[摘要]行走式塔式起重機在建筑施工過程中應用廣泛,底架結(jié)構(gòu)的計算分析尤其重要,本文用ansys軟件以平頭式塔機r75/24為算例按照不同的使用狀況對其底架架體結(jié)構(gòu)進行了有限元分析計算。
關(guān)鍵詞:底架;ansys;有限元
中圖分類號:g267文獻標識碼:a 文章編號:
1. 引言:
底架是行走式塔式起重機不可缺少的一部分,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算減輕了以往計算工作量,避免了超靜定結(jié)構(gòu)計算的繁瑣,提高了設(shè)計效率。
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,在實際工作中會產(chǎn)生拉壓變形。beam188單元是三維線性有限應變梁單元,基于timoshenko梁結(jié)構(gòu)理論,其形函數(shù)中撓度和截面轉(zhuǎn)動各自獨立插值,并考慮了剪切變形的影響。該單元有兩個節(jié)點,默認情況下每個節(jié)點上有六個自由度: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單元不需要實常數(shù),link8單元實常數(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算,應對實際底架結(jié)構(gòu)進行簡化處理。簡化處理后的模型應遵循以下原則:1)模型能準確全面的反映出架體的結(jié)構(gòu)特點;2)模型外載應與底架使用時外載作用相同;3)模型的邊界處理應與架體實際工作時保持一致。
在實際建模中,應用beam188單元創(chuàng)建架體主體結(jié)構(gòu),省略機構(gòu)支架爬梯、護欄及連接件等配件,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
塔機在工作工況是由上部結(jié)構(gòu)所承受的吊重、自重、風力、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?紤]塔機高度與與所受風載荷的關(guān)系,本文分析其最不利工況,即風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點和c點的垂直力pa 、pc力可由風彎矩、塔頂彎矩、塔機自重載荷折算所得。
工作工況時:
非工作工況時:
式中b為塔身截面寬度。
圖中b點和d點的垂直載荷為1/4底架以上塔機各部分重量。
75/24型號塔機作用在a、b、c、d四點的垂直力pa、pb、pc、pd以及水平風剪力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
工況模型加載后應力分布如圖5,位移如圖6
圖5
圖6
非工況模型加載后計算結(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)時的應力分布和位移狀況。
4. 結(jié)果分析
1) 以75/24型塔機為例,用ansys軟件對其底架進行進行建模加載計算,得出架體強度和剛度值
2) 通過本次計算過程,重點掌握了有限元參結(jié)構(gòu)建模思想,用建模方法計算底架結(jié)構(gòu)得出結(jié)果更貼切實際;
3) 建模計算分析底架結(jié)構(gòu)避免了超靜定結(jié)構(gòu)計算帶來的困難。;
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