【摘 要】文中介紹了帶式輸送機(jī)大型鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)計(jì)難點(diǎn)，并就設(shè)計(jì)難點(diǎn)對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和現(xiàn)代化先進(jìn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

【關(guān)鍵詞】大型鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)運(yùn)站；設(shè)計(jì)方法；有限元

阿曼二期項(xiàng)目CT3113.02皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)站轉(zhuǎn)運(yùn)站長(zhǎng)9.5米，寬8.2米，高47.3米，總共分成10層。在海拔標(biāo)高38.600米平面（八層）布置有TR.3123.03、TR.3113.03兩條膠帶機(jī)。在海拔標(biāo)高41.675米平面（九層）布置有TR.3123.02、TR.3113.02兩條膠帶機(jī)，同時(shí)海拔標(biāo)高47.300米平面布置兩臺(tái)維修用10噸電動(dòng)葫蘆。該轉(zhuǎn)運(yùn)站用于完成物料由上層皮帶機(jī)到下層皮帶機(jī)的卸料工作。

由于該轉(zhuǎn)運(yùn)站垂直高度高，水平張力大，最大水平張力120噸，此種規(guī)格轉(zhuǎn)運(yùn)站是設(shè)計(jì)中很少遇到的，因此設(shè)計(jì)中存在許多技術(shù)難題。對(duì)于垂直高度大于20米的鋼機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)運(yùn)站，自振周期大，對(duì)動(dòng)載荷響應(yīng)明顯，尤其是對(duì)地震載荷的響應(yīng)尤為顯著，因此在以前靜力分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)著重進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般采用的是重復(fù)設(shè)計(jì)的方法，是設(shè)計(jì)者根據(jù)自己的理論知識(shí)和工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)經(jīng)過(guò)不斷地選擇、試算、分析、校核，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。這種設(shè)計(jì)方法安全可靠，但設(shè)計(jì)時(shí)由于考慮計(jì)算誤差安全系數(shù)通常選擇過(guò)大，設(shè)計(jì)過(guò)于保守，材料浪費(fèi)，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品過(guò)于保守。另一方面，對(duì)于尺寸過(guò)大，結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)體系，計(jì)算量相當(dāng)大，設(shè)計(jì)者往往要耗費(fèi)大量的時(shí)間用于復(fù)雜的計(jì)算和分析中，無(wú)形中降低了設(shè)計(jì)效率，使設(shè)計(jì)成本增加。

隨著高速計(jì)算機(jī)的發(fā)展，為研究和發(fā)展結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)方法提供了現(xiàn)實(shí)條件和理論基礎(chǔ)，使我們?cè)O(shè)計(jì)者對(duì)鋼結(jié)構(gòu)分析理論和設(shè)計(jì)方法的理解也更加深入。這其中有限元技術(shù)的發(fā)展尤為突出，現(xiàn)在有限元法已經(jīng)被工程師和科學(xué)家們公認(rèn)是一種完美和方便的分析工具。40多年來(lái)，有限元法的應(yīng)用已由彈性力學(xué)平面問(wèn)題擴(kuò)展到空間問(wèn)題、板殼問(wèn)題，由靜力平衡問(wèn)題擴(kuò)展到穩(wěn)定問(wèn)題、動(dòng)力問(wèn)題。其分析結(jié)果安全可靠，計(jì)算方便快捷，對(duì)于本次項(xiàng)目CT3113.02皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)站的設(shè)計(jì)也十分有效。

所謂的有限元法是將一個(gè)連續(xù)域離散化為有限個(gè)單元并通過(guò)有限個(gè)節(jié)點(diǎn)相連接的等效集合體。由于單元能按照不同的聯(lián)結(jié)方式進(jìn)行組合，且單元本身又可以有不同形狀，因此可以模型化幾何形狀復(fù)雜的求解域。單元內(nèi)的近似函數(shù)由未知場(chǎng)函數(shù)在單元的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)值和其插值函數(shù)來(lái)表達(dá)。一個(gè)問(wèn)題的有限元分析中，未知場(chǎng)函數(shù)在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)值就成為新的未知量，從而使一個(gè)連續(xù)的無(wú)限自由度問(wèn)題變成離散的有限自由度問(wèn)題。一經(jīng)求解出這些未知量，就可以通過(guò)插值函數(shù)計(jì)算出各個(gè)單元內(nèi)場(chǎng)函數(shù)的近似值，從而得到整個(gè)求解域上的近似解。

所有的通用有限元軟件都包括：前處理、求解器、后處理三個(gè)有邏輯順序的模塊。在進(jìn)行實(shí)際工程分析時(shí)，也該按照以上三個(gè)模塊來(lái)進(jìn)行。

依照上面的步驟，對(duì)CT3113.02皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)站進(jìn)行有限元分析，這里我們采用ANSYS有限元分析軟件，計(jì)算模型及分析結(jié)果如下圖所示。同時(shí)，按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》分別按地震工況及陣風(fēng)工況對(duì)該轉(zhuǎn)運(yùn)站進(jìn)行了模態(tài)分析，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在動(dòng)載狀態(tài)下能滿足強(qiáng)度要求。

鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)計(jì)的基本原則是要做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用和確保質(zhì)量。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要解決的根本問(wèn)題是在結(jié)構(gòu)的可靠和經(jīng)濟(jì)之間選擇一種最佳的平衡，使由最經(jīng)濟(jì)的途徑建成的結(jié)構(gòu)能以適當(dāng)?shù)目煽慷葷M足各種預(yù)定的功能要求。

本次項(xiàng)目采用的有限元分析法對(duì)大型鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)運(yùn)站進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，即滿足了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性，又節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間，降低了設(shè)計(jì)成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)創(chuàng)效的目標(biāo)。