汪玉蘭 / 蘭州聯(lián)合重工有限公司

步履式樁架立柱尺寸改變對穩(wěn)定性的影響

汪玉蘭 / 蘭州聯(lián)合重工有限公司

隨著我國經(jīng)濟和科技的進一步發(fā)展，社會上越來越多的行業(yè)都得到了長足的發(fā)展，尤其是我國的機械建筑行業(yè)。目前，我國的機械建筑行業(yè)已經(jīng)發(fā)展的較為成熟和完善。在機械建筑行業(yè)中，樁工機械不斷地使用，其對于機械工程的實施發(fā)揮著重要的作用。其中，步履式樁架是樁工機械的一種，它在生產(chǎn)以及使用的過程中，其立柱的尺寸對于穩(wěn)定性有很大的影響。本文基于這一背景，探討了如果步履式樁架的立柱尺寸發(fā)生改變，對其穩(wěn)定性有怎么樣的影響。

步履式樁架；立柱尺寸；穩(wěn)定性；影響分析

隨著最近幾年我國建筑機械工程行業(yè)的不斷發(fā)展，打樁機開始廣泛應(yīng)用于工程建筑行業(yè)當(dāng)中。我國手動式操作的打樁機主要有卷場機、離合操縱桿、樁架以及剎車操縱桿等等。這樣的手動操作的打樁機需要施工人員在實際的工作當(dāng)中進行手動的控制，確保其工作的順利進行。就樁架打樁機而言，比較普遍的就是步履式的打樁架。步履式樁架在設(shè)計的過程中，其樁架的立柱尺寸以及長度的改變都會對其穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響。下面，我們就步履式樁架立柱尺寸的改變對其穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響做具體的分析。

一、樁架的結(jié)構(gòu)以及其模型的分析

樁架在進行設(shè)計和制造的過程中，要在準(zhǔn)備好的長螺旋鉆孔機上進行澆筑樁的成孔。但是，樁架的立柱尺寸并不是一成不變的，其尺寸的改變要依照施工現(xiàn)場的具體情況來進行。立柱尺寸的改變對于樁架立柱的穩(wěn)定性會產(chǎn)生一定的影響。所以，為了保證打樁機更夠安全的進行工作，樁架立柱的尺寸一定要經(jīng)過嚴(yán)密的計算才能夠確定。樁架長螺絲旋樁機的示意圖以及模型各個部分的名稱如下圖所示。

圖1　樁架示意圖

在樁架的示意圖中，1是打樁機的動力裝置，為其工作提供動力；2是我們今天要研究的樁架的立柱；3是鉆桿；4是斜撐；5是起架拉桿；6是樁架的底盤；7是其導(dǎo)向裝置；8是前支腿；9是操作室；10是樁架的后支腿；11就是卷揚機[1]。

二、樁架立柱尺寸對穩(wěn)定性的影響分析

在樁架打樁拔鉆的時候，拔鉆力的作用會使得立柱的受力情況圖2所示。在圖2中，A是立柱的底部與底架的鉸接部分，而B是斜撐的頂端和立柱的連接部分，C點主要是立柱的頂端自由端。樁架的立柱受到拔樁壓力P的作用，此時的立柱就可以看作是一個整體受壓力的桿件。立柱和斜撐連接的部分稱為鉸支。下面，我們對立柱的受力情況進行分析。

圖2　立柱受力情況

立柱在這樣的受力情況下，其桿件的臨街壓力計算的公式如下：

slj＝ Plj／A ＝ p2EI ／（ml )2A （1）

在上述的式子中，slj代表著立柱受的臨界的應(yīng)力，單位為MPa；而式子中的A代表的是立柱橫截面的面積，單位使mm2；Plj也表示臨界應(yīng)力，單位與slj一樣，也是MPa；而式子中E則表示彈性的模量，單位為MPa；I為立柱的慣性矩，單位為mm4；m就表示立柱的尺寸或者是長度的系數(shù)；l代表立柱的長度，單位為mm。

我們令i＝√I/A，那么就有slj＝p2E／(ml /i)2（2）

在（2）式中，i表示的是立柱的慣性半徑，單位為mm。

如果我們令l＝ml /i，那么就會有slj＝p2E／l2（3）

而且還存在s＝P/A≤slj/n （4）

在（4）這一式子中，nw表示的是穩(wěn)定安全系數(shù)；在（3）式子中，l表示立柱的柔軟度；s表示的是工作應(yīng)力，單位為MPa。

此外，還存在y［s］＝ slj／n （5）

在（5）式字中，y 表示的是折減的系數(shù)；而［s］表示許用應(yīng)力，單位為MPa。

s ≤ y［s］ （6）

P/yA ≤［s］ （7）

經(jīng)過具體的分析我們可以發(fā)現(xiàn)，l2/l與立柱的尺寸系數(shù)m之間存在著一定的對應(yīng)關(guān)系，表1是其部分的對應(yīng)關(guān)系[2]。

表1　

經(jīng)過上述理論性的分析，我們對于立柱尺寸的改變對于其穩(wěn)定性的營養(yǎng)有了一定的了解，下面，我們經(jīng)過具體的實例來進行分析。

三、實例分析

某一種步履式的樁架立柱原本的設(shè)計是準(zhǔn)備采用?529×8mm的螺旋焊管來進行，其螺旋焊管的外徑D=529mm，其內(nèi)徑的長度d=513mm，l1=19000mm，l2=5000mm工作過程中的拔鉆壓力P=700kN，而樁架的立柱構(gòu)成材質(zhì)是Q235-A，許用應(yīng)力［s］=160MPa。在這樣的前提條件下，出現(xiàn)了以下幾種情況[3]：

1：校對原來設(shè)計的立柱其穩(wěn)定性。

2：在進行施工的過程中，由于施工時基礎(chǔ)的樁孔深度超出了設(shè)計的深度，所以要對步履式樁架的立柱進行重新的設(shè)計改造，在不改變立柱其它的尺寸的情況下，我們選擇將l2增加長度，增至10000mm，重新來校對立柱穩(wěn)定性。

3：l=24000mm，我們在保證立柱具有穩(wěn)定性的同時，改變斜撐的頂端和立柱的連接部分B，然后再計算l2的長度，此時所計算的長度是l2的最大長度。

4：l1=19000mm，我們在保證立柱具有穩(wěn)定性的同時，計算l2的長度，此時所計算的長度也是最大的長度。立柱的橫截面的面積A＝13087.52mm2，而立柱的橫截面的慣性矩I＝444165889.7mm4。

經(jīng)過一系列的計算，我們可以發(fā)現(xiàn)，在這四種情況下，步履式樁架立足的穩(wěn)定性是不一樣的。在第一種的情況下，原來的立柱設(shè)計s/y<[s]，在這樣的情況下，立柱的穩(wěn)定性就會滿足我們的施工要求。在第二種的情況下，我們在不改變立柱其它的尺寸的情況下，我們選擇將l2增加長度，增至10000mm，重新來校對立柱穩(wěn)定性。但是經(jīng)過計算我們發(fā)現(xiàn)，s/y＞[s]，這樣的情況會導(dǎo)致樁架的立柱失去穩(wěn)定，所以我們的改造不合理。要想確保立柱的穩(wěn)定性，可以選擇加大立柱的橫截面的面積以及準(zhǔn)確的定位B點的位置。在第三種情況下，l=24000mm，我們在保證立柱具有穩(wěn)定性的同時改變斜撐的頂端和立柱的連接部分B。經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)其比較合理的位置為l1=177000mm，而l2=63000mm。在最后一種情況下，l1=19000mm，我們在保證立柱具有穩(wěn)定性的同時，經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)l2的最大長度為55700mm[4]。

經(jīng)過上述的分析和計算，我們對步履式樁架立柱的尺寸改變對其穩(wěn)定性的影響進行了深入的探討，這在一定程度上對于步履式樁架的設(shè)計具有重要的借鑒意義。

[1]曾禮平. 基于CAE技術(shù)的打樁機樁架結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計[D].南京航空航天大學(xué),2012.

[2]王曉,張濤,宋保強. 超深三軸攪拌樁技術(shù)難點與對應(yīng)措施淺析[J]. 內(nèi)江科技,2014,11:42-44.

[3]. 上海工程機械廠有限公司[J]. 建筑施工,2015,05:644.

[4]曾光. 淺談三軸式鉆孔機的使用[J]. 城市道橋與防洪,2015,06:186-188+19.