莊愛軍

摘 要：安裝傳統(tǒng)的塔吊起重機(jī)需要遵循固定的塔吊基礎(chǔ)。這種塔吊的基本構(gòu)造很復(fù)雜。如果應(yīng)用不當(dāng)，則可能會(huì)造成環(huán)境污染，影響周圍管道的建設(shè)。而移動(dòng)起重機(jī)的出現(xiàn)解決了固定基礎(chǔ)的問題。本文使用UG完成了三維結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)，使用ANSYS軟件分析節(jié)點(diǎn)的機(jī)械特性。塔吊的移動(dòng)支架設(shè)計(jì)包括鋼筋混凝土及其他安裝部件。根據(jù)結(jié)構(gòu)性荷載、移動(dòng)裝配的要求，設(shè)計(jì)移動(dòng)塔吊基礎(chǔ)鋼梁結(jié)構(gòu)性斷面和尺寸。結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，利用UG完成結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：塔吊;基礎(chǔ)鋼梁;力學(xué)性能

中圖分類號(hào)：TU476 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）07-0176-05

Research on the Structure and Mechanical Properties of the Steel Beam Based on the Mobile Tower Crane Foundation

Zhuang Aijun

（Shenzhen Suzhong Jiuding Mechanical Equipment Co.， Ltd.， Shenzhen 518100， China）

Abstract：To install a traditional tower crane， a fixed tower crane foundation must be followed. The basic structure of the tower crane is very complex. If not used properly， it may cause environmental pollution and affect the construction of surrounding pipelines. The appearance of mobile crane solves the problem of fixed base. In this paper， UG is used to complete the design of three-dimensional structure model， and ANSYS software is used to analyze the mechanical characteristics of nodes. The mobile support design of the tower crane includes reinforced concrete and other installation components. According to the requirements of structural load and mobile assembly， the structural section and dimension of steel beam of mobile tower crane foundation are designed. Based on the existing equipment design experience， UG was used to design the structure and mechanical properties.

Key words：tower crane; foundation steel beam; mechanical properties

在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的過程中，建筑產(chǎn)業(yè)的地位越來越至關(guān)重要。建筑產(chǎn)業(yè)是國家經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)業(yè)部價(jià)值約為5%，一直以來都保持著較高的價(jià)值。移動(dòng)式基礎(chǔ)鋼梁具有更環(huán)保、更容易運(yùn)輸和安裝等特點(diǎn)，通常被用于塔吊的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。本研究將以計(jì)算機(jī)分析為輔助，研究基于移動(dòng)塔吊基礎(chǔ)鋼梁結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能，以進(jìn)一步改善移動(dòng)塔吊基礎(chǔ)鋼梁的結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能，為塔吊應(yīng)用提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。

1 移動(dòng)塔吊基礎(chǔ)鋼梁的力學(xué)性能計(jì)算

1.1 載荷計(jì)算

1.1.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)

塔機(jī)自重：F1=255kN;塔吊的最大安裝高度：H=32.8m;塔身的寬度：B=1.63m;最大起重重荷載的工作范圍：2.1～13.45m;起重的最大工作范圍：45m;塔吊基礎(chǔ)混凝土的強(qiáng)度等級：C32;平衡重：G4待算;平衡臂的長度：9.256m;平衡臂的重量：49kN;起重臂的總重量：47.23kN;吊鉤與小車自重：3.75kN。

1.1.2 風(fēng)載

（1）工作狀態(tài)下的風(fēng)載計(jì)算。在工作狀態(tài)下的風(fēng)級一般都是八級或者八級以下。因此，在計(jì)算工作狀態(tài)下的風(fēng)載時(shí)，可以假設(shè)最高的風(fēng)俗為等于8級或者小于8級，那么這種情況下的風(fēng)壓則是0.25kN/m2。

風(fēng)載Wk的計(jì)算公式如下：

在上述公式中，高度z處的風(fēng)振系數(shù)是βZ，風(fēng)載的體型系數(shù)是μs，風(fēng)載的高度變化系數(shù)是μz，基本風(fēng)壓是 （kN/m2）。

βZ的取值。把結(jié)構(gòu)順風(fēng)向風(fēng)振受到結(jié)構(gòu)風(fēng)壓脈動(dòng)的影響納入考慮范圍，而且βZ的取值必須基于對基本自振周期T1的了解。T1可以作以下估算：

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中標(biāo)明：T1=（0.007～0.013）H，因此鋼梁結(jié)構(gòu)可以取得高值，所以得出：T1=0.013H=0.013×3.15=0.41。而從《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中也可知。所以，，。而由于要將塔臂受到的影響納入考慮范圍，所以，風(fēng)壓高度的變化系數(shù)為31.5m，則μz=1.4。

以上數(shù)據(jù)計(jì)算可得：

μs的取值以塔機(jī)的規(guī)格為基礎(chǔ)，算得：

塔機(jī)擋風(fēng)系數(shù)

塔機(jī)體型系數(shù)

作用在塔機(jī)表面上的風(fēng)載的標(biāo)準(zhǔn)值WK

如果將塔機(jī)視為單根構(gòu)件，那么剛作用在其上的風(fēng)載等效值如下：

（2）非工作狀態(tài)下的風(fēng)載計(jì)算。在非工作狀態(tài)下風(fēng)壓是，風(fēng)載在塔機(jī)底部產(chǎn)生的傾覆力矩Mwk：

1.1.3 塔機(jī)的傾覆力矩

平衡重設(shè)的原則為：滿載處于工作狀態(tài)時(shí)，塔身的前傾彎矩與空載非工作狀態(tài)時(shí)塔身的后傾彎矩接近。

（1）工作狀態(tài)塔機(jī)的傾覆力矩。大臂自重產(chǎn)生的力矩：

最大起重載荷產(chǎn)生的力矩：

小車產(chǎn)生的力矩：

平衡臂產(chǎn)生的力矩：

平衡塊產(chǎn)生的力矩：

（2）非工作狀態(tài)下塔機(jī)的傾覆力矩。非工作狀態(tài)下塔機(jī)的后傾覆力矩：

所以：

，

1.1.4 最大彎矩

由以上情況可以得知， 塔吊主要存在兩種危險(xiǎn)工況：第一，工作情況下滿載;第二，非工作狀態(tài)。

;

可得：

F1=325.12kN ; F3=30.34kN

作用于兩根螺栓上的壓力和拉力：

受力面積是19542.3mm2

2 移動(dòng)塔吊基礎(chǔ)鋼梁的力學(xué)性能計(jì)算

2.1 分析步驟

2.1.1 導(dǎo)入模型

在有限因素分析中，ANSYS模型比其他軟件方便，所以通常使用的軟件需要與其他軟件相互作用。本文用UG制作了單色模特兒，然后將它介紹給ANSYS。進(jìn)行建模后，UG軟件可以發(fā)送大量格式文件，以便與STEP、STL、PARASOLID等軟件相互作用。例如，形式有其固有的特性。

STP：文件擴(kuò)展名的位置。以UG形式提供STEP203和STEP214兩個(gè)階段。

STL：小型飛機(jī)模型文件類型。用于快速打字。

PARASOLID：這種模式有很多優(yōu)點(diǎn)。使用了很多的軟件安裝系統(tǒng)。使用UG與ANSYS軟件相互作用時(shí)，前3種方式一般會(huì)導(dǎo)致面部或面部受損，從而引發(fā)許多計(jì)算問題。PARASOLID模式可以很好地存儲(chǔ)模型信息。本文采用的形式是UG import ANSYS轉(zhuǎn)換。

ANSYS：點(diǎn)擊導(dǎo)入文件PARASOLID >。在命令欄中輸入/ facet，以完成獨(dú)立模式導(dǎo)入。

2.1.2 單元選擇

常三維結(jié)構(gòu)的solid185單元具有8個(gè)節(jié)點(diǎn)來定義。每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括3個(gè)自由度。沿著x，y，z方向的單元有超彈性如圖1所示。

每個(gè)元素都有8個(gè)節(jié)點(diǎn)，由異方材料定制?；緝r(jià)為全球坐標(biāo)系。當(dāng)向?qū)У膲毫υ谪?fù)載時(shí)，溫度對陽性的影響可以用作能量的形式。全球坐標(biāo)系統(tǒng)可以向目標(biāo)輸出應(yīng)力和變形。輸入SOLID185元素，節(jié)點(diǎn)包括：1，J， K， L， M， N， O， P，節(jié)點(diǎn)自由度是：UX， UY。提供錯(cuò)誤：KEYOPT（2） -0的情況下，不能出現(xiàn)實(shí)數(shù)。只需HGSTF-KEYOPT即可使用正數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)為1.0，材料參數(shù)時(shí)EX， EY， EZ （PRXY PRYZ， PRXZ或NUXY， NUYZ， NUXZ），ALPX， ALPY， ALPY， ALPZ（或CTEX）。GYZ THSZ、洞穴、GXY、GXZ、濕式表面承重壓力：表面1 （JILK）、表面4 （IJNM）、表面4 （KLP-0）、負(fù)重、溫度4 （L）、T （J）、T （K）、T （L）、T （M）、T （N）、T （P）;特征：可塑性，提高了粘性坐墊應(yīng)力，包括TB命令A(yù)NEL的啟動(dòng)在內(nèi)的大變形。一般Solid65設(shè)備是用來模擬鋼筋模型的，使用這個(gè)裝置可以模擬破裂和破裂。

在分析過程中使用Solid65處理特定情況，然后使用改善事項(xiàng)進(jìn)行模擬。其他情況下，還可以用Solid65做復(fù)合材料（如玻璃纖維），也可以用地質(zhì)材料（如巖石）。Solid65在非線性材料加工中有著非常重要的應(yīng)用領(lǐng)域。該裝置可模擬鋼筋桿子的壓縮、加蓋、增高及其他特性，而Solid65則可用于模擬鋼筋單杠的性能。和單位加密卷中的每一個(gè)加密卷相比，是提高音量的速度。如果加固材料的數(shù)量和0或單位材料的數(shù)量相同，就不會(huì)考慮包括體積比率、材料數(shù)量、方向角度等，在實(shí)際加固中可以定義相關(guān)的每個(gè)變量。

縮短張力和縮短壓縮強(qiáng)度是影響龜裂的變量。塔吊的基本結(jié)構(gòu)是由混凝土結(jié)構(gòu)和鋼架結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。SOLID65的假定和限制，不能使用加密卷為0的像素。這個(gè)設(shè)備可以編號(hào)，它可以讓1 JKL取代MNOP的表面。不可旋轉(zhuǎn)的單位來自兩個(gè)分離的物體。每個(gè)單元都必須有8個(gè)節(jié)點(diǎn)。O、P、L和節(jié)點(diǎn)連在一起，就是棱鏡。如果需要考慮加固系數(shù)，設(shè)備可能會(huì)分散加固材料，但加固系數(shù)最高不超過1%。如果裂紋和破損是分析的主要損傷，那么在分析混凝土?xí)r裝卸速度應(yīng)該會(huì)變慢。荷重在運(yùn)到混凝土之前可能會(huì)避開甚至造成“假粉碎”。如果垂直龜裂嚴(yán)重，這種現(xiàn)象多為拋射效果。合并過程中也會(huì)出現(xiàn)類似的情況。通過這一步驟，小性價(jià)格將比前一階段更快地收集。同時(shí)輸出將會(huì)顯示小孔和破裂引起的變形。這時(shí)，由于要素被粉碎，鋼筋的效果獲得了相應(yīng)的傳單強(qiáng)度，傳單的硬性增強(qiáng)不了。材料是非線性的，特別是考慮到裂紋和裂紋不能適用的兩個(gè)要素。其中一個(gè)原因是壓力增強(qiáng)。另一個(gè)是發(fā)生了大變化。

2.1.3 網(wǎng)格劃分

采用自由劃分、映射劃分以及掃掠劃分的方法來進(jìn)行ANSYS的網(wǎng)格劃分如。

操作步驟：①創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn);②創(chuàng)建分割面;③切分棱柱;④劃分網(wǎng)格，得到高質(zhì)量網(wǎng)格如圖2所示。

2.2 預(yù)緊力分析

當(dāng)溫度降低時(shí)，物體就會(huì)變形。受到拘束，結(jié)構(gòu)變形后，拉力隨之起作用。在開始溫度下可轉(zhuǎn)換負(fù)重影響。第一次安裝時(shí)沒有預(yù)先安裝連接設(shè)備。但是溫度負(fù)荷在伏特上。其他組成部分不會(huì)影響溫度的變化。伏特會(huì)收縮。這時(shí)為了防止收縮，螺栓啟動(dòng)時(shí)便會(huì)產(chǎn)生拉力。將早期的負(fù)重應(yīng)用于螺栓后，用等價(jià)溫度負(fù)重檢查是否超重。

設(shè)置縮放平面：預(yù)置伏特后鎖住其功能、強(qiáng)度和可信度都能提高。還可以更細(xì)致地連接。測試結(jié)果表明，這種方法可以提高安全性和壽命，在研究過的紙上，建立了預(yù)先加載的表面程序，以便將結(jié)構(gòu)分解到網(wǎng)格中。

預(yù)壓單位特性：自定義后一般包括平面組預(yù)壓。此表面在預(yù)壓單元的兩側(cè)，由2D單位一同進(jìn)行。在圖3中，點(diǎn)J被用作連接點(diǎn)保存。通常來說，這兩點(diǎn)離得很近。節(jié)點(diǎn)K預(yù)先載入，到處都可以看到。它是有一定的自由的，可以用在力量型壓力下。prish是朝實(shí)際方向工作的。

2.3 移動(dòng)基礎(chǔ)受力分析

本文所涉及的結(jié)構(gòu)包括負(fù)重一半，應(yīng)力一半。要使對稱模型簡單化，分析中只需要分析結(jié)構(gòu)的一半就可以了。ANSYS可以完全加力來解決模塊的問題。水泥壓縮面被壓面，底部被壓面，不受地面和側(cè)混凝土的約束。因?yàn)槭菍ΨQ的，在yz對稱荷重的對稱約束條件。如圖4所示。

GUI操作：地面和混凝土：解決方案>定義加載>應(yīng)用>結(jié)構(gòu)>位移>在地區(qū)>先擇面>自由約束或者加全約束。

對稱約束：解決方案>定義加載>應(yīng)用>結(jié)構(gòu)>位移>對稱 B.C>選擇面>加對稱約束。

求解控制：BASIC 選項(xiàng)中分析選項(xiàng)選擇大位移靜態(tài)。時(shí)間控制選項(xiàng)卡中數(shù)量的子步驟設(shè)置為20步。打開DOF求解預(yù)測和線性搜索。

計(jì)算GUI步驟：解決方案>解決>從LS文件>從一到二步計(jì)算。

3 處理后結(jié)果分析

使用三步加載方法，得到的計(jì)算結(jié)構(gòu)，接著從應(yīng)力情況和位移這兩方面來對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

圖5中，最大變型為0.07～15mm。最大的壓縮力是水泥和螺栓連接的下端小孔的表面。如圖6所示。以寬度方向水泥的軸方向壓縮應(yīng)力的變化趨勢如圖7所示。水泥的最大應(yīng)力為1.78 MPa，低于30 MPa。C30混凝土的允許壓縮應(yīng)力表示水泥滿足要求。

激光束將在flat volt連接右側(cè)的最大應(yīng)力點(diǎn)之一上顯示，如圖8所示。此外，還可根據(jù)主軸ya軸獲得印章應(yīng)力曲線如圖9所示。最大的印章應(yīng)力17.3 MPa中圖像的Q235鋼鐵頻道的最大印章強(qiáng)度為375～500 MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示滿足設(shè)計(jì)的要求。

塔吊基礎(chǔ)的自由活動(dòng)部分左側(cè)最大應(yīng)力出現(xiàn)在圖10中。其值為193MPa， 而12.9V的拉伸強(qiáng)度為1220MPa，滿足要求事項(xiàng)。

4 結(jié)論

文章使用UG軟件設(shè)計(jì)模型來滿足使用要求。優(yōu)點(diǎn)是安裝安全、移動(dòng)方便和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠為了便于計(jì)算，二分之一的模型被用來分析各種因素。嵌入式元件ANSYS是用在移動(dòng)基礎(chǔ)的機(jī)械分析上，并檢查鋼梁的強(qiáng)度、混凝土強(qiáng)度和螺絲釘強(qiáng)度。

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