岸桥后大梁拉杆支撑架有限元分析

　　摘要：以岸桥后大梁拉杆支撑架为研究对象，运用有限元分析软件进行仿真建模，对支撑架和后大梁强度进行分析，以了解其对后大梁结构强度的影响。

　　关键词: 起重机;支撑架;有限元;后大梁;

　　Abstract: Setting the rod support frame of the rear beam of shore bridge as the object, this paper applys the finite element analysis software for simulation modeling, and analyzes the intensity of support frame and rear beam, so as to understand its influence on the intensity of rear beam structure.

　　Key words: crane; support frame; finite element; rear beam

　　中图分类号：TH21 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2012)

　　1前言

　　岸边集装箱起重机(简称岸桥)，是在码头前沿进行集装箱装卸作业的起重设备，在港口中有着广泛的应用。后大梁拉杆支撑架是连接于拉杆或后大梁之间的管形结构件。根据结构布置不同有的岸桥并没有支撑架，如因此把支撑架作为非重要构件在设计中省略或简化计算，容易对结构安全留下隐患。本文以某桥吊(主要技术参数见表1)作为计算实例，对岸桥后大梁拉杆支撑架进行了分析，对比有无支撑架对后大梁结构的应力影响，并对比不同截面的支撑架在同一工况下的应力值。

　　　2理论分析

　　后大梁拉杆支撑架的主要作用是通过支持架把拉杆和后大梁连成一体，当小车满载在后伸距时，小车大部分载荷通过后拉杆直接传递到门框结构，这样可以减少后大梁根部承受的负弯矩。因此除了考虑支撑架本身结构强度，也要考虑支撑架对后大梁强度的影响。拉杆轴力对大梁这种大截面梁的结构应力影响很小，所以研究有、无支撑架有所不同，就是分析拉杆支撑架产生的附加弯矩对后大梁的影响。

　　(1)有后拉杆支撑架时，拉杆的轴向力F主要通过支撑架的两个支腿向下传递，两个支腿和后大梁组成超静定结构，作用在拉杆铰点水平分力T，拉杆垂直分力V，拉杆垂直分力产生的弯矩M1，拉杆水平分力产生的弯矩M2，拉杆对后大梁产生的附加弯矩M，附件弯矩的方向与大梁自重及载荷方向相反，因此附加弯矩M是对大梁根部弯矩有利的。

　　T=cosα*F;V=sinα*F;M1=V*L;M2=T*H;M=M1+M2

　　**α 为后拉杆与后大梁之间的角度

　　**L 为栏杆铰点距离上横梁距离

　　**H 为拉杆铰点到后大梁表面高度

　　(2)无后拉杆支撑架时，拉杆直接连接在后大梁上节点板上，后大梁只受沿着拉杆方向的轴向拉力F。

　　3力学模型的建立

　　3.1 单元类型

　　岸桥整机结构较为复杂，采用手工计算，需做大量的简化处理，而难以得出后大梁拉杆支撑架准确的应力和后大梁的弯矩值。而Ansys有限元建模，能准确地仿真出整机结构的力学特性，直观地反应出有、无后大梁拉杆支撑架对结构各方面性能的影响。该模型由四种单元类型组成，箱体结构采用BEAM 44，管结构采用PIPE 16，拉杆采用LINK 8，集中质量采用MASS 21。共有704个单元和718个节点。

　　4 计算分析

　　由第2节理论分析可知，后大梁拉杆支撑架对整机强度影响最大的构件是后大梁，此处选取对小车满载在后大梁最大后伸距时最不利的正常工作工况进行分析，评估有、无拉杆支撑架对后大梁的强度影响。

　　工作工况下小车满载在最大后伸距时，后拉杆支撑架对后大梁的强度影响很大。有支撑架后大梁根部应力为168.8Mpa，无支撑架应力为206.8Mpa，应力比为1.23。如果图纸借用在别的项目，直接去掉支撑架而后大梁板厚没有增加就会使大梁根部应力超过许用应力，这也是在平时设计中容易忽视的问题。对比以上结果不难发现后大梁拉杆支撑架可以减少后大梁根部的最大应力。附加弯矩在荷载位置不变的情况下是作为恒值作用在整个后大梁上，这会使后大梁中部区域，也就正弯矩区域弯矩变大。如果增加后大梁拉杆支撑架，我们需要校核此区域的应力是否超出许用应力，是否需要增加板厚，同时可以通过校核后大梁根部应力减少板厚。

　　可知，当管截面为Φ500X10时，应力已超过许用用力190Mpa，这时构件已存在失效可能，这是应该避免的设计。Φ500X14时，应力已接近许用应力，考虑受压构件稳定系数影响，采用Φ500X14也偏不安全。因此本设计中使用Φ500x18管材作为拉杆支撑架主材，同时说明拉杆支撑架需要进行详细计算，不能以虚拟单元代替而忽略掉其真实应力值。

　　5 结语

　　通过有限元仿真计算分析，充分地认识了后大梁拉杆支撑架在岸桥结构中的作用，有利于指导结构设计，优化结构布置，在工程应用中也有一定的参考意义。

　　参考文献

　　[1] BS 2573: Part 1: 1983, Rules for the design of cranes. Part 1: Specification for classification, stress calculations and design criteria for structures..

　　[2] 符敦鉴.岸边集装箱起重机[M].湖北：湖北科学技术出版社，2007.

　　[3] GB50017-2003 钢结构设计规范[S]

　　[4] 起重机设计手册编写组.起重机设计手册[M].北京：机械工业出版社，1998.

　　[5] 龚曙光.Ansys 操作命令与参数化编程[M].北京：机械工业出版社，2003

　　[6] GB50011-2010 建筑抗震设计规范[S]

　　姓名，周雪茹 性别，女 出生年月，19801017 学历，硕士 籍贯上海，工作单位上海振华重工(集团)股份有限公司陆上重工研究院

　　研究方向：岸边桥式起重机金属结构。

　　姓名，蒋健 性别，男 出生年月，19801017 学历，硕士 籍贯上海，工作单位上海振华重工(集团)股份有限公司陆上重工研究院

　　研究方向：岸边桥式起重机金属结构。