陳波　任光華（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院，新疆烏魯木齊 830000）

基于頂升工況下的塔機(jī)風(fēng)載荷分析

陳波任光華
（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院，新疆烏魯木齊 830000）

本文利于UG建立塔機(jī)的三維模型，模擬出不同風(fēng)載荷的大小，對出頂升過程中關(guān)鍵部件的受力情況，探究塔式起重機(jī)在施工頂升過程中遇到的風(fēng)荷載時的載荷特性，為塔式起重機(jī)的使用部門、檢測部門及行業(yè)管理部門提供了理論指導(dǎo)，降低在頂升過程中塔式起重機(jī)遇到風(fēng)荷載狀態(tài)下發(fā)生的安全事故機(jī)率，保障相關(guān)部門的財產(chǎn)及人身安全。

塔式起重機(jī) 風(fēng)載荷 三維模型

1　引言

塔式起重機(jī)常用于工業(yè)、建筑等設(shè)施建設(shè)，具有工作效率高，工作幅度大，起升高度大的特點(diǎn)，而塔式起重機(jī)的頂升環(huán)節(jié)中是其施工出現(xiàn)事故頻率最高的過程，危險性極大，確保其安全性是非常必要的研究，塔式起重機(jī)的構(gòu)件主要是桁架結(jié)構(gòu)形式的，維持起重機(jī)的主要工作原理是力矩平衡原理［2］，工作狀況受限于外界自然條件，尤其是風(fēng)荷載因素，因此在塔式起重機(jī)的設(shè)計、安裝和使用時及拆卸階段都要加以考慮。

2　QTZ800塔機(jī)的三維建模

塔式起重機(jī)的三維建模建立的關(guān)鍵是精確的數(shù)據(jù)，各個特征的個體組合成一個完整的一體，以保證在工程圖剖視圖中的不同材料的不同方向的剖面符號。因此，三維建模不是簡單的特征組合，而是一個完整的三維幾何體，利用UG的三維模型板塊創(chuàng)建塔式起重機(jī)的三維數(shù)字樣機(jī)。如圖1。

由于塔機(jī)的獨(dú)立高度受限，高層建筑施工中需要設(shè)置附著裝置以防止失穩(wěn)，則塔機(jī)必須隨建筑物升高而升高，不能一次吊裝完成至最高高度，而頂升加節(jié)的方法如圖2所示。

在頂升的過程中回轉(zhuǎn)平臺以上的司機(jī)室、大臂、塔帽等結(jié)構(gòu)與塔身完全分開，則其頂升速度等條件受到嚴(yán)格的限制，頂升過程出現(xiàn)風(fēng)載荷是不可避免的，本文研究頂升工況有風(fēng)時，結(jié)構(gòu)受力情況以及平衡參數(shù)調(diào)整，以及頂升工況時風(fēng)載荷特性。

3　QTZ800塔機(jī)風(fēng)載荷分析與仿真

在頂升過程中，風(fēng)力破壞了起重系統(tǒng)的平衡而容易發(fā)生塔機(jī)傾翻事故，因此分析在頂升過程中塔機(jī)受到風(fēng)載荷的特性是尤其重要的。對于小車變幅式塔機(jī)，上部結(jié)構(gòu)所受水平風(fēng)載荷包括固定部件風(fēng)載及可動部件吊臂風(fēng)載，由起重機(jī)設(shè)計規(guī)范（GB3811-2008），風(fēng)載計算式為：

Fw=CKhpA

公式中：

C表示風(fēng)力系數(shù)

Kh風(fēng) 壓高度變化系數(shù)

p表示非工作狀態(tài)計算風(fēng)壓

A起重機(jī)構(gòu)件垂直于風(fēng)向的實(shí)際面積

從平衡力學(xué)角度來講，其起重力矩一定時，力臂越大，起重量越小。根據(jù)勾股定理計算，垂直聳立的塔式起重機(jī)偏差1°，對于30m的獨(dú)立高度塔機(jī)而言，其起重力臂偏差0.525m。如此大的偏差是因為塔機(jī)的高度達(dá)，即力臂長。當(dāng)風(fēng)載荷為1N時，對于30m高的塔機(jī)基礎(chǔ)則受到風(fēng)的抗傾覆力矩為30N·m。根據(jù)圖1設(shè)定塔機(jī)吊臂方向為X軸，塔機(jī)垂直方向為Z，與X、Z都垂直方向為Y軸。

3.1平衡臂的風(fēng)載荷計算

平衡臂所受的風(fēng)載荷包括配重塊、鋼絲繩卷筒、配電柜等所承受的風(fēng)載。設(shè)計規(guī)范查得，大臂金屬結(jié)構(gòu)主體的風(fēng)力系數(shù)為1.7，其余的風(fēng)力系數(shù)為1.1。同理計算平衡臂的風(fēng)載荷力為：

配電柜、配重塊等其余部件風(fēng)載荷力為yp76.23。

3.2塔帽的風(fēng)載荷計算

塔帽是一個變截面的金屬結(jié)構(gòu)，同理查閱規(guī)范根據(jù)力學(xué)的矢量相加法計算其受風(fēng)載荷的大?。?/p>

則根據(jù)以上計算可得塔身在X、Y、Z方向受到的風(fēng)載力矩的大小，利用UG的力學(xué)仿真模塊加載荷對頂升系統(tǒng)關(guān)鍵部件的受力分析，塔機(jī)頂升過程頂升套架是支撐上部結(jié)構(gòu)重力及承受風(fēng)載荷的主要結(jié)構(gòu)。

4　結(jié)語

本文研究了塔式起重機(jī)施工頂升過程中遇到的風(fēng)荷載時的載荷特性，通過研究，對塔式起重機(jī)整體建模方法進(jìn)行了初探，完成了在非工作狀態(tài)下四種工況的塔式起重機(jī)整體分析，并就其中出現(xiàn)塔機(jī)鋼結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度不足的工況提出了預(yù)防措施，通過建模加載驗證了該預(yù)防措施的可行性與可靠性，為塔機(jī)在頂升過程中受到風(fēng)載荷作用下，安全作業(yè)提供了理論計算依據(jù)。

［1］孔屹剛，王杰，顧浩，王志新，徐大林.基于風(fēng)剪切和塔影效應(yīng)的風(fēng)力機(jī)風(fēng)速動態(tài)建模［J］.太陽能學(xué)報，2011（08）.

［2］賀德馨等編著.風(fēng)工程與工業(yè)空氣動力學(xué)［M］.國防工業(yè)出版社，2006.

［3］李洪.淺談塔式起重機(jī)在使用中的安全問題及預(yù)控措施［J］.科技風(fēng)，2008，3：24.

［4］萬春風(fēng)，黃磊，汪江，朱虹.脈動風(fēng)作用下塔架結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)分析［J］.科技導(dǎo)報.2012（01）.