步履式桩架立柱尺寸改变对稳定性的影响

汪玉兰 / 兰州联合重工有限公司

步履式桩架立柱尺寸改变对稳定性的影响

汪玉兰 / 兰州联合重工有限公司

随着我国经济和科技的进一步发展，社会上越来越多的行业都得到了长足的发展，尤其是我国的机械建筑行业。目前，我国的机械建筑行业已经发展的较为成熟和完善。在机械建筑行业中，桩工机械不断地使用，其对于机械工程的实施发挥着重要的作用。其中，步履式桩架是桩工机械的一种，它在生产以及使用的过程中，其立柱的尺寸对于稳定性有很大的影响。本文基于这一背景，探讨了如果步履式桩架的立柱尺寸发生改变，对其稳定性有怎么样的影响。

步履式桩架；立柱尺寸；稳定性；影响分析

随着最近几年我国建筑机械工程行业的不断发展，打桩机开始广泛应用于工程建筑行业当中。我国手动式操作的打桩机主要有卷场机、离合操纵杆、桩架以及刹车操纵杆等等。这样的手动操作的打桩机需要施工人员在实际的工作当中进行手动的控制，确保其工作的顺利进行。就桩架打桩机而言，比较普遍的就是步履式的打桩架。步履式桩架在设计的过程中，其桩架的立柱尺寸以及长度的改变都会对其稳定性产生一定的影响。下面，我们就步履式桩架立柱尺寸的改变对其稳定性产生的影响做具体的分析。

一、桩架的结构以及其模型的分析

桩架在进行设计和制造的过程中，要在准备好的长螺旋钻孔机上进行浇筑桩的成孔。但是，桩架的立柱尺寸并不是一成不变的，其尺寸的改变要依照施工现场的具体情况来进行。立柱尺寸的改变对于桩架立柱的稳定性会产生一定的影响。所以，为了保证打桩机更够安全的进行工作，桩架立柱的尺寸一定要经过严密的计算才能够确定。桩架长螺丝旋桩机的示意图以及模型各个部分的名称如下图所示。

图1　桩架示意图

在桩架的示意图中，1是打桩机的动力装置，为其工作提供动力；2是我们今天要研究的桩架的立柱；3是钻杆；4是斜撑；5是起架拉杆；6是桩架的底盘；7是其导向装置；8是前支腿；9是操作室；10是桩架的后支腿；11就是卷扬机[1]。

二、桩架立柱尺寸对稳定性的影响分析

在桩架打桩拔钻的时候，拔钻力的作用会使得立柱的受力情况图2所示。在图2中，A是立柱的底部与底架的铰接部分，而B是斜撑的顶端和立柱的连接部分，C点主要是立柱的顶端自由端。桩架的立柱受到拔桩压力P的作用，此时的立柱就可以看作是一个整体受压力的杆件。立柱和斜撑连接的部分称为铰支。下面，我们对立柱的受力情况进行分析。

图2　立柱受力情况

立柱在这样的受力情况下，其杆件的临街压力计算的公式如下：

slj＝ Plj／A ＝ p2EI ／（ml )2A （1）

在上述的式子中，slj代表着立柱受的临界的应力，单位为MPa；而式子中的A代表的是立柱横截面的面积，单位使mm2；Plj也表示临界应力，单位与slj一样，也是MPa；而式子中E则表示弹性的模量，单位为MPa；I为立柱的惯性矩，单位为mm4；m就表示立柱的尺寸或者是长度的系数；l代表立柱的长度，单位为mm。

我们令i＝√I/A，那么就有slj＝p2E／(ml /i)2（2）

在（2）式中，i表示的是立柱的惯性半径，单位为mm。

如果我们令l＝ml /i，那么就会有slj＝p2E／l2（3）

而且还存在s＝P/A≤slj/n （4）

在（4）这一式子中，nw表示的是稳定安全系数；在（3）式子中，l表示立柱的柔软度；s表示的是工作应力，单位为MPa。

此外，还存在y［s］＝ slj／n （5）

在（5）式字中，y 表示的是折减的系数；而［s］表示许用应力，单位为MPa。

s ≤ y［s］ （6）

P/yA ≤［s］ （7）

经过具体的分析我们可以发现，l2/l与立柱的尺寸系数m之间存在着一定的对应关系，表1是其部分的对应关系[2]。

表1　

经过上述理论性的分析，我们对于立柱尺寸的改变对于其稳定性的营养有了一定的了解，下面，我们经过具体的实例来进行分析。

三、实例分析

某一种步履式的桩架立柱原本的设计是准备采用Æ529×8mm的螺旋焊管来进行，其螺旋焊管的外径D=529mm，其内径的长度d=513mm，l1=19000mm，l2=5000mm工作过程中的拔钻压力P=700kN，而桩架的立柱构成材质是Q235-A，许用应力［s］=160MPa。在这样的前提条件下，出现了以下几种情况[3]：

1：校对原来设计的立柱其稳定性。

2：在进行施工的过程中，由于施工时基础的桩孔深度超出了设计的深度，所以要对步履式桩架的立柱进行重新的设计改造，在不改变立柱其它的尺寸的情况下，我们选择将l2增加长度，增至10000mm，重新来校对立柱稳定性。

3：l=24000mm，我们在保证立柱具有稳定性的同时，改变斜撑的顶端和立柱的连接部分B，然后再计算l2的长度，此时所计算的长度是l2的最大长度。

4：l1=19000mm，我们在保证立柱具有稳定性的同时，计算l2的长度，此时所计算的长度也是最大的长度。立柱的横截面的面积A＝13087.52mm2，而立柱的横截面的惯性矩I＝444165889.7mm4。

经过一系列的计算，我们可以发现，在这四种情况下，步履式桩架立足的稳定性是不一样的。在第一种的情况下，原来的立柱设计s/y<[s]，在这样的情况下，立柱的稳定性就会满足我们的施工要求。在第二种的情况下，我们在不改变立柱其它的尺寸的情况下，我们选择将l2增加长度，增至10000mm，重新来校对立柱稳定性。但是经过计算我们发现，s/y＞[s]，这样的情况会导致桩架的立柱失去稳定，所以我们的改造不合理。要想确保立柱的稳定性，可以选择加大立柱的横截面的面积以及准确的定位B点的位置。在第三种情况下，l=24000mm，我们在保证立柱具有稳定性的同时改变斜撑的顶端和立柱的连接部分B。经过计算发现其比较合理的位置为l1=177000mm，而l2=63000mm。在最后一种情况下，l1=19000mm，我们在保证立柱具有稳定性的同时，经过计算发现l2的最大长度为55700mm[4]。

经过上述的分析和计算，我们对步履式桩架立柱的尺寸改变对其稳定性的影响进行了深入的探讨，这在一定程度上对于步履式桩架的设计具有重要的借鉴意义。

[1]曾礼平. 基于CAE技术的打桩机桩架结构分析及优化设计[D].南京航空航天大学,2012.

[2]王晓,张涛,宋保强. 超深三轴搅拌桩技术难点与对应措施浅析[J]. 内江科技,2014,11:42-44.

[3]. 上海工程机械厂有限公司[J]. 建筑施工,2015,05:644.

[4]曾光. 浅谈三轴式钻孔机的使用[J]. 城市道桥与防洪,2015,06:186-188+19.