一种钢-混凝土组合式塔机平衡臂及其塔机的制作方法

1.本发明属于塔机结构领域，具体涉及一种钢-混凝土组合式塔机平衡臂及其塔机。


背景技术：

2.塔机臂架包括起重臂和平衡臂两个组成部分，起重臂用来起吊重物，平衡臂用来平衡塔机起吊重物时所产生的倾覆弯矩。通常起重臂具有多种的臂长组合，而平衡臂只有一种臂长组合。不同臂长的起重臂所产生的倾覆弯矩不同，平衡臂所需配置的平衡重也不同，起重臂越长所产生的倾覆弯矩越大，平衡臂所需配置的平衡重越重。平衡重通常以钢筋混凝土配重块6的形式安置在平衡臂尾部，配重块6的规格一般2到3种，根据起重臂的长短，平衡臂所需安装配重块6的数量大约在3-8块之间。安装塔机臂架一般先安装平衡臂，再吊装1块配重块6至平衡臂，然后再安装起重臂总成，最后将剩余的配重块6吊至平衡臂。
3.在塔机的使用过程中，平衡臂主要承受起升与回转两个平面的荷载作用，起升平面包括结构自重，配重块6、起升机构以及非结构部件的重力荷载，回转平面包括回转惯性力和风荷载，起升平面的荷载在平衡臂结构设计中起控制作用。
4.如图1和图2所示，平衡臂结构主要包括片式臂架1和斜拉杆2，一些大型塔机还设有钢桁架臂节5。片式臂架1和拉杆2组成斜拉式结构体系。片式臂架1包括两条相互平行的主肢11，主肢11之间焊有横梁12将其分割成不同大小的隔区，靠近臂尾的隔区用于安置配重块6。由于拉杆2的存在，导致吊点两侧的主肢11受力有很大的不同，位于悬挑段的主肢11主要承受剪力和弯矩，而简支段的主肢11则主要承受轴力和弯矩。现有塔机平衡臂结构主要存在以下问题：
5.1、所有平衡重均位于片式臂架1的悬挑段，导致吊点外侧的主肢11承受非常大的剪力和弯矩，而吊点内侧的主肢11则承受非常大的轴力和弯矩，为了保证主肢11的强度和平面外稳定性，必须采用截面较大的主肢11或对吊点附近的主肢11进行加强处理，并在吊点内侧的主肢11之间设置足够的水平缀条。
6.2、所有钢筋混凝土配重块6均未参与结构受力，仅仅起到了平衡重的作用，其材料强度没有得到充分利用；
7.3、所配置的钢筋混凝土配重块6均为可拆式的平衡重，且由于数量较多，不利于平衡重的制作、运输、安装与拆卸。
8.4、为保证安装和检修安全，片式臂架1需设置较长人行通道。
9.因此，需要一种新的技术方案以解决现有技术中所存在的上述问题。


技术实现要素：

10.为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种钢-混凝土组合式塔机平衡臂，不仅结构受力合理，而且还能够充分发挥平衡重的材料强度。此外，固定式平衡重的使用既减少人行通道的设置，也减少了可拆式平衡重的数量，因此更便于塔机平衡重的制作、运输、安装与拆卸。
11.本发明采用了以下技术方案：
12.一种钢-混凝土组合式塔机平衡臂，包括片式臂架、拉杆、固定式平衡重和可拆式平衡重；
13.所述片式臂架与拉杆铰接形成斜拉式结构体系，所述片式臂架经铰接点处分为简支段和悬挑段；
14.所述片式臂架包括两条平行设置的主肢和若干横梁，所述横梁的两端分别与两所述主肢固定；各所述横梁将两所述主肢之间的区域划分为若干隔区；
15.所述固定式平衡重以钢筋混凝土板的形式至少部分设置在处于所述简支段内的隔区中；
16.所述钢筋混凝土板与所述片式臂架通过抗剪连接件连接在一起，以形成钢-混凝土组合式片式臂架；
17.所述可拆式平衡重以钢筋混凝土块的形式设置在处于所述悬挑段内的隔区中。
18.在一些实施例中，所述片式臂架还包括设置两主肢之间的上缀条和下缀条，所述上缀条和下缀条位于所述简支段内的除布置有钢筋混凝土板以外的隔区中。
19.在一些实施例中，所述钢筋混凝土板内设有上、下两道钢筋网，且钢筋网的端部与所述主肢和相邻的横梁焊接固定。
20.在一些实施例中，所述主肢为h型钢，所述横梁为槽钢，且在设有所述固定式平衡重的隔区的所述槽钢的开口均朝向所述钢筋混凝土板的一侧。
21.在一些实施例中，所述抗剪连接件与所述主肢的内壁固定。
22.在一些实施例中，所述钢筋混凝土板的上、下表面分别与所述主肢的上、下表面齐平。
23.在一些实施例中，还包括桁架臂节，所述桁架臂节与所述片式臂架、所述拉杆靠近所述简支段的末端连接。
24.在一些实施例中，所述钢筋混凝土板的长度d可通过以下公式进行计算：
[0025][0026]
式中，m为平衡臂所需的总平衡弯矩，mc为可拆式平衡重产生的平衡弯矩，ms为塔机平衡臂除去固定式平衡重和可拆式平衡重后所产生的平衡弯矩，b为所述主肢腹板之间的宽度，hg为所述主肢的截面高度，g为重力常数，x为所述可拆式平衡重内边至塔机回转中心之间的距离，γ为钢筋混凝土结构的密度。
[0027]
一种塔机，包括如上所述的钢-混凝土组合式塔机平衡臂。
[0028]
本发明将塔机平衡臂中的一部分平衡重由片式臂架的悬臂段移至简支段，并且以钢筋混凝土板的形式浇筑在片式臂架简支段的隔区中，通过抗剪连接件使其与片式臂架的两主肢协同受力，从而形成钢-混凝土组合式塔机平衡臂，与现有技术相比具有以下有益效果：
[0029]
1、降低了位于悬挑段的平衡重的重量，不仅减小了片式臂架悬挑段的弯矩和剪力，还减小了片式臂架简支段的弯矩，因此可降低片式臂架两主肢的用钢量。
[0030]
2、钢筋混凝土板的存在，不仅使拉杆吊点两侧片式臂架的截面承载力明显提高，
从而可进一步降低片式臂架两主肢的用钢量；还解决了简支段两主肢的平面外失稳问题，从而可减少两主肢之间缀条的使用，因此可进一步减少片式臂架的用钢量。
[0031]
3、由于固定式平衡重在制作时无需单独支设模板(可利用主肢作为模板)，且减少了塔机可拆式平衡重的数量，因此更有利于平衡重的制作、运输和装拆。
[0032]
4、由于固定式平衡重是以钢筋混凝土板的形式浇筑在片式臂架的简支段，其上部完全可以作为人行通道，从而减少了人行通道的搭设。
附图说明
[0033]
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术作进一步地详细说明：
[0034]
图1是现有技术的平衡臂的结构示意图；
[0035]
图2是现有技术的具有桁架臂节的平衡臂的结构示意图；
[0036]
图3是本发明的钢-混凝土组合式塔机平衡臂的结构示意图；
[0037]
图4是本发明的片式臂架的结构示意图；
[0038]
图5是图4中c处的放大视图；
[0039]
图6是本发明的桁架臂节结构示意图。
[0040]
附图标记：
[0041]
1-片式臂架；11-主肢；12-横梁；131-第一隔区；132-第二隔区；133-第三隔区；14-上缀条；15-下缀条；16-抗剪连接件；
[0042]
2-拉杆；
[0043]
3-固定式平衡重；31-钢筋网；
[0044]
4-可拆式平衡重；
[0045]
5-桁架臂节；
[0046]
6-配重块。
具体实施方式
[0047]
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。附图中各处使用的相同的附图标记指示相同或相似的部分。
[0048]
需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。
[0049]
参照图3至图6，一种钢-混凝土组合式塔机平衡臂，包括片式臂架1、拉杆2、固定式平衡重3和可拆式平衡重4。
[0050]
所述片式臂架1与拉杆2铰接形成斜拉式结构体系，所述片式臂架1经铰接点处分为简支段a和悬挑段b。其中，所述片式臂架1包括两条平行设置的主肢11和若干横梁12，所述横梁12的两端分别与两所述主肢11固定，具体是焊接固定，各个横梁12是相互平行且在同一水平面上。各所述横梁12将两所述主肢11之间的区域划分为若干隔区。在一个实施例
中，横梁12共有4个，位于外侧的两个横梁12与主肢11的末端固定从而形成一个长方形的结构，位于中间的两个横梁12则将整个主肢11总共划分为三个隔区，为方便说明，沿由简支段a向悬挑段b的方向，三个隔区分别为第一隔区131、第二隔区132和第三隔区133，片式臂架1与拉杆2的铰接点位于第二隔区132中，则第一隔区131和部分第二隔区132位于简支段a，第三隔区133和其余的部分第二隔区132位于悬挑段b。
[0051]
其中，所述固定式平衡重3以钢筋混凝土板的形式至少部分设置在处于所述简支段a内的隔区中。即钢筋混凝土板可以全部处于简支段a内的隔区中(即上述的第一隔区131和部分第二隔区132)，也可以是钢筋混凝土板的一部分位于简支段a内的隔区中，另一部分在悬挑段的隔区中(即第三隔区133和其余的部分第二隔区132)。由于固定式平衡重3是以钢筋混凝土板的形式浇筑在片式臂架1的简支段a，其上部完全可以作为人行通道，从而减少了人行通道的搭设。
[0052]
所述钢筋混凝土板与所述片式臂架1通过抗剪连接件16连接在一起，具体是浇筑在一起，以形成钢-混凝土组合式片式臂架1。通过将钢筋混凝土板与片式臂架1浇筑形成一体，二者共同受力，使得钢筋混凝土本也作为平衡臂的受力结构，充分发挥其材料强度，而不单纯地起到配重6作用，不仅使拉杆2吊点两侧片式臂架1的截面承载力明显提高，从而可进一步降低片式臂架1两主肢11的用钢量。并且，由于钢筋混凝土板的至少部分位于简支段，还解决了简支段两主肢11的平面外失稳问题，从而可减少两主肢11之间缀条的使用，因此可进一步减少片式臂架1的用钢。
[0053]
所述可拆式平衡重4以钢筋混凝土块的形式设置在处于所述悬挑段b内的隔区中，钢筋混凝土块的两侧设有凸柱，通过两侧的凸柱架在两主肢上，对应的，两主肢上设有齿状的定位块。各钢筋混凝土块的重量可设置相同，也可设置不同，钢筋混凝土块的可根据实际的需要增加数量和重量，进行调节。
[0054]
基于上述的结构，本发明的钢-混凝土组合式塔机平衡臂中，将部分的平衡重设置为固定式平衡中，以钢筋混凝土板的方式浇筑在片式臂架1上，一方面起到平衡配重6的作用，另一方面，其与片式臂架1成为一体，形成钢-混凝土组合结构，充分发挥钢-混凝土组合结构的优点，大幅提高臂架的强度、刚度和稳定性，从而在相同的平衡臂的结构强度下，本发明的钢-混凝土组合式平衡臂的这种设置方式可以减少臂架的用钢量。并且固定式平衡重3至少部分位于简支段的隔区中，降低了悬挑段的平衡重的重量，使得悬挑段的主肢11所受的弯矩和剪力得以降低，在相同重量的结构强度下，可以降低了臂架两条主肢11的用钢量。
[0055]
在一个实施例中，所述片式臂架1还包括设置两主肢11之间的上缀条14和下缀条15，所述上缀条14和下缀条15位于所述简支段a内的除布置有钢筋混凝土板以外的隔区中。缀条起到加强两个主肢11之间的连接强度。在传统的片式臂架1的结构中，两主肢11之间的大部分区域都需要设置缀条，用钢量巨大，而本发明的方案中，则由于将固定式平衡重3设置为钢筋混凝土板结构浇筑在主肢11之间，从而能够替代了大部分的缀条，大大减小了缀条的用钢量。
[0056]
具体地，所述钢筋混凝土板内设有上、下两道钢筋网31，以确保钢筋混凝土板的强度，且钢筋网31的端部与所述主肢11和相邻的横梁12焊接固定，确保钢筋混凝土板与主肢11直接连接牢固，能够一同作为受力结构。
[0057]
其中，所述主肢11为h型钢，所述横梁12为槽钢，且在设有所述固定式平衡重3的隔区的所述槽钢的开口均朝向所述钢筋混凝土板的一侧，以使得在进行钢筋混凝土板浇筑时，钢筋混凝土结构板可以进入到槽钢的开口内固定，形成抗剪节点。
[0058]
在一个实施例中，所述抗剪连接件16与所述主肢11的内壁固定，以确保能够钢筋混凝土板和主肢11之间连接牢固，具体地，抗剪连接件16为栓钉，其与主肢11的内壁焊接固定。
[0059]
优选地，所述钢筋混凝土板的上、下表面分别与所述主肢11的上、下表面齐平，在这种结构要求下，浇筑钢筋混凝土板时，可以以主肢11作为钢筋混凝土板的模板，从而减少搭模，施工更加方便，同时也有利于确保钢筋混凝土板的浇筑质量。
[0060]
在一个实施例中，本发明的钢-混凝土组合式塔机平衡臂还包括桁架臂节5，所述桁架臂节5与所述片式臂架1、所述拉杆2靠近所述简支段a的末端连接，具体连接可参照常规技术，例如图2的连接方式，本发明的改进不再于此，在此不再赘述。桁架臂节5具体为钢桁架臂，桁架臂节5可以增长平衡臂的长度，进而可以使起重臂能够吊更重的重量。
[0061]
其中，所述钢筋混凝土板的长度d可通过以下公式进行计算：
[0062][0063]
式中，m为平衡臂所需的总平衡弯矩，mc为可拆式平衡重产生的平衡弯矩，ms为塔机平衡臂除去固定式平衡重和可拆式平衡重后所产生的平衡弯矩，b为所述主肢腹板之间的宽度，hg为所述主肢的截面高度，g为重力常数，x为所述可拆式平衡重内边至塔机回转中心之间的距离，γ为钢筋混凝土结构的密度。
[0064]
以下举例对上述公式进行说明：
[0065]
以某公司qtp125(6513a)平头式塔机为例，采用65m臂长时，平衡臂需配置6块配重块6，配重块6包含三种规格，其重量分别为0.8t，1.5t和2.9t，尺寸分别为1397*1024*380，2620*1024*380和3170*1024*380。
[0066]
该塔机平衡臂所需提供的总平衡弯矩m＝2520kn
·
m，第一隔区131内可拆式平衡重44产生的平衡弯矩mc＝1860kn
·
m，平衡臂结构(不含固端式平衡重)、安装在平衡臂上的起升机构以及非结构件产生平衡弯矩ms＝290kn
·
m，两所述主肢1112腹板之间的宽度b＝1134mm，所述主肢1112的截面高度的hg＝320mm，所述第二隔区13215内端面至塔机回转中心之间的距离x＝12.619mm，钢筋钢筋混凝土结构3的密度γ＝2400kg/m3，g＝10m/s2，则d＝4000mm。
[0067]
需要说明的是，钢-混凝土组合式平衡臂的重量(含起升机构的重量，但不含钢筋混凝土配重块6)应小于塔机主要吊装部件中的最大重量，以避免该平衡臂在塔机安装过程中成为选用起吊设备的控制因素。
[0068]
本发明还提供了一种塔机，包括如上所述的钢-混凝土组合式塔机平衡臂。
[0069]
本发明所述的钢-混凝土组合式塔机平衡臂及其塔机的其它内容参见现有技术，在此不再赘述。
[0070]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、
等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。