許平，焦博，侯娜，王詩(shī)柔，李杰

（1.大連益利亞工程機(jī)械有限公司，遼寧大連116023；2.大連慧昌海洋工程技術(shù)有限公司，遼寧大連116019）

手動(dòng)單軌起重機(jī)抗震分析

許平，焦博1，侯娜2，王詩(shī)柔1，李杰1

（1.大連益利亞工程機(jī)械有限公司，遼寧大連116023；2.大連慧昌海洋工程技術(shù)有限公司，遼寧大連116019）

對(duì)反應(yīng)堆廠房手動(dòng)單軌起重機(jī)進(jìn)行抗震分析，利用ANSYS有限元軟件將廠房主體結(jié)構(gòu)與運(yùn)行機(jī)構(gòu)和裝載葫蘆進(jìn)行有效結(jié)合，對(duì)核電設(shè)備進(jìn)行整體抗震分析。采用結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算、模態(tài)分析、譜分析，通過(guò)CQC振型組合方法對(duì)相關(guān)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核驗(yàn)證，保證總體結(jié)構(gòu)抗震分析的有效性和完整性，使抗震起重機(jī)更加優(yōu)化。

譜分析；靜力分析；模態(tài)分析

目前核電廠房中的單軌起重機(jī)在進(jìn)行抗震計(jì)算時(shí)，一般采用對(duì)橫梁的強(qiáng)度進(jìn)行分析，看橫梁是否有強(qiáng)度破壞，但是橫梁的強(qiáng)度問(wèn)題并不是地震分析中的主要問(wèn)題，地震中最常出現(xiàn)的問(wèn)題是空載靜止的情況下，手拉葫蘆的小車有可能脫離橫梁飛射出去，從而導(dǎo)致廠房?jī)?nèi)的設(shè)備和起重機(jī)的損壞。因此，對(duì)手動(dòng)單軌起重機(jī)的抗震分析需要建立整體模型，除了分析橫梁的強(qiáng)度，更重要的是分析小車的輪壓。

本文研究某核電廠房的手動(dòng)單軌起重機(jī)，該機(jī)構(gòu)由三部分組成：通過(guò)預(yù)埋件與廠房頂部連接的工字鋼、與型鋼連接的運(yùn)行小車、小車下方的手動(dòng)葫蘆，將對(duì)該起重設(shè)備進(jìn)行整體抗震分析，并做出詳解。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式采用振型分解反應(yīng)譜法[1]，把多個(gè)自由度體系分解成若干個(gè)單自由度體系振動(dòng)的組合，將各個(gè)振型計(jì)算出的地震效應(yīng)按一定規(guī)則組合起來(lái)，求出總的地震響應(yīng)。采用堆型為ACP1000人員通行的水平和豎直方向樓層反應(yīng)譜，輸入時(shí)程采用單組人工擬合時(shí)程，包含相互獨(dú)立并正交的三條時(shí)程。

1 計(jì)算說(shuō)明

（1）計(jì)算方法：采用結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算、模態(tài)分析、譜分析，結(jié)果為譜分析和靜力分析結(jié)果疊加，使用CQC（Complete Quadratic Combination完全二次項(xiàng)組合）法，對(duì)X、Y、Z方向進(jìn)行地震譜合成，對(duì)三個(gè)方向譜響應(yīng)完全二次項(xiàng)組合。

（2）阻尼系數(shù)：通過(guò)文獻(xiàn)[2]選取阻尼系數(shù)，根據(jù)反應(yīng)堆外圍廠房40 t以下吊車技術(shù)規(guī)格書中關(guān)于地震計(jì)算要求，運(yùn)行安全地震（SL-1）地震阻尼比為2%，極限安全地震（SL-2）地震阻尼比為4%；抗震分析的計(jì)算條件是空載、靜止、停在駐車位置。

（3）坐標(biāo)的確定：系列手拉葫蘆單軌起重機(jī)在不同的房間內(nèi)，在計(jì)算時(shí)將有限元模型的整體坐標(biāo)系與廠房坐標(biāo)系保持一致，即與地震譜坐標(biāo)系方向一致。

（4）有限元模型說(shuō)明：手動(dòng)單軌起重機(jī)的軌道橫梁為工字鋼結(jié)構(gòu)，道橫梁采用板殼單元模擬，手動(dòng)葫蘆采用板殼與梁?jiǎn)卧M；起升鏈條采用LINK10受拉桿單元模擬，能夠很好的模擬機(jī)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)；吊重作為集中質(zhì)量載荷加在起升葫蘆相應(yīng)位置；通過(guò)密度補(bǔ)償?shù)姆绞绞沟眠\(yùn)行小車與葫蘆模型質(zhì)量與實(shí)際質(zhì)量一致。

（5）手動(dòng)單軌起重機(jī)橫梁參數(shù)：橫梁為工字型鋼200×100×7×11.4工字型鋼，長(zhǎng)度9 000 mm.

（6）抗震計(jì)算要求：保證在發(fā)生地震期間吊車的零部件不掉落并不產(chǎn)生飛射物，即手拉葫蘆的小車不能脫離橫梁。

（7）計(jì)算判定準(zhǔn)則如下：

1）材料參數(shù)見(jiàn)表1.

表1 材料參數(shù)表

2）許用應(yīng)力

按照反應(yīng)堆外圍廠房40 t以下吊車技術(shù)規(guī)格書要求，應(yīng)滿足的強(qiáng)度要求為：

金屬結(jié)構(gòu)的材料為Q235B，在地震載荷作用下起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的許用應(yīng)力為：

2 計(jì)算工況

手動(dòng)單軌起重機(jī)整體有限元模型，如圖1所示。

圖1 整機(jī)模型

對(duì)于手動(dòng)單軌起重機(jī)，計(jì)算空載工況，由于其屬于非對(duì)稱結(jié)構(gòu)形式，需要計(jì)算運(yùn)行小車兩側(cè)駐車位置，SL-1地震與SL-2地震，空載，各工況均為靜止工況，除了自重沖擊系數(shù)外無(wú)其它系數(shù)，自重沖擊系數(shù)取1.05.相關(guān)工況見(jiàn)表2.

表2 工況列表

3 模態(tài)分析

運(yùn)行小車處于軌道橫梁不同位置時(shí)，對(duì)于起重機(jī)整體模態(tài)影響很小，不做詳細(xì)數(shù)據(jù)羅列，只針對(duì)空載工況狀態(tài)下起重機(jī)模態(tài)進(jìn)行計(jì)算與數(shù)據(jù)匯總。

模態(tài)分析共計(jì)算80階頻率，其中三個(gè)平動(dòng)方向振型質(zhì)量參與系數(shù)達(dá)到90%的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總見(jiàn)表3，表中Sum UX、Sum UY、Sum UZ為整體坐標(biāo)系X、Y、Z三方向振型質(zhì)量參與系數(shù)百分比累加值。

表3 振型質(zhì)量參與系數(shù)表

對(duì)計(jì)算頻率為100 Hz以內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行列表。由于存在起升鏈條，存在起重機(jī)旋轉(zhuǎn)自由度，前二階振頻為0，得到起重機(jī)三個(gè)平動(dòng)自由度方向的振型質(zhì)量參與系數(shù)，見(jiàn)表4.

表4 頻率與振型質(zhì)量參與系數(shù)信息表

4 有限元疊加合成

手動(dòng)單軌起重機(jī)橫梁與房間混凝土連接處的標(biāo)高為27.7 m，輸入SL-1、SL-2對(duì)應(yīng)的廠房樓層反應(yīng)譜，根據(jù)空載靜態(tài)計(jì)算與空載地震計(jì)算運(yùn)行小車輪壓數(shù)據(jù)，判斷小車是否脫離軌道；現(xiàn)僅對(duì)SL-1與SL-2地震情況下，選取小車處于軌道橫梁左側(cè)駐車位置工況三，截取有限元計(jì)算結(jié)果如圖2，其他工況計(jì)算結(jié)果以提取數(shù)據(jù)方式進(jìn)行匯總。

圖2 工況三計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)果匯總及結(jié)論分析

（1）各工況地震計(jì)算結(jié)果匯總見(jiàn)表5.

表5 空載工況計(jì)算結(jié)果總表

（2）結(jié)論分析

根據(jù)小車處于橫梁不同位置的多種工況，匯總空載在SL-1與SL-2工況下，橫梁最大應(yīng)力分別為12.19 MPa、17.23 MPa，根據(jù)判定計(jì)算準(zhǔn)則中的數(shù)據(jù)，確定其均小于相應(yīng)許用應(yīng)力，橫梁最大位移為0.017 mm；地震工況下，運(yùn)行小車最小輪壓為0.01 kN，即不會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行小車上拋而產(chǎn)生飛射物的情況[3]。

通過(guò)以上分析可知，該重機(jī)滿足反應(yīng)堆外圍廠房40 t以下吊車技術(shù)規(guī)格書中的抗震要求。

[1]李忠獻(xiàn)，李忠誠(chéng)，沈望霞.核反應(yīng)堆廠房結(jié)構(gòu)樓層反應(yīng)譜的敏感性分析[J].核動(dòng)力工程，2005，26（1）：44.

[2]李田.結(jié)構(gòu)時(shí)程動(dòng)力分析中的阻尼取值研究樂(lè)設(shè)施安全規(guī)范[J].廣東土木與建筑，2008（4）：23-25.

[3]北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院.GB50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

Manual Monorail Crane Seismic Analysis

XU Ping1，JIAO Bo1，HOU Na2，WANG Shi-rou1，LI Jie1
（1.Dlian Yiliya Construction Machinery Co.，Ltd，Dalian Liaoning 116023，China；2.Dalian Huichang Marine Engineering Technology Co.，Ltd.，Dalian Liaoning 116019，China）

Seismic analysis was carried out on the manual monorail crane in reactor workshop.The main structure of workshop and running mechanism and loading hoist was effectivly combinated by ansys finite elemeng analysis software.The structure was checked by using static analysis，modal analysis，spectrum analysis and the CQC modal combination.These methods can ensure the sffectiveness and integrity of the overall structure，and make the seismic crane more optimization.

spectrum analysis；static analysis；modal analysis

TH218

A

1672-545X（2017）03-0104-03

2016-12-20

許平（1979-），女，遼寧人，工程師，學(xué)士，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)與計(jì)算分析。