馬紅建

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1700 t運(yùn)梁車結(jié)構(gòu)有限元分析

馬紅建

（中交隧道工程局有限公司 北京分公司，北京 100102）

為保證運(yùn)梁車的作業(yè)安全，應(yīng)用ANSYS 12.0軟件對1700 t運(yùn)梁車金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析計(jì)算。介紹了1700 t運(yùn)梁車的組成結(jié)構(gòu)及其14種作業(yè)工況，通過建立大剛度多級均載梁來準(zhǔn)確模擬液壓懸掛裝置，基于APDL語言建立了1700 t運(yùn)梁車結(jié)構(gòu)的有限元模型。結(jié)合14種工況對1700 t運(yùn)梁車金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算及變形計(jì)算，采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法對強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果進(jìn)行判定，確保其結(jié)構(gòu)的合理性。

運(yùn)梁車；有限元；強(qiáng)度；ANSYS

運(yùn)梁車是橋梁施工專用的重載運(yùn)輸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)已制橋梁到橋梁施工現(xiàn)場的運(yùn)輸工作，運(yùn)梁車可馱運(yùn)30 m、40 m、46.5 m、53.5 m、60 m五種梁型完成作業(yè)，其中60 m梁重1700 t，本次計(jì)算針對60 m梁進(jìn)行，1700 t運(yùn)梁車金屬結(jié)構(gòu)主要采用Q345B、Q345C、Q390C、Q460B四種材料的板材焊接、銷接及螺栓連接組成[1-2]。為保證運(yùn)梁車結(jié)構(gòu)的安全性，對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析具有重要意義。本文通過一種新的建模方法，即建立大剛度多級均載梁來準(zhǔn)確模擬液壓懸掛裝置，并對其進(jìn)行了各種工況下的有限元計(jì)算，得到各工況下的應(yīng)力及變形情況[3]。

1 運(yùn)梁車結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成

運(yùn)梁車整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，結(jié)構(gòu)及橋梁質(zhì)量如表1所示。

2 運(yùn)梁車的有限元建模

2.1 幾何模型

采用了BEAM189梁單元和MASS21集中質(zhì)量單元建立運(yùn)梁車的有限元模型，運(yùn)梁車的結(jié)構(gòu)采用BEAM189建立，60 m橋梁用MASS21建立，通過RBE3命令將MASS21的重力載荷傳到前車架擺動梁及后車架承重梁的支撐處，為了模擬液壓懸掛，在前車架兩點(diǎn)支撐部分橫梁、前車架單點(diǎn)支撐部分橫梁、后車架兩點(diǎn)支撐部分橫梁及后車架單點(diǎn)支撐部分橫梁處建立大剛度多級均載梁，如圖2所示。加載時(shí)，結(jié)構(gòu)重量及橋梁重量乘以技術(shù)文件規(guī)定的載荷系數(shù)及分項(xiàng)荷載系數(shù)[4-5]，部分工況施加了風(fēng)載，應(yīng)力計(jì)算結(jié)果直接與極限設(shè)計(jì)應(yīng)力相比較。運(yùn)梁車馱梁狀態(tài)的有限元模型如圖3所示。

表1 運(yùn)梁車及橋梁質(zhì)量

1.前車架承重梁2.前車架擺動梁3.前車架主梁前段4.前車架主梁中段5.前車架主梁后段6.前車架前支腿7.前車架兩點(diǎn)支撐部分橫梁8.前車架單點(diǎn)支撐部分橫梁9.后車架承重梁10.后車架主梁前段 11.后車架主梁中段12.后車架主梁后段 13.后車架兩點(diǎn)支撐部分橫梁14.后車架超級支腿 15.后車架單點(diǎn)支撐部分橫梁16.前車架（分為一號前車架、二號前車架） 17.后車架（分為一號后車架、二號后車架）

圖2 運(yùn)梁車約束處多級均載梁

圖3 運(yùn)梁車有限元模型

2.2 載荷處理

對運(yùn)梁車所受載荷進(jìn)行處理，將載荷簡化等效施加在相應(yīng)位置，如表2所示。

3 工況介紹及載荷分析

根據(jù)運(yùn)梁車的實(shí)際作業(yè)情況結(jié)合文獻(xiàn)[4-5]的規(guī)定，確定本次計(jì)算的工況及載荷組合，工況如表3所示。

計(jì)算載荷：

工況1：運(yùn)梁車自重計(jì)算載荷P＝P×1，分項(xiàng)載荷系數(shù)γ＝1.22；橋梁自重計(jì)算載荷P＝P×2，，γ＝1.34。

工況2：P＝P×1，γ＝1.16，P＝P×2，γ＝1.22；＝600 N·m2，γ＝1.22。

工況3：P＝P×4，γ＝1.22；P＝P×4，γ＝1.22；制動加速度＝0.083 m/s2；制動水平慣性力P＝(P＋P)××5，γ＝1.34。

表2 載荷處理

表3 計(jì)算工況

工況4：P＝P×4，γ＝1.22；P＝P×4，γ＝1.22；＝0.083 m/s2；P＝(P＋P)××5，γ＝1.34。

工況5：P＝P×4，γ＝1.16；P＝P×4，γ＝1.16；＝0.083 m/s2；P＝(P＋P)××5，γ＝1.22；＝600 N·m2，γ＝1.22。

工況6：P＝P×4，γ＝1.16；P＝P×4，γ＝1.16；＝0.083 m/s2；P＝(P＋P)××5，γ＝1.22；＝600 N·m2，γ＝1.22。

工況7：P＝P，γ＝1；＝2646 N·m2，γ＝1.1。

工況8：P＝P×1，γ＝1.1；P＝P×1.1×6，6＝1.05，γ＝1.16；＝0.083 m/s2；P＝(P＋P×1.1)××5，γ＝1.1；＝96 N·m2，γ＝1.16。

工況9：P＝P，γ＝1.1；P＝P×1.25×6，6＝1，γ＝1.1。

工況10：P＝P，γ＝1.1；P＝P，6＝1.1。取爆胎位置如圖4所示。

圖4 爆胎位置

工況11：P＝P，γ＝1.1；P＝P，6＝1.1。假設(shè)前運(yùn)梁車速度低于后運(yùn)梁車，加載時(shí)在前車架擺動梁的橋梁支撐處分別沿前進(jìn)方向施加21 t力（合計(jì)42 t），同時(shí)在后車架承重梁的橋梁支撐處施加反向力21 t（合計(jì)42 t）。

工況12：P＝P，γ＝1.22；P＝P，6＝1.34；橫向坡度2.5%（橫向兩運(yùn)梁車坡度方向相反）。

工況13：前車架P＝P，γ＝1.22；后車P＝P×2，γ＝1.22；前車架P＝P/2，γ＝1.34；后車架P＝P/2×2，γ＝1.34；架橋機(jī)后支腿載荷P＝2545000×2，γ＝1.34；橫向坡度2.5%（橫向兩運(yùn)梁車坡度方向相反）。

工況14：P＝P×2，γ＝1.22；P＝6731000×2，γ＝1.34；橫向坡度2.5%（橫向兩運(yùn)梁車坡度方向相反）。

4 計(jì)算結(jié)果

按照表3所列工況要求，對運(yùn)梁車施加相應(yīng)的計(jì)算載荷，應(yīng)用ANSYS對其進(jìn)行分析計(jì)算，獲得各工況下的應(yīng)力及變形情況。各工況下的應(yīng)力及變形情況如表4所示。

表4 各工況的最大應(yīng)力

工況7各運(yùn)梁車的液壓懸掛的垂向支撐力如表5所示，懸掛最小垂向支撐力為37932 N， 整體穩(wěn)定性滿足要求。

由表4可見，運(yùn)梁車在工況4下產(chǎn)生最大應(yīng)力，最大應(yīng)力為361 MPa，發(fā)生在前車架承重梁中心位置，工況4的應(yīng)力云圖如圖5所示。

表5 工況7液壓懸掛垂向支撐力匯總

由表4可見，運(yùn)梁車在工況1下產(chǎn)生最大變形，最大變形量為179.3 mm，發(fā)生在前車架擺動梁端部，工況1的變形云圖如圖6所示。

對運(yùn)梁車應(yīng)力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匯總，如表6所示，強(qiáng)度計(jì)算滿足要求。

圖5 工況4應(yīng)力云圖

5 結(jié)論

一般情況下用有限元軟件對運(yùn)梁車建模時(shí)，將輪胎組件支撐處的邊界條件設(shè)為固定位移約束，這種建模的計(jì)算結(jié)果與運(yùn)梁車的實(shí)際受力情況相差很大，本文建立大剛度多級均載梁，可以準(zhǔn)確模擬液壓懸掛裝置的真實(shí)受力情況；應(yīng)用ANSYS軟件，對運(yùn)梁車進(jìn)行了14種作業(yè)工況下的有限元強(qiáng)度分析計(jì)算，根據(jù)分析結(jié)果，驗(yàn)證了運(yùn)梁車滿足強(qiáng)度使用要求。

表6 應(yīng)力計(jì)算結(jié)果匯總

圖6 工況1變形云圖

[1]馬玉敏. 簡述900t運(yùn)梁車結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點(diǎn)[J]. 建筑機(jī)械化，2010（4）：57-58

[2]GB/T 1591－2008，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼[S].

[3]邢海軍，張晗，韓偉峰，等. 液壓懸掛結(jié)構(gòu)的有限元建模方法[P]. 中國CN105065559A，2015-11-18.

[4]GB/T 1591－2008，起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼[S].

[5]BS EN 13001－2: 2014，Crane safety-General design-Part 2: Load actions.

Finite Element Analysis of the 1700t Transporting Girder Vehicle

MA Hongjian

( Beijing Engineering Company of CCCC Tunnel Engineering Co. Ltd., Beijing 100102, China)

In order to ensure the operation safety of the 1700t transporting girder vehicle. the finite element analysis software ANSYS12.0 is used to analyze and calculate the metal structure of the1700t transporting girder vehicle. Introduces the structure of the1700t transporting girder vehicle and 14 kinds of operating conditions. Through the establishment of a multi stage load sharing beam to accurate simulate the hydraulic suspension device. A finite element model of the 1700t transporting girder vehicle structure based on APDL language. Combined with 14 kinds of working conditions, the strength calculation and deformation calculation of the 1700t transporting girder vehicle structure are carried out. The limit state design method is adopted to judge the result of strength calculation to ensure the rationality of the structure.

transporting girder vehicle；finite element；strength；ANSYS

TH225

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.02.007

1006－0316 (2018) 02－0026－05

2017－06－27

馬紅建（1967－），男，河北新樂人，本科，高級工程師，主要從事鐵路及高速公路建設(shè)工作。