计及附着柔性的塔式起重机附着撑杆受力计算分析

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1、DesignandCalculation工程机械第42卷2011年5月设计·计及附着柔性的塔式起重机附着撑杆受力计算分析计算詹伟刚，陆念力，兰朋（哈尔滨工业大学机电工程学院）lllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll摘要：为了更为合理地对塔式起重机附着撑杆的安全性进行校核，提出考虑附着柔性的附着撑ll杆受力计算方法，并根据求得的受力进行撑杆强度验算。针对一种典型的三杆式附着塔式起重机进行lll完整的附着撑杆受力计算，提供一种简洁明了的计算方法与过程，以便实际工程使用和借鉴。对实际塔lll式起重机附着撑杆受力进

2、行计算ll，并且通过有限元分析软件验证了该方法计算的正确性和有效性。lllllllllllllllllllllllllllllllllllll关键词：塔式起重机；柔性附着；附着撑杆；有限元当塔式起重机（以下简称塔机）工作高度大于其最大独立高度后，需进行附着。在实际工程中，由于受到附着环境限制等各种原因影响，将无法采用塔机说明书中的尺寸进行附着作业，因此需重新对[1]附着撑杆进行校验或重新设计。以往的附着撑杆的受力计算，均不考虑附着装置的柔性，强化了附着，显然是不够安全的，故计及附着装置柔性的撑杆受力计算在实际工程中具有一定研究价值。1塔身的刚度计算

3、8格构式塔架，由于其结构形式复杂，影响因素多，超静定次数较高，求解难度较大。因此，在计算中，可将格构式结构等效为简单的实腹式结构。每一段塔架为立体结构，等效而成的单元自由度定义图1等效塔架单元模型为如图1所示的模型。EIdi126l若不考虑轴向的变形，则该单元每个节点具有Ai=3l6l4l2ll5个自由度，分别为沿X方向和Y方向移动、转动EIdi-126lBi=3l-6l2l2ll以及沿Z方向的扭转。单元的刚度阵为：EIdi-12-6llll0ll0ll0ll0lCi=3l2l（i=x，y）lAx2×22×1Bx2×22×1ll-6l4llllll

4、ll0All0ll0Bll0ll2×2y2×12×2y2×1l式中：G为剪切模量；Idi为沿（ii=x，y）方向的等效抗弯lllllGIGIllll0ll0pll0ll0-pl惯性矩；Ip为格构式塔架绕Z轴的等效扭转惯性矩；l1×21×21×21×2lllllllllE为弹性模量；l为单元的长度。由上面的刚度阵可K=lTllll0ll0ll0ll0llB2×22×1Cx2×22×1l以看出，在保证等效塔架单元长度与格构式塔架结lxllllllTl构长度相同的情况下，塔身的等效工作主要为抗弯lll02×2Bll02×1ll02×2Cyll02×1ll

5、ylllll惯性矩Idi的等效，以及扭转惯性矩Ip的等效。lGIGIllll0ll0-pll0ll0pll1×21×21×21×2lllll1.1塔架单元等效抗弯惯性矩ll10×10（1）对于独立高度时的格构式塔架，当只受端部水*基金项目：国家科技支撑计划项目（2006BAJ12B04-3）。作者简介：詹伟刚（1985—），男，浙江人，博士，研究方向：机械结构非线性与稳定分析。—50—第42卷2011年5月工程机械DesignandCalculation[2-5]平力Q时，则引起的侧向位移可以表示为：δbb———b片柔度系数，在b片桁架上作用单位3

6、设Δ=QHβ1（2）力Pb时，Pb方向的位移；计·3EIδab，δba———相关系数，为Pa=1时Pb方向的位式中：H为塔架的高度；I为抗弯惯性矩；β1为腹杆的移及Pb=1时Pa方向的位移。计[2]算影响系数，其具体的形式可参照腹杆影响系数表。联立（5）、（6）、（7）式，可以得到：根据端部位移相等原则，将格构式结构等效为bbPaMnbδbb-aδab实腹式结构，并设等效为实腹式结构后的等效抗弯=a2δ+b2δ-2abδbb（8）Pbaabbabaδaa-bδab惯性矩为Idi，则：根据扭转刚度Kφ的定义则有：33HHΔ=Q3EIβ1=Q3EI（3

7、）Kφ=Mn（9）diφ得到等效抗弯惯性矩的表达式为：把（8）式代入（7）式得：IIdi=（4）ΔaM（δδ-δ2）bβbb=naabbabbb（10）1a2δ+b2δ-2abδΔbaabbaba得到等效抗弯惯性矩后，只需将求得的等效抗把（10）式代入（6）式得：弯惯性矩代入公式（1），就可以得到格构式等效为2实腹式后的塔架等效刚度阵。φ=2M（nδaaδbb-δab）（11）22aδaa+bδbb-2abδab1.2塔架单元扭转刚度及等效扭转惯性矩故塔架的扭转刚度为：塔架扭转模型如图2所示。塔架两个侧面分别22Kφ=aδaa+bδbb-2abδa

8、b（12）2称为a面和b面，对应宽度分别为a和b，当塔架顶2（δaaδbb-δab）部受转矩Mn作用时，角点的位移可表示为