关于斜爬梯部件设计输入与设计校核

关于斜爬梯部件设计输入与设计校核

刘勇

福建福清核电有限公司 福建省福清市

摘要：根据现场实际情况，需新增斜爬梯用于人员上下设备平台，本文主要从斜爬梯梯梁和立柱设计输入和设计校核角度出发，对其进行研究分析。

关键词：斜爬梯；梯梁；立柱；设计输入；设计校核

1. 设计输入

本次设计的斜爬梯，所选用梯梁为20号槽钢，与地面通过M12膨胀螺栓、90*6mm角钢固定，每根立柱、梯梁地面部分每侧2个M12膨胀螺栓固定。

本次设计的输入条件如下，按照现场工作人员及携带工具的总量进行评估，按照150kg的预定活载荷标准值，水平投影面上均布活载荷4kN/㎡进行校核。按照《固定式钢梯及平台安全要求》（GB4053-2009）第4.3节“设计载荷”的要求，有如下设计校核要求：固定式钢斜梯应能承受5倍预定活载荷标准值，并不应小于施加在任何点的4.4kN 集中载荷。钢斜梯水平投影面上的均布活载荷标准值不应小于3.5kN/㎡。可知梯梁按照7.5kN集中载荷，不应小于施加在任何点的4.4kN 集中载荷，钢斜梯水平投影面上的均布活载荷标准值不应小于4kN/㎡进行校核。

2. 设计校核

按照《钢结构设计标准》（GB50017-2017）第4.4节“设计指标和设计参数”，Q235B钢材厚度≤16mm，许用弯曲应力215MPa，许用剪切应力125MPa。角焊缝设计强度钢材厚度≤16mm，焊缝许用强度160MPa。参考固定式钢斜梯能够承受不应小于施加在任何点的4.4kN 集中载荷，对本项目斜爬梯梯梁承受4.4kN 集中水平载荷校核斜爬梯立柱的固定强度，斜爬梯斜爬梯上半部分与下半部分结构相同，取下半部分进行校核。

爬梯结构和集中载荷受力分析图

2.1梯梁和立柱校核

斜爬梯的自重为固定载荷，斜爬梯下半部分（不含平台和立柱部分）自重为270kg。梯梁1中心线长度约3.57m。对于梯梁1的受力可简化为均布载荷270×9.8÷2÷3.57=378.2N/m。

2.1.1集中载荷7.5kN校核

按梯梁1最危险情况考虑，7.5KN集中载荷落在梯梁1最中间位置，取不均载荷系数1.2进行中间梯梁的强度校核。梯梁1为20槽钢，截面积S=28.8cm²，抗弯界面系数Wx=178cm³。

F1为梯梁上集中载荷，F2为钢斜爬梯立柱基于爬梯端部的支撑力，F1=7500÷2×1.2=4500N，F1X=F1×cos56°=2516N，F1Y=3731N，根据平衡公式F2X×3.57=F1X×1.785，得F2X=1258N

梯梁1受到集中载荷的弯矩为M=PL/4=F1X×3.57÷4=2246N.m，梯梁1受到自重载荷弯矩为M=ql²/8=378.2×3.57²÷8=603N.m，梯梁1受到弯曲应力σ=M/W=2849×1000÷（178×1000）=16MPa，小于许用应力215MPa。

梯梁1收到的剪切力MPa，小于许用剪切应力125MPa。

由此可知，梯梁1的强度满足要求。

根据梯梁1的受力校核可知，当7.5KN集中载荷落在梯梁1最上部位置，立柱受到的水平方向分力F2最大。此时F2X=F1X=2516N  F2=F2X/sin56°=3035N

下部斜梯梁落在的钢平台中间平台上，共有4个立柱，由于有前后距离问题考虑不均载荷系数1.4进行校核。立柱受力P=F2×1.4÷4=1062N，立柱底部反作用力R=P=1062N，立柱受到弯矩M=PL=1062×3=3186N.m，弯曲应力σ=M/W=3186×1000÷（178×1000）=17.9MPa，小于许用应力215MPa。由此可知，立柱强度满足要求。

2.1.2 任何点的4.4kN 集中载荷校核

结合2.1.1的校核可知，任何点4.4KN集中载荷梯梁1的强度满足要求。

2.1.3 水平投影均布活载4kN/㎡校核

按照水平投影均布活载4kN/㎡考虑，下部钢平台水平投影面积为S1=2.28×0.75=1.71㎡，梯梁1上的均布载荷q1=4000×1.71÷3.57=1916N/m。结合钢平台自重载荷378.2N/m，按梯梁1上承受均布载荷2294.2N/m进行计算，M=ql²/8=2294.2×3.57²÷8=3655N.m

梯梁1受到弯曲应力σ=M/W=3655×1000÷（178×1000）=20.5MPa，小于许用应力215MPa。此时立柱上部受到的水平载荷小于2.1.1极限情况，立柱强度满要求。

由此可知在水平投影均布活载校核4kN/㎡情况下，梯梁1和立柱强度满足要求。

综上分析可知，斜爬梯的主梁梯梁1和立柱的强度均满足要求。

2.2连接强度校核

考虑极限情况，立柱顶部有横向集中载荷890N，立柱承受该方向抗弯截面系数W=24.2cm³，取不均载荷系数1.4，立柱受力F3=890×1.4÷4=311.5N，立柱底部反作用力R=P=311.5N

立柱受到弯矩M=PL=311.5×3=934.5N.m，弯曲应力σ=M/W=934.5×1000÷（24.2×1000）=38.6MPa，小于许用应力215MPa。由此可知，立柱强度满足要求。

底部M12膨胀螺栓需要的压紧力不小于F=F3×3000÷45÷2=10383N。普通M12膨胀螺栓承受拉力为26100N，故M12膨胀螺栓按上图位置固定，能够满足立柱的固定要求。

底部90×6mm角钢焊缝强度校核，角钢通过6mm角焊缝固定在立柱上，焊缝长度200mm。根据角钢中间位置的膨胀螺栓所需压紧力10383N，角钢边缘部分收到的拉力为压紧力一般，焊缝受力，小于140MPa，满足要求。

综上所述，每个立柱侧面增加2个M12膨胀螺栓并通过90×6mm角钢固定，强度满足要求。

3. 结论

本次设计的设备平台斜爬梯梯梁和立柱的强度和功能满足要求。

参考文献

[1] GB4053-2009，固定式钢梯及平台安全要求

[2] GB50017-2017，钢结构设计标准

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