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大型龍門起重機(jī)安裝措施設(shè)計方法

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    王翠 羅興隆
    （上海寶冶建設(shè)有限公司，上海 200941）
    [摘要] 本文給出了大型龍門起重機(jī)提升工況分析的方法，針對一工程實(shí)例給出了提升主吊耳設(shè)計和龍門起重機(jī)本體加固設(shè)計時結(jié)構(gòu)計算模型的簡化、建立、約束施加的方法，通過理論分析、有限元計算、工程實(shí)例的實(shí)現(xiàn)說明了這些方法的可行性。
    [關(guān)鍵詞] 龍門起重機(jī)；安裝；液壓提升；吊耳設(shè)計；本體加固

    1 引言
    龍門起重機(jī)一般是由龍門吊主梁、剛性腿、柔性腿組成，材質(zhì)均為鋼材，設(shè)計自重隨起吊能力及龍門吊高度和跨度的不同而不同，大型龍門起重機(jī)的設(shè)計自重也會達(dá)到幾千噸，甚至上萬噸。這種大型鋼結(jié)構(gòu)的安裝通常采用地面制作、組拼，用液壓提升的方法使其高空就位，一次性提升的重量也將達(dá)到龍門吊起重機(jī)的總自重，因此，常在龍門吊原結(jié)構(gòu)上預(yù)先設(shè)置提升吊耳用于液壓提升，吊耳的設(shè)置位置、尺寸及龍門吊本體加固直接關(guān)系著整個吊裝過程的安全性。本文通過針對一具體的工程實(shí)例說明提升措施設(shè)計的方法及可行性。
    2 工程背景
    南通中遠(yuǎn)船務(wù)200t×104.5m龍門起重機(jī)安裝工程現(xiàn)已順利安裝完畢。起重機(jī)主要由主梁、剛性腿、柔性腿、上小車、下小車、維修吊及行走機(jī)構(gòu)等組成，軌道間距為104.5m，該龍門起重機(jī)主梁為雙梁結(jié)構(gòu)，整機(jī)設(shè)計自重約1400t，設(shè)計一次性提升重量約1100t, 提升高度為66m。施工圖片如圖1所示。

    3 提升主吊耳及本體加固措施設(shè)計
    主吊耳是連接龍門吊主體結(jié)構(gòu)和提升器的關(guān)鍵所在，在提升過程中將承擔(dān)所有提升重量，主吊耳直接設(shè)在龍門吊的主梁的上翼緣上，在雙肢大梁的兩端分別設(shè)置一個提升吊耳，共設(shè)置4個，設(shè)計每個提升吊耳的提升能力為400t，即每個吊耳及所連接處本體結(jié)構(gòu)將承擔(dān)4000 的集中力，而主梁上翼緣僅只有16mm厚，因此，主梁上翼緣是承擔(dān)不了這么大的集中力的。分析龍門吊主梁的結(jié)構(gòu)布置，將主吊耳的位置設(shè)置在主梁具有撐桿加固的地方，在設(shè)計時一方面將耳板設(shè)計成兩塊板以分散集中力，同時在主梁上翼緣的下面對應(yīng)進(jìn)行加固，確保荷載能夠通過這些板件傳遞到整個截面和遠(yuǎn)處的截面，從而使結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力不至于超出材料的強(qiáng)度設(shè)計值，確保提升安全。
    本工程主吊耳及本體加固設(shè)計如圖2所示。



    分析結(jié)構(gòu)時將龍門吊整個結(jié)構(gòu)及吊耳均建入模型中進(jìn)行計算是不必要的，有時也是不可行的。在提升集中荷載作用下，龍門吊主梁構(gòu)件中的應(yīng)力分布有明顯的局部性，為得到提升時主梁吊耳附近的應(yīng)力分布，比較理想的方法是將主梁加固處兩側(cè)各一定的范圍內(nèi)的全部板件帶入計算，具體取多大范圍的結(jié)構(gòu)計算可以按照這樣的原則：在提升荷載作用下，計算截面處內(nèi)力值相近。此時，計算截面處的應(yīng)力就是在截面內(nèi)力及提升集中荷載組合作用下的應(yīng)

    由于計算模型簡化為雙軸對稱的，采用1/4模型可以大大降低計算的規(guī)模，并且水平采用對稱性約束，不必另加其它強(qiáng)制約束，使結(jié)果更加合理；由于下吊耳在荷載作用下，不均勻分布的應(yīng)力有明顯的局部性，因此在該截面的遠(yuǎn)端施加豎向約束是完全合理的。1/4的有限元模型如圖6.a所示。各板件均采用shell63單元，施加荷載及約束如圖6.b所示。

    3.2 應(yīng)力計算結(jié)果
    采用單元的von－mises應(yīng)力對結(jié)果進(jìn)行判斷。von－mises理論即為第四強(qiáng)度理論：形狀改變比能理論，此理論認(rèn)為形狀改變比能是引起材料流動破壞的主要因素，亦即不論材料在什么復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，當(dāng)形狀改變比能達(dá)到某一極限時，材料就發(fā)生流動破壞。據(jù)此理論

    吊耳及主梁加固處局部von－mises應(yīng)力分布如圖8所示，最大von－mises應(yīng)力小于材料的強(qiáng)度設(shè)計值，是安全的。

    3.3 變形
    從應(yīng)力的計算結(jié)果可知，在提升的過程中結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力均小于材料的屈服強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，在安裝就位后，由提升集中荷載引起的結(jié)構(gòu)變形都可以恢復(fù)，不會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生永久性變形。
    4 結(jié)論
    （1）.主吊點(diǎn)位置的選取要使得提升階段結(jié)構(gòu)的正、負(fù)彎矩值相近，這樣可使得彎矩峰值最小；同時調(diào)整龍門起重機(jī)上、下小車的位置以使主吊點(diǎn)的反力值相近；
    （2）.主吊耳在大梁上的布置要盡量選取大梁斷面帶有桁架加固的位置，以減小提升時結(jié)構(gòu)的變形；
    （3）.本體加固設(shè)計時，加固板的設(shè)置使得龍門吊大梁的上翼緣、兩側(cè)腹板、加固板之間能形成封閉的箱形結(jié)構(gòu)，這樣不僅可以較分散的將提升集中荷載傳到大梁的兩側(cè)腹板上，而且由于箱形結(jié)構(gòu)的抗扭剛度大，可以較好的抵抗提升荷載非豎直作用時（由于側(cè)向迎風(fēng)的影響，提升荷載可產(chǎn)生傾斜）的影響；
    （4）.本體加固設(shè)計的有限元計算可采用對稱簡化的計算模型，簡化模型的選取可參考本文所用方法。
    參考文獻(xiàn)：
    [1] 王歇成、紹敏編著，有限單元法基本原理和數(shù)值方法，北京：清華大學(xué)出版社，1998.
    [2] 博嘉科技編著，有限元分析軟件：ANSYS融會與貫通，中國水利水電出版社，2002.
    [3] 龍馭球等編著，結(jié)構(gòu)力學(xué)教程，清華大學(xué)出版社.
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