[摘要]行走式塔式起重機(jī)在建筑施工過程中應(yīng)用廣泛，底架結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析尤其重要，本文用ansys軟件以平頭式塔機(jī)r75/24為算例按照不同的使用狀況對其底架架體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析計(jì)算。

關(guān)鍵詞：底架；ansys；有限元

中圖分類號：g267文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：

 

1. 引言:

底架是行走式塔式起重機(jī)不可缺少的一部分，由橫梁、縱梁、斜撐桿以及水平拉桿構(gòu)成，如圖1。其結(jié)構(gòu)簡單，但屬于超靜定結(jié)構(gòu)，用有限元建模的方法對其分析計(jì)算減輕了以往計(jì)算工作量，避免了超靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算的繁瑣，提高了設(shè)計(jì)效率。

圖1

1.橫梁 2.縱梁 3.斜撐桿 4.水平拉桿 5.塔身基礎(chǔ)節(jié)

2. 底架型材簡介及模型參數(shù)的確定

本文研究的塔機(jī)底架為井字形結(jié)構(gòu)，在有限元建模過程中采用自底向上的幾何建模方式，幾何建模完成后再離散為有限元網(wǎng)格，形成節(jié)點(diǎn)和單元。有限元模型需根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)、材料參數(shù)，結(jié)構(gòu)形式參數(shù)來建立。

底架主體結(jié)構(gòu)選用beam188單元建模，斜撐桿及水平拉桿是承受軸心力作用的桿件選用link8單元建模。底架結(jié)構(gòu)主要有型鋼構(gòu)成，在實(shí)際工作中會產(chǎn)生拉壓變形。beam188單元是三維線性有限應(yīng)變梁單元，基于timoshenko梁結(jié)構(gòu)理論，其形函數(shù)中撓度和截面轉(zhuǎn)動各自獨(dú)立插值，并考慮了剪切變形的影響。該單元有兩個節(jié)點(diǎn)，默認(rèn)情況下每個節(jié)點(diǎn)上有六個自由度：x、y和z方向的平動（ux、uy、uz）和繞x、y和z軸的轉(zhuǎn)動（rotx、roty、rotz）。link8是三維桿單元，承受軸向拉力或壓力，每個節(jié)點(diǎn)上有三個自由度： x、y和z方向的平動（ux、uy、uz）。beam188單元不需要實(shí)常數(shù)，link8單元實(shí)常數(shù)為桿的橫截面積。底架結(jié)構(gòu)采用碳鋼，該材料的彈性模量e=210gpa，泊松比μ=0.3。

為了使所建模型更為合理更方便于計(jì)算，應(yīng)對實(shí)際底架結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化處理。簡化處理后的模型應(yīng)遵循以下原則：1）模型能準(zhǔn)確全面的反映出架體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；2）模型外載應(yīng)與底架使用時外載作用相同；3）模型的邊界處理應(yīng)與架體實(shí)際工作時保持一致。

在實(shí)際建模中，應(yīng)用beam188單元創(chuàng)建架體主體結(jié)構(gòu)，省略機(jī)構(gòu)支架爬梯、護(hù)欄及連接件等配件，通過修改材料密度保證模型的自重。對于需要放松端部彎矩處多為各構(gòu)件之間的鉸接處。

r75/24塔機(jī)底架結(jié)構(gòu)尺寸為6mx6m，塔身截面寬度為2m,高度為3.9m.底架橫梁為hw寬緣型350×350h型鋼，縱梁為桁架結(jié)構(gòu)主梁為hn窄翼緣型500×200h型鋼，腹桿為角鋼，斜撐桿及水平拉桿都采用的是雙槽鋼綴板形式，底架塔節(jié)型材為角鋼。具體如表1

表1

 

根據(jù)架體參數(shù)所建有限元模型如圖2

圖2

3. 有限元模型加載

塔機(jī)在工作工況是由上部結(jié)構(gòu)所承受的吊重、自重、風(fēng)力、慣性力等載荷，根據(jù)力的傳遞底架所受載荷為垂直力p、水平力h、力矩m。考慮塔機(jī)高度與與所受風(fēng)載荷的關(guān)系，本文分析其最不利工況，即風(fēng)從平衡臂尾部吹向起重臂方向與塔頂彎矩在同一平面內(nèi)。

水平力h力矩m作用在沿塔身對角線方向其工作狀態(tài)受力形式如圖3.

圖3

水平力h力矩m作用在沿塔身對角線方向其非工作工況受力形式如圖4

圖4

圖中a點(diǎn)和c點(diǎn)的垂直力pa 、pc力可由風(fēng)彎矩、塔頂彎矩、塔機(jī)自重載荷折算所得。

工作工況時：

非工作工況時：

式中b為塔身截面寬度。

圖中b點(diǎn)和d點(diǎn)的垂直載荷為1/4底架以上塔機(jī)各部分重量。

75/24型號塔機(jī)作用在a、b、c、d四點(diǎn)的垂直力pa、pb、pc、pd以及水平風(fēng)剪力haf、hbf、hcf、hdf和慣性力hag、hbg、hcg、hdg載荷數(shù)值如表2，按表中載荷值對模型進(jìn)行加載，壓重以均布載荷的方式加載在架體的縱梁上。

表2

 

工況模型加載后應(yīng)力分布如圖5，位移如圖6

圖5

圖6

非工況模型加載后計(jì)算結(jié)果如圖7，位移如圖8.

圖7

圖8

在圖5-8中分別顯示了底架架體結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)時的應(yīng)力分布和位移狀況。

4. 結(jié)果分析

1） 以75/24型塔機(jī)為例，用ansys軟件對其底架進(jìn)行進(jìn)行建模加載計(jì)算，得出架體強(qiáng)度和剛度值

2） 通過本次計(jì)算過程，重點(diǎn)掌握了有限元參結(jié)構(gòu)建模思想，用建模方法計(jì)算底架結(jié)構(gòu)得出結(jié)果更貼切實(shí)際；

3） 建模計(jì)算分析底架結(jié)構(gòu)避免了超靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算帶來的困難。；

[參考文獻(xiàn)]

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