大跨度旋转桁架式龙门起重机钢结构分析计算

第27卷　第4期2006年8月

太原科技大学学报Vol.27　No.4

Aug.2006

JOURNALOFTAIYUANUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY

文章编号:1673-2057(2006)04-0273-04

大跨度旋转桁架式龙门起重机钢结构分析计算

潘晓光,张亮有,陈晓明

(太原科技大学,太原030024)

　　摘　要:为满足上海铁路南站站房特大型圆形钢屋盖的施工需要,采用现有的设备及技术资源,以结构中心为圆心,设计了跨度123m、起重量1000kN的旋转式龙门吊,并应用空间结构分析软件对其进行了分析和验算。　　关键词:旋转式龙门吊;结构;有限元

中图分类号:TH21315　　文献标识码:A

　　”,80000m的地上结构,,

2

,上海市机械施工公司专门设计了可绕钢结构中心旋转的大跨度旋转式龙门起重机。

旅客可从高架道路、车站。,以绿化和建筑小品为主,并有地下商场和地下停车场,体现了“以人为本,环境和谐”的理念。特别引人注目的是放射状的巨大钢结构圆形站屋。圆形站屋顶直径为278m,采用“人”字型支撑结构,由18根径向为127m

1　旋转式龙门起重机的主要技术指标

与结构

1.1　主要技术指标

(1)跨度L=123m,吊装高度30m,主梁没设

长的索字型异型梁,四周支撑在内外两圈54根柱上(内圈18根,外圈36根)。“伞顶”由多层圆形钢环

悬臂;

(2)额定起重量Q=50t×2;

(3)起升速度:1.6m/min,起重小车运行速度:0217.5m/min(变频调速);

(4)工作回转(大车行走,R=123m),线速

将对称的18根梁端联结成整体。整个铁路站房工程的上部,所呈现出的以152m为直径的圆形范围内无一根钢柱的开阔空间,刷新了当前的国内纪录,这更是世界上独一无二的圆形火车站。

站房钢屋盖顶标高42m,钢结构屋盖安装总面积6万多平方米,钢结构安装总重量约7000t。由于站房施工是在高9.9m的环状混凝土平台上进行的,加之周围环境条件限制,大型施工机械无法进行施工现场。为完成上海南站站房钢结构吊装施

收稿日期:2005211209

度:028m/min(变频调速);

(5)回转中心上方安装M440D型塔吊。1.2

　基本组成

整机构造由结构、机械、电气三部分组成。主梁由现有桁架,再加工一节与塔身支腿连接的端头段,加工一节与支承立柱连接的端头段组成,截面

作者简介:潘晓光(1980-),男,硕士研究生,研究方向为模块化设计理论及其应用。

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年

中心线尺寸4m×3.5m,梁长123m,并安装下拉弦杆使其拉紧,保持水平;柔性支腿采用TQ60/80型塔吊的塔身节段,在两支腿间用拉索及平撑加以连接,在根部用杆件加以连接加固。刚性支腿是8根φ609钢管组成的格构式框筒式支撑力柱,并在其上安装M440D型塔吊。柔性支腿绕刚性支腿旋转(见图1)

。

和梁,更加适用。2.1　建立模型

在建立有限元模型时应力求使模型简单、准确,做到既保证计算的精度,又能节省计算时间。对于该起重机结构,主梁和支腿的连接比较特殊,连接处也是十分复杂,所以对连接处的简化是难点。在具体的简化过程中,主梁采用桁架单元模拟,主梁的下拉索用杆单元模拟,而拉索的支撑用梁单元;柔性支腿主要由铰座、转台、横梁、塔身及其连接件、过渡梁、行走台车及其连接件等部件组成,结构特殊而且比较复杂,转台、横梁采用几个梁单元的组合,塔身及其连接件用杆单元,行走台车及其连接件也简化为相应的梁单元和杆单元,铰座连接用边界条件来约束;刚性支腿的8根支撑钢管

图1　门式起重机结构总图

Fig.1Thestructuregeneraldrawingof

dragondoorcrane

采用梁单元,连接处同样采用几个梁单元的组合,其余采用桁架单元。

运用模块建立模型时组、横截面积和无应力参考温,,层,而梁单元需用面号控制方位,层号控制几何特性。为了满足不同的材料和截面属性地定义,为该起重机设定了15个组。

建立模型时,还要考虑主梁和两支腿的连接问题。可通过分别建立主梁有限元模型和支腿有限元模型,并以不同的文件名保存,用MERGE命令将它们合并成一个完整的模型,然后再限制连接节点的移动自由度方法解决。图2显示了该旋转式龙门吊的有限元整体模型,共有节点590个,单元1530个,其中杆单元1006个,梁单元524个

。

　　起重系统包括2个500kN升降吊装构件,2台现有5t慢速电动卷扬机;小车采用原TQ60/80的行走装置改造,大车采用M440D中心4个部分,,可在封闭,使其按照要求进行运动,完成各种规定的操作。

2　钢结构分析计算

起重机金属结构计算一般采用许用应力法。在结构内力计算时传统方法是常将空间桁架分解成若干片平面桁架,同时把空间载荷按刚度等效或力系等效的原则分解成平面载荷,使空间桁架问题转化为平面桁架问题,这是一种近似的桁架内力分析方法。对复杂结构计算时,为减小计算量就必须进行简化和假定,必将导致计算结果与实际情况有较大出入。而此旋转龙门起重机结构复杂,跨度大,结构体系及构件形状比较特殊,受力较复杂,计算工况多,所以必须采用另外的方法。

本课题采用的方法是按照空间杆系结构承受固定和移动载荷的计算模型,利用通用的有限元分析程序Algor计算各种工况下各杆件的内力和变形,找出最大杆件内力的对应工况。这种方法精确、可靠,对较复杂的力学模型,例如三维空间桁架

图2　有限元分析模型

Fig.2Finiteelementanalysismodel

2.2　模型加载

为尽量符合实际边界条件,除将刚性支腿全部约束外,其余沿大车行走方向转动放松约束。起重

第27卷第4期　　　　　　潘晓光,等:大跨度旋转桁架式龙门起重机钢结构分析计算机工作载荷不仅计结构及小车自重和吊重(包括吊具),而且考虑起升过程中由于加速度对起重量的垂向和水平惯性力影响,参照起重机设计规“GB3811-83”对起重量取合适的系数,同时考虑风载的作用。

(1)无风工作工况

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φ1+起竖向:S1=(结构自重+小车自重)×φ升载荷×2

式中:φ1———作业冲击系数;

φ2———起升冲击系数。

水平:H1=大车运行水平惯性力+钢丝绳偏斜产生的水平力+两侧轨道高低差产生的水平力+同侧轨道高低差产生的水平力

(2)有风工作工况

图3　结构变形图

Fig.3Thestructuraldisplacementdrawing

　　其最大变形为558mm,其中166mm为结构自重引起的。

轴力分布如下

:

竖向载荷不变水平:H2=H1+W

W=C K Q A

式中:C———风力系数,根据GB3811-83表6选取;

K———风压高度变化系数,工作状态取K图4　结构受力图

Fig.4Thestructuralloaddiagram

1;

Q———工作状态时:Q=Q=800N/m

2

　　起重机的其余情况可返回SuperDrawIII模块,

2

0./m;

2

重新加载相应载荷,重复2.3即可得到各杆件的相应内力。

非工作状态时:=0.8KN/m;

2

A———垂直于风向的迎风面积(m)

3　校核

通过工况分析可知,桁架各杆件最大内力及应力分布如下表所示:

　　根据GB3811-83规范,表中各杆件均满足要求。

表1　分析结果

Tab.1Analysisresults

根据GB3811-83第2.2.10.5款计算。此工况在无风工作工况的基础上,综合考虑了风载的影响。因该机旋转,最不利的风向不固定,当主梁转到与风向垂直时,受风载荷最大。2.3　计算分析与结果

本起重机的外载荷组合很多,限于篇 …… 此处隐藏：3064字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……