充分利用。
1．三角形桁架(如图2．3)：在三角形桁架中，弦杆所对应的力臂是由两端向中 间按直线变化递增的，其增加速度要比弯矩的增加得快，因而弦杆的内力就由两 端向中间递减。至于腹杆内力，各竖杆及斜杆的内力都是由两端向中间递增的。
故弦杆内力在两端最大，且端结点处夹角甚小，构造布置较为困难。三角形桁架 10
常用作屋架或臂架。
图2-3三角形桁架
2．抛物线形桁架：在抛物线形桁架中，竖杆的长度与弯矩一样都是
按抛物线规律变化的。各竖杆内力相同，均等于相应弦结点上的载荷。抛物线形 桁架的内力分布均匀，因而在材料使用上最为经济。但构造上有缺点，上弦杆在 每一结点处均转折而须设置接头，故构造较复杂。大跨度常用抛物线桁架。
3．平行弦桁架)：在平行弦桁架中，弦杆的力臂是一常数，故弦杆内
力与弯矩的变化规律相同，即两端小中间大。至于腹杆内力，竖杆内力与斜杆的 竖向分力各等于相应简支梁上对应节间的剪力，故他们的大小均分别由两端向中 间递减。平行弦桁架在构造上有许多优点，如所有弦杆、斜杆、竖杆长度都分别 相同，所有结点处相应各杆交角均相同等，因而利于标准化。圆管带式输送机桁 架梁由于托辊窗的标准化制造，常用成平行弦桁架形式
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普通桁架的上弦杆通常受压，上弦杆宜采用由两个不等边角钢短边相连的T形 截面(图2-6 b)。如果上弦节间内有集中载荷或均布载荷作用，为了增强上弦杆在 桁架平面内的抗弯能力，宜采用图(图2-6 c)所示的由两个不等边角钢长边相连的 T形截面，或者采用图2-6 a所示的由两个等边角钢组成的T形截面。
桁架的下弦拉杆主要由强度条件控制，选择其截面时应考虑以下要求：应满足
容许长细比的要求；上下弦杆尽可能选择同样的截面；上下弦杆都是桁架的外围杆 件，应使桁架的侧向刚度尽可能大些。
桁架的其他腹杆，宜采用两个等边角钢组成的T形截面，桁架中与垂直支承相
连的腹杆，为了构造方便和避免偏心受力，宜采用两个等边角钢组成的十字形截面 (图2-6 d)。受力较小的腹杆常采用单角钢截面。单角钢的轴线在桁架平面内时(图
2．6 e)，属于轴心受力杆件，但结点处的联结较麻烦。单角钢的一个边与节点板相连 时(图2．6 f)，构造简便，但属于偏心受力构件。
轻型桁架结构中，也可采用薄壁圆管截面(图2-6 g)和方管截面(图2-6 h)
的杆件。这种薄壁型钢截面的回转半径大，截面形状比较理想，可以节省钢材。薄 壁型钢因厚度很薄，不允许出现锈蚀，故须注意维护，并常采用抗锈蚀能力较强的 低合金钢制成
选择杆件截面的一般原则是：
1． 同一桁架中的角钢规格应尽量统一，以便于定货和下料，一般不宜超过 5~6种；
2．尽量选用边宽而薄的角钢，以增加杆件的刚度和节约钢材。但边厚一般
不小于4mm，并应尽量避免选用边宽相同而厚度不同的角钢，以防制造时混用搞 错；
3．对于跨度不大的桁架，可按内力最大的杆件选择截面，使上、下弦杆的
截面一般保持不变，这样可以减小制造工作量。当桁架的跨度较大，上、下弦杆 保持不变截面显得不够经济合理时，可根据内力大小，选择适当的结点部位来改 变上、下弦杆截面，并采用减小边宽而保持角钢厚度不变的办法，以利于结点的 拼接处理。
2．1．4节点的构造和设计
桁架杆件截面选定以后，就可以根据内力、连接方法和节点构造的要求来设计 桁架梁节点。按桁架尺寸大小和组装要求不同，节点可做成焊接的或铆接的。轻型
桁架和重型桁架节点构造也不相同。节点设计一般与绘制桁架施工图同时进行，按 杆件的相互位置和连接布置来决定节点的尺寸。节点的构造一般要满足以下要求：
1．杆件的轴线交汇于节点中心，构成桁架几何图形。
在绘制节点图时，应先画出各杆相交于节点的轴线，然后沿轴线先画弦杆轮廓
线，再画竖杆，最后画斜杆。焊接桁架以杆件重心线为杆轴线，铆接桁架以杆件上 的铆钉线为杆轴线。
2．节点板外形和型钢的剪切
节点板的尺寸由节点处的杆件宽度、夹角以及腹杆的连接焊缝长所决定。节点
板尺寸应尽量缩小，为此斜腹杆上的焊缝布置应该紧凑，铆钉用最小间距，使腹杆 端部尽量靠近节点中心。节点板应具有简单的形状，使切割次数最少，最好有两个 平行边，常用方形、矩形、平行四边形和梯形，节点板外边与杆轴线的夹角不宜小
于15。。此外，节点板不应有凹角以防止应力集中，要避免降低疲劳强度的突变形 状。
用作杆件的危钢和其他型钢的切割面通常都垂直于轴线，角钢可利用切割机进
行，而其他型钢可用摩擦锯或气割。当需要角钢一边切角时，为了有足够面积传力 和使节点紧凑，只允许切去肢边，不准留下肢边角(图2．8 c)。
3．节点板的厚度
在桁架中，节点板是连接件。在杆件的组合截面中，节点板设置在两角钢之间
的缝隙内，并与角钢的肢背和肢尖焊牢。节点板应有足够的强度，因而需要有适当 厚度以承受节点中诸杆件的内力。由于受力情况比较复杂，根据实践经验，节点板 厚度可根据桁架端部弦杆、斜杆的内力或其他腹杆中的最大内力确定。桁架端部的 14
————————————一一
弦杆和腹杆中的内力，是全靠节点板来传递的。桁架中部弦杆的内力虽然也可能很 大，但因上、下弦杆一般都是有通长的连续杆件做成的，在节点处不中断，由节点 板来传递的内力不大，故没有控制意义。
4．连接焊缝
腹杆和弦杆与节点板的连接焊缝布置应使其重心与杆轴线重合。杆端焊缝多用
两面侧焊缝，若内力较大时可用三面围焊。夹在两角钢之间的节点板可以伸出角钢 背10～15turn，以便焊接。
5．注意：
节点板的外形还应尽量使焊接缝中心受力，不出现偏心弯矩，如图2-9 a所示。 图2-9 b所示的节点板形状是不正确的，因为它恶化了焊缝的工作条件，降低了接点 的承载能力
此外，通常将斜腹杆角钢肢背放在上面，以免积垢和便于清扫。
拼接分工厂拼接和安装拼接两种。工厂拼接是由于型钢尺寸不够需要加长的情况 或因弦杆转折成一定角度而设置的，它们多用焊接和铆接方法来连接，质量较好； 圆管带式输送机金属结构受力分析与计算
安装拼接是因为桁架尺寸超过运输界限尺寸或重量超过吊装能力而设置的，需在使 用现场安装时进行拼接，现场安装拼接多用铆钉或螺栓，也可用焊接方法，但需保 证质量。设计弦杆拼接时需满足下列要求：
1 应保证拼接接头和杆件有同等强度，或按杆件内力设计；
74桁架计算_桁架计算
2 应使接头处传力平顺且无偏心；
2 2圆管带式输送机桁架梁的结构形式和设计特点
2．2 1圆管带式输送机桁架粱的外形
圆管带式输送机桁架梁的主要功能是安装托辊宙，其节距和主要外形尺寸由托 辊窗布置形式及窗体结构和尺寸决定。
第二章例管带式输送机桁架粱载荷分析与计算
图2—1l圆管带式输莲机桁架粱外形
Fig 2．11 Truss Beam shape of Pipe Belt Conveyor
图2-11所示为常用的几种圆管带式输送机桁架梁断面结构，图中a)为常用的
6托辊组，b)为间隔用3托辊组，c)为侧托辊架，d)上、下分支不同的托辊组，e) 为重叠式，f)重叠压辊式。虽然托辊的布置形式和数目有较大差别，但托辊窗体的 形式通常多为矩形，故桁架粱的结构形式多为如图2_12所示的箱形桁架梁形式。 图2—12圃管荦式输送机桁泉梁
Fig 2-12 Truss Bo叫of Pipe Belt Conveyor
2．2．2圆管带式输送机杆件的截面型式
圆管带式输送机桁架粱中要布置托辊窗，在杆件截面型式的选择时既要考虑到 圆管带式输送机金属结构受力分析与计算
托辊窗布置方便，还应便于桁架平面内节点连接和桁架平面外结构的连接，同时还 应使用钢量减少。在选择杆件的截面型式时，应考虑桁架的各类杆件在两个主轴方
向的计算长度、受力性质等具体情况。对于受压杆件，应从稳定方面考虑，并尽量
满足等稳定的要求，使压杆沿截面两个主轴方向的临界应力相等，也就是在这两个
方向的长细比相等。桁架外框的弦杆应具有较大的侧向刚度以防止在运输过程中发 生侧向弯曲。
综合以上各方面因素，圆管带式输送机桁架梁杆件截面型式常选用如图2．13所
示四种型式，图2．13 a，b所示型式适用于较大的跨度，这种截面形式的～侧角钢可 用于安装托辊窗，角钢中间设置节点板布置桁架梁竖杆、斜杆，制作工艺方便，且 具有更大的平面外抗弯性能，因此这种形式适用于较大的跨度和承受较大的风载荷。 图2—13 c，d所示两种截面型式结构简单，但节点处连接复杂，杆件布置较困难，由 于节点连接处杆件较多，常需要设置节点板，节点板与角钢用对接焊缝连接，施工 工艺较复杂，另外桁架梁结构显得有些单薄，尤其平面外的抗弯性能较弱。故本文 桁架梁计算采用由两角钢组成的T形截面形式。圆管带式输送机桁架梁其载荷分布 均匀，没有较大移动载荷，为了节省材料减少杆件种类，桁架梁上下弦杆的角钢一 般选相同型号，采用相同布置型式。
图2—13圆管带式输送机桁架梁杆件截面形式
圆管带式输送机桁架梁节点板的构造和要求与普通桁架结构相似，唯一需要注 意的是节点板布置不应影响托辊窗的布置，且节点的设计应使托辊窗布置简单，焊
接方便。故在圆管带式输送机桁架梁节点板的设计可按普通桁架节点板进行设计。 圆管带式输送机桁架梁由于其节点处要布置托辊窗。故弦杆拼接时，拼接位置 1R
第二章圆管带式输送机桁架梁载荷分析与计算
不应设置在节点处，最好设置在节间，且弦杆的拼接应离开受力大的跨中央至少l～ 2个节距。
2．3圆管带式输送机载荷分析与计算
2．3．1圆管带式输送机桁架梁载荷型式概述
关于圆管带式输送机桁架梁的载荷计算与组合，至今也没有权威性的专业论述， 可借鉴的是起重机设计中的载荷计算与组合和建筑钢结构(如桥梁工程等)设计中 的载荷计算与组合。圆管带式输送机金属结构部分本身属于输送系统的一部分，由 输送系统生产厂负责制造，因此其金属结构的设计可以参考起重机设计中有关载荷 计算与组合的相关内容；但是，起重机是可以整体运动的一种搬运设备，其金属结 构和可长期在役使用的固定于地面的圆管带式输送系统支承部分的金属结构还是有 一些区别的，因此，圆管带式输送机金属结构的设计还应符合建筑钢结构设计的某 些要求。本文在确定圆管带式输送机金属结构的载荷计算与组合中，主要参考了起 重机设计规范的相关内容，同时在一些特殊的地方，也借鉴了建筑钢结构设计中的 一些内容。
参考起重机设计规范中的相关规定，把圆管带式输送机金属结构上承受的载荷
分为常规载荷、偶然载荷、特殊载荷及其他载荷，只有在分析与这些载荷有关的各 种可能的载荷组合时，才需要区分这些载荷的不同类别，并不表示对某种载荷的亲 疏与重视与否。一般情况下，圆管带式输送机桁架梁所承受的载荷主要有桁架(包 括走台栏杆)自重载荷、输送带载荷、物料载荷、托辊窗载荷、桁架梁上工作人及 工具重量载荷、风载荷、输送带与托辊的摩擦载荷、冰雪载荷、地震载荷等。其中 桁架自重载荷、输送带载荷、托辊窗载荷、物料载荷、桁架梁上工作人及工具重量 载荷、输送带与托辊的摩擦载荷等载荷可归为常规载荷；风载荷、冰雪载荷、地震 载荷等可归为偶然载荷。
圆管带式输送机桁架梁所承受的上述载荷中的绝大多数都以均布载荷的形式作
用于桁架梁上，为方便桁架梁节点作用载荷计算，将上述作用载荷的计算结果单位 统一归纳为单位长度载荷值(N／m或KN／m)。
2．3．2常规载荷
按起重机设计规范相关规定，常规载荷是指在圆管带式输送机正常工作时经常
发生的载荷，包括由重力产生的载荷、输送带与托辊的摩擦载荷等，在防屈服、防 弹性失稳及在有必要时进行的防疲劳失效等验算中，应考虑这类载荷。
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按建筑钢结构设计规范规定，这部分载荷可归类为永久载荷n叼(亦称恒载，它
是在设计使用期内，其作用位置和大小、方向不随时间变化，或其变化与平均值相
比可忽略不计的荷载)。圆管带式输送机桁架梁结构上所承受的桁架梁自重、输送带 自重、托辊窗自重、物料自重及附属设备等自重都可归纳为永久载荷。
2．3．2．1桁架梁自重载荷q，(KN／m)
桁架梁自重载荷是指输送机的桁架梁结构组成(包括上下弦杆、竖斜腹杆、节
点板、焊缝等)以及附设在桁架梁上的走台、栏杆、防雨等设备的自重。结构自重 在总应力中所占的应力比重很大，合理地确定结构自重是很重要的。
根据设计经验，可以采用以下几种自重计算或估算的方法：
1．根据桁架梁结构形式和型钢尺寸计算自重，这种方法数据准确，但只能在初 步设计之后使用；
2．参照已有的类似桁架梁结构来确定重量，这种方法比较符合实际而可靠；
2．3．2．2输送带的自重载荷q。(KN／m)
1． 圆管带式输送机输送带设计选型要求
输送带最初是由传送带发展而来的，早在1795年就已被发现，但它是帆布带。
1858年出现了增强骨架，1868年又出现了两层骨架的橡胶输送带，1982年才解决了 橡胶输送带成槽能力，后来又发明了合成纤维，将棉与尼龙或聚酯纱合捻作经线， 提高了输送带的成槽性和强度。随后又发明了阻燃带和钢丝绳带。20世纪70年代又 出现了芳纶带，使超长距离输送成为可能。输送带的寿命由输送的物料和使用条件 决定。
普通输送带的选型由输送截面几何形状如槽形、圆形等和要输送的物料、使用 的条件等决定。其特性需满足如下基本条件：
1)要有足够的抗张强度和弹性模量，最大负荷下产生的运转伸长率；
2)要有良好的负荷支撑，圆管输送带有足够的宽度，以满足运输物料时所需要 的体积；
3)柔性要好，纵向绕过滚筒小半径转弯和横向成圆形时要柔软；
4)尺寸稳定性好，使运转平稳；
5)承载面的覆盖胶要能承受加料时的冲击，非工作面的覆盖胶要耐磨；
6)带芯和带层之间有足够的黏合力，不脱层；
7)耐撕裂性好和耐老化时间长；
8)用冷粘法和硫化法使带能接合成环形；
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9)强度和宽度要满足各行各业的需要：
10)在煤矿井下及其他有煤尘和瓦斯爆炸危险的工作场合，应采用阻燃输送带；
11)大运量、高速度、长距离的输送机宜采用钢丝绳芯输送带或芳纶带；
圆管带式输送机脱胎于普通带式输送机，其输送带既要满足普通输送带的很多
特性要求，同时还应满足自身的特殊要求，因此圆管带式输送机输送带是一种有别 于普通输送带的专用输送带，其产品性能需满足如下要求：
1)为使输送带运行时能很容易的形成和保持圆管状，圆管带本身应具有适当的 可塑性和横向刚性，以实现良好的管状保持性和密封性。
2)圆管带本体应具有良好的弹性和纵向柔韧性，使带能反复、长期地经受剧烈 的弯曲和收缩。
3)圆管带应具有优良的物理力学性能以适应环境的要求。圆管带运输物料时，
其带体拉伸，覆盖胶长期受日光照射及风吹雨淋。因此，要求外覆盖胶具有较高的 耐热、耐臭氧、耐紫外线、耐曲挠龟裂等性能，而内覆盖胶则具有优良的耐磨性能。
4)圆管带的选择还应考虑其空间转弯的弯曲半径，如选刚度大的圆管带，设计 时必须采用较大的半径转弯。
2．圆管带式输送机输送管径和输送带带宽计算
输送带两边的搭接长度推荐为管径的1／2左右，则带宽与管径的关系为：
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2．3．2．3托辊窗自重载荷qr(KN／m)
1．托辊窗的类型可参考2．2．1节所述，在此不再详述。
2．托辊窗自重载荷计算
托辊窗自重载荷与托辊窗中托辊重量、个数、尺寸及托辊窗形式有关。
托辊重量按选取托辊形式选择其重量。
托辊窗窗体可由角钢拼接成外框架，中间焊上一块钢板，钢板中掏出两个比输
送带直径大一定幅度的输送带通过的孔，将托辊安装钢板上；或只在安装托辊的位
置上焊接钢板，可减轻托辊窗重量，但浪费材料。可用一整块钢板，边缘向内折， 加强钢板稳定性，此方法可节省角钢，降低成本。
托辊窗的自重载荷计算时将托辊载荷及托辊窗重量相加即可。
2．3．2．3物料载荷qG(KN／m)
圆管带式输送机在输送过程中，物料完全被输送带封闭，不洒落、不飞扬、不
泄露，是一种可优先选取的散装物料输送机。圆管带式输送机一般输送散料，散料 的主要特性有：粒度、堆积密度及堆积重度、堆积角、磨琢性、粘性和温度等。散 V
故在计算物料载荷时按载荷均匀分布在管带内
(2—3)
式中：gG——单位长度被输送物料质量，kg／m
1 V——体积输送量，m3／s
P——物料堆积密度，kg／m3
V——带速，m／s
一般情况下，走台的宽度为500一--1000mm，考虑到圆管带式输送机的具体使用情 况和保证安全使用的要求，拟定以1人／m的密度考虑桁架的工作人数，工作人自重 载荷约为(0．7～0．8)l(N，因此q。=(O．7～0．8)KN／m。
另外，圆管带式输送机在役使用中，走台上还可能因修理工作而放置一些工具 和零部件，此载荷是一个可能移动的集中载荷，一般按业主要求约为3KN。
2．3．3偶然载荷
2．3．3．1偶然载荷定义
按起重机设计规范相关规定，偶然载荷是指在圆管带式输送机正常工作时不经
常发生而只是偶然出现的载荷，包括风、雪(冰)、温度载荷、桁架梁上工作人及工 具自重载荷、由驱动机构或制动器的作用使圆管带式输送机起(制)动而产生的惯 性载荷等。在防疲劳失效等计算中通常不考虑这类载荷。
按建筑钢结构设计规范规定，这部分载荷可归类为可变载荷，可变载荷是指在
设计使用期内随时间变化、且其变化不可忽略的荷载；可变载荷又分为基本可变载 荷(活载)和其他可变载荷。圆管带式输送机桁架梁上工作人及工具自重载荷、由 驱动机构或制动器的作用使圆管带式输送机起(制)动而产生的惯性载荷等属于基 本可变载荷(活载)，其他上述载荷属于其他可变载荷。
2．3．3．2风载荷P
2．3．3．2．1概述
风载荷是一种主要的自然载荷。凡在露天工作的机器设备都会受到风载荷的作 用，经常建在露天的圆管带式输送机金属结构也不例外。
风载荷是一种动力载荷，比较稳定的风可视为静力作用，瞬时的阵风在不同时期 是无规则变化的，它对结构产生动力作用，强大的阵风对结构影响很大，所以计算 结构时除考虑风的静力作用外还需考虑动力作用。对刚度较大的非高耸结构，风的
动力影响很小，只计算风的静力作用，高耸结构还应计算动力作用昭¨。圆管带式输
送机桁架梁虽然有时布置高度较大，但由于桁架梁本身水平方向刚度较大，且水平 方向机身连接尺度较大，故可只考虑风载荷静力作用。
风载荷基本上可视为水平载荷，作用在金属结构上的风载荷大小与风压、迎风面 积等因素有关，由于不同地区风压值不同，因此，工作在不同地区的圆管带式输送 机风载荷也不相同，设计时应根据设备使用当地气象资料或相关设计规范来确定风
压和风载荷。
2．3．3．2．2风载荷计算
作用在结构上的风载荷不仅与风压、高度有关，而且也与受风物体的形状和尺 寸与关。结构物所受的风压力与理论风压的比值称为风载体型系数C(也叫风力系 数)。圆管带式输送机由于其机身(桁架梁)中还有卷成管状的输送带通过，增大了 桁架梁受风面积，故加大了作用在其桁架梁上的风载荷。
结构上的风载荷由下式决定：
2．计算风压
1．起重机设计规范规定：对于露天工作的机器设备应考虑风载荷作用，并假设风 载荷是沿最不利的水平方向作用的静力载荷，计算风压值按不同类型机型及其工作 地区选取。作用在单位面积上的风力称为风压，依风速而定。计算风压与风速的关 系可用下式表达‘22|：
它适用于我国广大地区，我国的标准计算风压是按空旷地区离地面10米高度处
的风速确定的。各地风速不同，求得的风压也不同。起重机设计规范按内陆、沿海 等区域以及工作状态和非工作状态将计算风压分级，见表2．2。
由于圆管带式输送机建成投入使用后将作为一个固定设备长时间在役使用，不 能象起重机那样区分具体的工作状态和非工作状态，因此圆管带式输送机金属结构 的计算风压不能简单的按起重机设计规范执行。
2． 《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)规定
在中国地域内按重现期分别为10年、50年、100年规定雪压和风压值，见表2．3， 其他重现期的雪压和风压值可按相应计算公式计算。
圆管带式输送机作为固定设备长时间在役使用，其金属结构上承受的风压值按
《公路桥涵设计通用规范》(以下简称通规)相关规定选用更合理一些，因此本文计 算风压按通规规定选取。一般情况下，圆管带式输送机使用业主通常都会提出30--- 50年的重现期要求，按此条件下具体对应不同地区的风压值基本上与起重机设计规 范所规定的内陆地区非工作状态下的风压值接近。
风速是随距地面的高度增加而增加的，故风压也是随离地面高度增加而增加的。
风速随高度的变化规律主要取决于地面的粗糙程度。但当离地面450m以上时，风速 即不受地面粗糙程度的影响，风压高度变化系数为常数。
地面粗糙度是指风在到达结构物以前吹越过2km范围内的地面时，描述该地面上
不规则障碍物分布状况的等级。通规将地面粗糙度分为A、B、C、D四类乜引。 A类——指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；
B类——指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋臂架稀疏的乡镇和城市郊区； C类——指有密集建筑群的城市市区；
D类——指有密集建筑群且房屋较高的城市市区；
风压高度变化系数可查表2．4．
2．3．3．2．5风力系数：
风力系数由实验决定，依结构迎风面的尺寸和充实系数而不同，按现有资料可取 为：
对型钢构成的平面桁架C=I．6～1．7；由于圆管带式输送机桁架梁结构其中有输送 带通过，增加了其结构的特殊性，其取值要比普通桁架结构偏大。
2．3．3．2．6迎风面积的计算：
结构和物品的迎风面积是它们的轮廓在垂直于风向平面上的投影面积。单片结构 的迎风面积用下式决定：
74桁架计算_桁架计算
—结构的充实系数，即构件的迎风面积与结构的轮廓面积之比型钢
制成的桁架由=O．3-0．6
对两片或两片以上彼此平行的结构，其迎风面积互相重叠时，后面未被挡住的部 分仍按上式计算，第二片和以后诸片被前面结构遮挡的迎风面积应减小，计算时用 下表(表2．5)的迎风面积折减系数n来考虑。
表2．5迎风面积折减系数
Table 2．5 Reduct ion Factot of Frontal Area 0．46
后片结构的折减系数按前片结构的充实系数巾。和间隔比b。／h来决定。
两片并列的等高结构，若结构型式不同，则迎风面积为
A=r／lAI+r／24 (2—7)
式中AJ：咖，A，广一前片结构的迎风面积
Az=咖，A，广-后片结构的迎风面积
r／1=1
刀：——按前片结构的巾。和间隔比b。／h由表2—2查得的后片结构的折减 系数
圆管带式输送机桁架梁中管状输送带，引起的风载荷比普通桁架梁引起的风载 荷要大，故风载荷是桁架梁计算时主要考虑的载荷形式。
2．3．3．3冰雪载荷gⅣ
1．起重机设计规定
冰雪载荷也是一种自然载荷，根据我国地理气候条件决定。在寒冷地区露天工
作的机器依所在地区的积雪并考虑分布不均情况，可取水平面雪压为500’1000N／m2 计算，其中大值用于东北和新疆的北半部，中小值用于华东、华中地区，我国其余 地区的雪压约为200N／m2。
圆管带式输送机金属结构受力分析与计算
在低温下会出现冰冻，结构上结冰厚度可达l～1．2厘米，冰的比重为0．9，冰
重即能算出心纠。
2．通规规定
通规关于冰雪载荷的计算见表2—2。根据通规的相关规定，冰雪载荷属于其他可
变载荷类型，一般情况下冰雪载荷和桁架梁上工作人及工具自重载荷两者取其较大 者考虑一项即可。
一般情况下，圆管带式输送机桁架梁都带有左右对称的走台，冰雪载荷主要是
由桁架梁水平面和走台上堆积冰雪产生。由于走台相对于桁架梁对称布置，故左右 走台堆积的冰雪载荷产生的扭矩相互抵消，计算时只需考虑堆积在走台上的冰雪在 垂直方向产生的载荷。
2．3．3．4温度变化引起的载荷g∥
钢结构设计手册中规定：当露天结构的温度区段长度(伸缩缝间距)不大于120m
时，一般可不考虑温度应力和温度变形的影响，反之，就要考虑温度对金属结构造 成的不利影响(跨度方向)。
圆管带式输送机金属结构多为露天结构，且桁架梁单跨跨度一般多为10,---40 m，
每相邻两段桁架梁之间通常设计为断开形式(从满足工艺路线布置和施工等方面考
虑)，设计时还在梁端和立柱连接部分设置10～40mE的长孔间隙(沿梁长方向)以利
桁架梁变形伸缩。另外，圆管带式输送机立柱部分设计时，大约120m左右即要考虑 采用布置两个双支柱的形式断开，以减小由于气候温度变化对圆管带式输送机金属 结构部分产生的温度载荷。综上所述，圆管带式输送机金属结构部分通常在设计时
都不考虑由于温度变化引起的载荷。
2．3．3．5输送带与托辊的摩擦载荷qF
圆管带式输送机正常工作时，输送带与托辊接触产生摩擦载荷，在此载荷作用
下，托辊发生转动，因此，此摩擦载荷只有很少的部分作用于托辊窗体，一般忽略 不计。
2．3．3．6桁架梁上工作人及工具自重载荷qR(KN／m)
圆管带式输送机安装和在役使用过程中，应允许相关人员(工作人或其他等)
登机工作，但所允许工作人数目很难确定；按建筑设计规范规定：设计公路桥涵时 的人群荷载一般为3l(N／m2，按此确定圆管带式输送机走台上的人群载荷偏大；
2．3．4特殊载荷
特殊载荷是指在圆管带式输送机非正常工作时才发生的载荷，包括地震载荷。
2．3．5载荷组合
对上述载荷进行载荷组合。上述载荷形式并非同时作用，上述三种载荷并非同
时作用，它们发生的几率也各不相同。因此，输送机桁架梁的设计应根据结构的特 性，考虑它们同时作用的可能性，进行适当组合。载荷主要有桁架(包括走台栏杆) 自重载荷、输送带载荷、物料载荷、托辊窗载荷、桁架梁上工作人及工具重量载荷、 风载荷、输送带与托辊的摩擦载荷、冰雪载荷、地震载荷等。
1．考虑桁架(包括走台栏杆)自重载荷、输送带载荷、物料载荷、托辊窗载荷 和风载荷。
2．考虑桁架(包括走台栏杆)自重载荷、输送带载荷、物料载荷、托辊窗载荷、 桁架梁上工作人及工具重量载荷和风载荷。
3．考虑桁架(包括走台栏杆)自重载荷、输送带载荷、物料载荷、托辊窗载荷、 29
圆管带式输送机金属结构受力分析与计算
桁架梁上工作人及工具重量载荷、风载荷、输送带冰雪载荷、地震载荷与托辊的摩 擦载荷。
4．考虑桁架(包括走台栏杆)自重载荷、输送带载荷、物料载荷、托辊窗载荷、
风载荷、输送带与托辊的摩擦载荷、冰雪载荷、地震载荷等。
本文采用组合2对圆管带式输送机桁架梁进行载荷内力、强度、刚度计算。
2．4桁架梁内力计算
2．4．1概述
由于圆管带式输送机桁架梁的形式主要由托辊窗形式决定，故对上一节所提到
的六种托辊窗组成的桁架梁进行分析得知，对于本文提到的六种托辊窗形式，为了 简化计算，均可简化为图2-12所示的平行弦桁架梁形式。
圆管带式输送机桁架梁是如图2．12所示的空间桁架梁，在工程实际中通常为了 简化计算，将空间桁架梁按载荷作用方向不同分别在各作用方向内分解成两片独立 的桁架进行计算如图2．14，这种简化方式的计算结果偏于安全，也能满足工程实际 的要求。
圆管带式输送机桁架梁中，托辊窗布置在桁架梁节点处，输送带和物料重量由
托辊窗支承，两托辊窗间距中物料与输送带载荷均分在两个托辊窗上，再通过托辊 窗将载荷传递给桁架梁。在建立模型时，将桁架梁自重载荷、节点处托辊窗载荷、 输送带自重和物料载荷等均布载荷，按节距长度考虑，统一视为集中载荷作用于桁 架梁节点处。
2．4．2计算假设
为了简化桁架的计算，工程实际中采用以下几个假设：
1．桁架中各个杆件都是直线型的；
2．各个杆件直接用光滑的铰链连接；
3．桁架所受的力(载荷)都作用在节点上，而且在桁架面内；
4．桁架杆件的重量平均分配在杆件两端支座的铰接点上。
实际的桁架，当然与上述假设有差别，如桁架的节点不一定是铰接的，杆件的 中心线也不可能是绝对直线型的。但在工程实际中，上述假设能够简化计算，而且 所得的结果能够满足工程实际的要求。根据这些假设，桁架的杆件都看成为二力杆。 因此各杆件所受的力必须沿着杆的方向，只受拉力或压力【2刀。
逐一计算桁架梁各杆件内力，为了计算方便，先做如下定义：
1．桁架梁的上弦杆内力定义为Niu，第一个节距内上弦杆内力为Nlu，以此类 推。
2．桁架梁的下弦杆内力定义为NiD，第一个节距内下弦杆内力为NlD，以此类 推。
3．桁架梁的斜杆内力定义为Ni，第一个节距内斜杆内力为Nl，以此类推。
4．桁架梁的竖杆内力定义为Nm，第一个节距内竖杆内力为NlH，以此类推。 L
2．4．3特殊节点介绍
在桁架中常有一些特殊形状的节点，掌握了这些特殊节点的平衡规律，可给计 算带来很大的方便。先列举几种特殊形状的节点如下【28】：
1．L形结点或称两杆结点，当结点上无载荷时两杆内力皆为零。fl
2．T形结点这是三杆汇交的结点而其中两杆在一直线上，当结点上无载荷时， 第三杆必受力为0，而共线两杆内力相等且符号相同(即同为拉力或同为压力)，如
3．x形结点这是四杆交于一点，且两两共线，当结点上无载荷时，则共线两 杆内力相等且符号相同，如图2—16 C所示。推论，若将其中任一杆件换为力P，则与 P在同～直线上的杆件的内力大小为P，性质与P相同【2811291。
2．4．4载荷加载型式
圆管带式输送机桁架梁中输送带及物料是作用在桁架梁中间的载荷，对载荷的 加载形式有不同的作用在节点处时有几种不同的加载型式，a)全部载荷作用在上弦
杆的节点处，b)全部载荷作用在下弦杆的节点处，c)全部载荷平均作用在上下弦 杆的节点处，d)考虑有部分可移动集中载荷加载在个别特殊的节点上。一般情况下， 各节点处的载荷可按等值处理。
2．4．5内力计算
对图2．17所示平行弦简支桁架梁，受均布载荷，无集中载荷，因为桁架梁为对 称结构，从桁架中间，用截面将其截开，分析右面一部分。
在工程实际中，为了计算方便和节省材料，桁架节距是几个固定可选的整数，
一般不可能是桁架梁总长L与节距个数11的比值，故桁架梁两头的节距多跟其他节 距不同，故在计算时，将两头节距定义为，1，其他节距定义为，。
因为桁架梁为对称结构，且载荷为对称载荷，故处于对称位置的两根杆具有相
同的轴力，也就是说，桁架中的内力也是对称分布的。因此只需计算半边桁架的轴
力。从桁架中间，用截面将其截开，分析右面一部分。用图示截面把桁架从1结点 截开得受力图，
二 : 考试大整理静定桁架的内力计算自测题
9.静定桁架的内力计算自测题 来源：三 : 一级建造师:1A411025静定桁架的内力计算
1a411025 静定桁架的内力计算
尽管实际桁架构造各异，在计算其杆件内力时，仍可以根据同一假定而得出计算简图。见图1a411025-1，先进行如下假设：
1)桁架的节点是铰接；
2)每个杆件的轴线是直线，并通过铰的中心；
3)荷载及支座反力都作用在节点上。
根据上述假设，桁架中每个杆件所受的力都作用于杆的两端，通过铰中心，称为二力杆，即各杆所受的力均沿杆的轴线作用，称为轴力。轴力分为拉力和压力两种。
若桁架处于平衡，则它的任意一个局部，包括节点、杆，以及用假想截面截出的任意局部都必须是平衡的。桁架的内力计算，实质上是对隔离体根据静力学的平衡条件来进行的计算，由于选取的隔离体的形式不同，内力计算的方法又分为节点法和截面法。
(2)节点法
节点法是截取每个节点为隔离体(平衡对象)，逐个考虑其受力和平衡，从而求出全部杆件的受力的方法。由于各节点受力均为平面汇交力系，所以可运用平面汇交力系的两个平衡方程，求出各杆件的内力。
例题：对图1a411025-1(a)中的屋架，求各杆件内力。
解：
截取节点的次序是保证每个节点只有两个未知力。当轴力是未知时，先假定它是拉力，如计算结果是正值，表明实际的轴力是拉力，如是负值，表明实际的轴力是压力。
(3)截面法
截面法是求桁架杆件内力的另一种方法，应用这种计算方法的要点是：适当地选取一假想截面，将桁架截为两部分，取其中任一部分作为平衡对象，利用平面力系的三个平衡方程式，求出被截杆件的内力。相对于节点法，截面法对于只需要求解部分杆件内力而不是全部时，显得更为简便。
四 : STS桁架计算
一建立工作目录五 : 桁架力学计算
机栈桥 外伸梁，左端距支点A为M,右端距支点B为N,AB间距离 为L
机栈桥 外伸梁，左端距支点A为M,右端距支点B为N,AB间距离为L
本文标题：桁架计算-74桁架计算61阅读| 精彩专题| 最新文章| 热门文章| 苏ICP备13036349号-1