重型厂房超重吨位吊车梁的设计与研究

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1、第七届全国现代结构工裂学术研讨会重型厂房超重吨位吊车梁的设计与研究白洪涛汪崖夏汉强‘方大培(上撵市帆电设计研究院有限公司．}海2∞040)●。摘要：本文利用sTs及从sYs软件，通过单根吊车梁分析及吊车粱与辅助系统整体建模分析．对工字形超大吨位吊车粱的受力性能进行了线性及菲线性有限元分析，发现工字形吊车粱的强度、刚度都可以满足超大吨位吊车的承载和使用要求。同时依据分析结果，对工字形截嘶吊车梁在构造方面给千针对性加强建议。关键词：钢吊车粱，极嫩承载力，非线性有限元引言对重型厂房中跨度较大的超重吨位吊车梁的设计，一般采用箱形梁的形式，箱彤截面吊车粱具有刚

2、度大和抗偏扭性能好的优点，但是相对工字形截面，其存在制作较复杂、施焊操作条件较差、焊接变形不易控制和矫正及用钢量较多等缺点。对起重量达到650吨、吊车粱跨度达18米的情况下，能否采用工字形截面吊车粱，目前国内尚未有可借鉴的成熟经验，本文通过与箱形截面吊车梁的对比，对其可行性进行分析、研究。二、1“截面选择及用STS进行应力分析根据吊车荷载(表1)，我们利用sTs程序初步选择应力比相近的工字形与箱形断面，并按实际情况考虑构造后断面如图l所示。sTs分析结果如表2所示。1672表1：$辅载表起重量LkB轧高吊车总重小{重量《大艳压备注(})工作级刷(m)

3、(mm)(m)(I)(kN)A4341360023513220770650／200L900L900⋯00L900L2000L900L1100L900L(一台)1650／200T昂车艳距匿(mm)工业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会．_——月L_图1表2：sTs程序应力分析对比表．工字形截面箱形截面‘截面高：3600m截面高：3400m、上翼缘板：一1000x44上翼缘板：一1000x40下翼缘板：一700x34下翼缘板：700x30截面信息腹板厚：一30左腹板右腹板分别厚为：一18左右腹板间距：600唧卜翼缘板纵加劲肋厚：一30上翼缘

4、应力2325N／m2<265N／衄．233．ON／唧2<265N／mm‘下翼缘应力2600N／叫一<295N／衄’247．ON／叫f<295N／衄。用钢世27．0吨／根34，0吨／根挠度l／1317l／1350三、用ANsYs进行非线性有限元分析(一)几何模型．分析时，对吊车梁所有的钢板采用了每个节点具有6个自由度的sHELLl43单元。该单元支持材料塑性、徐变、应力强化、大应变及大变形。(=)材辩模型所有钢材采用双线性随动强化材料模型，弹性模量E=2．06×105M只，泊松比u=03，强化截断切线弹性模量Es=E}o．02。模型采用的屈服准则为vo

5、nMises屈服准则，并且认为材料是各向同性强化的。工业建筑2007增刊1673第七届伞l玉

6、现代结构工挥学术研讨会)(三)非线性有限元分析为简化计算，此处分析比较时，仅考虑突缘吏座处简支，未考虑支座处上翼缘与柱的连接。对以r两种吊车梁在施加上述相同的约束条件和荷载的情况下，进行了几何非线性有限元分析。分析结果见表3。表3：两种截面吊车梁非线性有限元分析对比工字形截面箱形截面竖向1{7_移(∞)136157横向位移(mm)1301．9檄限荷载Pmax=l27PPlTlax=171P以上横向位移较大是凼为分析时未考虑支座处上翼缘与枉的连接而仅考虑突缘支

7、座处简支所致。(四)小结a．分析结果显示，工字形吊车粱箱形吊车梁都可以满足承载和使用要求；b．箱形吊车粱具有比工字形吊车粱更高的极限承载力；c．箱形吊车梁用钢量比工字形吊车粱用钢量多(约20％左右)。～d．箱形吊车梁侧向位移明显小于工字形吊车粱。可见，虽然工字形吊车粱的极限承载力与侧向刚度不如箱形吊车梁，但它仍然可以满足乐载和使用要求。并且T字形吊17粱用钢量明显小于箱形吊车粱以及加工制作更方便。，。四、对工字形吊车梁与辅助系统进行整体建模的非线r}生有限元分析为了壹}一步分析工字形超大吨位吊车梁的受力性能，我们利用ANsYs程序对吊车粱与辅助系统进

8、行整体建模，并使计算模型的边界条件与实际情况吻台。⋯．．(一)有限元模型在几何模型上，对吊车粱所有的钢板仍采用了sHELLl43单元。对制动桁槊、水甲支撑及垂直支撑则采用了每个节点具有3个自由度的LINK8单元，该单元支持材料塑性、徐变、应力强化及大变形。材料模型同2．2节。(二)荷载组合分析时，荷载组合考虑如下：．a．吊车荷载的动力系数取1．05，恒载分项系数取1．2，吊车荷载分项系数取1．4；．b．考虑吊车梁自重、摩电架、轨道、制动结构和支{掌自重等；c．偏安全地考虑了偏心荷我，分别为：安装偏心：15砌；作用力偏心：5唧；原始弯}}}

9、：4mm；

10、卡轨力折算偏心：21m：d．根据《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)5．1r2条考虑了吊车的水平