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    基于ANSYS的液壓平臺結構有限元分析

    發布于:2024-05-30 17:50
    有限元分析

          施工液壓平臺由中心鼓圈、輻射梁、拉索、環梁、外吊架、井架及抱桿等組成。輻射梁頂面用于施工材料、設備的臨時堆放及人員的水平輸送;平臺頂面設置一根抱桿,通過卷揚機形成簡易的垂直運輸工具;煙囪筒壁混凝土內均勻埋設爬桿,由穿心式液壓千斤頂通過爬桿向上爬升,從而帶動輻射梁上升,實現液壓平臺的提升。液壓施工平臺結構如圖所示。
          由于液壓施工平臺結構復雜、超靜定次數高、所受荷載種類繁多,手算過程比較繁瑣并且會因過度簡化而導致計算結果偏差較大,因此,本文采用有限元分析軟件ANSYS對平臺主結構進行計算,根據其計算結果對施工平臺進行優化。
          此次模擬原點位于平臺中心,z軸正向為豎直向上,x軸和y軸在平臺面內分別指向直徑方向。以各型鋼的形心軸線建立模型,系統包括中心鼓圈上環附屬桿、中心鼓圈上環支撐桿、中心鼓圈上環、中心鼓圈下環、中心鼓圈立桿、輻射梁、拉索、環梁、井架和爬升桿。模型拉索采用LINK10單元,其他桿件均采用BEAM188單元。由于爬升桿埋在混凝土里,因此此次模擬約束爬升桿6個自由度,即固定約束。整體模型如圖所示。
          按最不利工況計算:平臺處于10m以下標高,筒身外半徑為18500mm,混凝土壁厚650mm,抱桿工作,可變荷載作用在輻射梁上。以下標高,筒身外半徑為18500mm,混凝土壁厚650mm,抱桿工作,可變荷載作用在輻射梁上。
          平臺的剛度按最不利工況計算:抱桿工作,可變荷載作用在平臺中心。
          永久荷載分項系數取1.2,可變荷載分項系數取1.4,基本風壓按0.6kN/m2考慮。按規范要求,驗算撓度應采用荷載標準值,計算承載力應采用荷載設計值。平臺荷載分類見表。
          施工平臺結構強度和剛度計算結果如圖所示以下應力單位均為MPa,位移單位均為mm。
          根據GB50017-2003《鋼結構設計規范》,由于鋼材采用Q235鋼且厚度小于16mm,因此鋼材強度設計值[σ]=215.0MPa。
          此平臺為特殊結構形式,豎向剛度無相應標準可查,用戶根據使用經驗及施工要求確定結構撓度容許值[f]=L/250。平臺整體跨度L1=35280mm,撓度許用值[f1]=L1/250=141.1mm;鼓筒上平面最長平桿長度L2=11710mm,撓度許用值為[f2]=L2/250=46.8mm。根據原結構應力結果可知:中心鼓圈上平面平桿、中心鼓圈上環等應力遠遠大于許用應力215.0MPa。由于中心鼓圈直徑較大,上平面平桿支撐力不夠,導致其局部強度嚴重不足,不能滿足平臺的受力要求,考慮加大型鋼型號;同時,由于環梁應力較小,考慮減小環梁型鋼型號。由原結構位移結果可知:最大豎向位移出現在平臺中心,為241.0mm>[f1]=141.1mm,撓度不能滿足要求。主要是因為平臺跨度大,輻射梁提供的支撐剛度有限,平臺整體下撓較多,因此考慮加大輻射梁型鋼型號。優化后結構計算成果分析結構進行優化后,強度和剛度計算結果如圖。
          由優化后的平臺結構應力分析結果可知:中心鼓圈上弦最大應力為219.7MPa>[σ]=215.0MPa,超出許用值2%(如圖所示)。分析其原因為鼓筒上平面平桿與輻射梁相交處拉開距離,此時為抱桿工作,施工可變荷載作用在輻射梁上,施工過程中應注意監測。輻射梁最大應力為210.5MPa,環梁最大應力為106.3MPa,中心鼓筒下弦最大應力為195.4MPa,以上應力均小于許用值,滿足設計要求。



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