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，打樁機開始廣泛應用于工程建筑行業(yè)當中。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)構以及其模型的分析

樁架在進行設計和制造的過程中，要在準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關系，表1是其部分的對應關系[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計是準備采用?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，而樁架的立柱構成材質(zhì)是Q235-A，許用應力［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，由于施工時基礎的樁孔深度超出了設計的深度，所以要對步履式樁架的立柱進行重新的設計改造，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計具有重要的借鑒意義。

[1]曾禮平. 基于CAE技術的打樁機樁架結(jié)構分析及優(yōu)化設計[D].南京航空航天大學,2012.

[2]王曉,張濤,宋保強. 超深三軸攪拌樁技術難點與對應措施淺析[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.