重載橋式運(yùn)輸框架計(jì)算及應(yīng)用

摘要：本文采用ansys軟件，對(duì)國(guó)內(nèi)重載橋式運(yùn)輸框架進(jìn)行驗(yàn)算，在改變節(jié)點(diǎn)支撐桿位置的情況動(dòng)載分析計(jì)算，驗(yàn)算南方彎道多情況下，橋架強(qiáng)度和穩(wěn)定性，并給出了處理措施。

關(guān)鍵詞：重載橋式運(yùn)輸框架、強(qiáng)度、穩(wěn)定性、屈曲強(qiáng)度、承載力

1. 概 述

隨著市政、石化、能源工程建設(shè)，大件運(yùn)輸?shù)玫窖杆侔l(fā)展，三超貨物（超高、超寬、超重）越來(lái)越多，橋梁凈空及公路軸載的限制，對(duì)運(yùn)輸車(chē)輛要求更高。重載橋式運(yùn)輸框架與液壓軸線車(chē)配合，可用于小于330t、長(zhǎng)11m寬3.4m高5m的設(shè)備運(yùn)輸。為拓寬應(yīng)用范圍改造框架，并通過(guò)ANSYS軟件進(jìn)行動(dòng)載校核。

1.1 橋架結(jié)構(gòu)說(shuō)明

橋架為三段式設(shè)計(jì)，每段的長(zhǎng)度均為11.5米。變壓器運(yùn)輸時(shí)橋架的承載是動(dòng)態(tài)載荷，故橋架的穩(wěn)定性是重要安全因素。主框架上貨臺(tái)兩側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)了18根拉桿，每根拉桿的位置按空間受力情況進(jìn)行配置，以保證橋架滿(mǎn)足使用的穩(wěn)定性要求。拉桿中間部分為φ140×10mm的無(wú)縫鋼管，兩頭為粗牙螺紋配合的接頭，以實(shí)現(xiàn)拉桿長(zhǎng)度的可調(diào)節(jié)性，保證橋架組裝的工藝性和貨臺(tái)寬度可調(diào)性。

承載托梁最大載荷為320t，由兩牛腿或承載托梁承力后傳到中間主框架梁上。中間主框架受力后，通過(guò)銷(xiāo)軸連接傳遞到前后斜框架，傳到橫向均載梁上。拉桿起支撐穩(wěn)定作用。

1.2 主要問(wèn)題

1、橋架撐桿位置單邊外移0.94m，總移位1.88m，滿(mǎn)足變壓器空間（長(zhǎng)寬高12.5m、3.4m、5m）。這將影響橋架整體穩(wěn)定性，同時(shí)導(dǎo)致橋架整體的直線度、旁彎度加大。撐桿移位遠(yuǎn)離節(jié)點(diǎn)0.94m，導(dǎo)致受力變化，局部連接板和焊縫應(yīng)力惡化，可能導(dǎo)致局部失效。

2、如果運(yùn)輸最大速度15公里/時(shí)，正常速度8公里/時(shí)。道路轉(zhuǎn)彎振動(dòng)頻率為1次每秒。

1.3 驗(yàn)算內(nèi)容

主要驗(yàn)算該橋架改造后是否可用，及南方彎路的適應(yīng)狀況。

1、空間框架移位后橋架強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。φ140×10（mm）撐桿移位后能否滿(mǎn)足使用要求？

2、若滿(mǎn)足要求，該橋架改造、使用注意事項(xiàng)有那些？若不滿(mǎn)足要求，有何處理辦法？

2. 計(jì)算模型和假定

按照運(yùn)輸施工碰到的問(wèn)題，對(duì)橋架的承載力和作整體穩(wěn)定和局部分析。驗(yàn)算思路如下：① 直接對(duì)改造后的橋架建立計(jì)算模型（如圖3），先作一階線彈性分析，求出結(jié)構(gòu)內(nèi)力，并按照鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范進(jìn)行常規(guī)的桿件設(shè)計(jì)檢驗(yàn)。② 如果彈性分析結(jié)合規(guī)范檢驗(yàn)通過(guò)，則表明桿件的承載力足夠，也認(rèn)為強(qiáng)度不起控制作用。③ 作線性屈曲分析，求出橋架的“可能失穩(wěn)形式”，按此形式考慮結(jié)構(gòu)的初始缺陷，修改計(jì)算模型，并作考慮幾何非線性的整體穩(wěn)定性分析，加載直到計(jì)算結(jié)果不收斂，認(rèn)為結(jié)構(gòu)已經(jīng)破壞。④ 提出橋架整體穩(wěn)定承載力的定義，并從“支座反力～控制點(diǎn)位移”關(guān)系曲線中提取承載力。按①～④思路分析時(shí)，基于以下幾個(gè)假定和原則：

（1）橋架自重分項(xiàng)系數(shù)取1.2，起吊重量（3200kN）的分項(xiàng)系數(shù)取1.4。

（2）如果彈性分析結(jié)構(gòu)和規(guī)范檢驗(yàn)表明構(gòu)件的承載力足夠，則認(rèn)為強(qiáng)度不起控制作用，鋼材仍然處于彈性階段，作非線性分析時(shí)不考慮材料非線性的影響。

（3）非線性屈曲分析計(jì)算的成果是支座反力～位移曲線，取承載力位移曲線直線段與曲線段分界點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的支座反力作為橋架的極限承載力。

（4）非線性分析時(shí)未考慮單元?jiǎng)澐置芏葘?duì)分析的影響。

3. 線彈性分析和規(guī)范檢驗(yàn)

線彈性分析結(jié)果如下：結(jié)構(gòu)第一周期1.243s，整體橫向擺動(dòng)；第二周期0.741s，中間梁整體橫向?qū)ΨQ(chēng)內(nèi)外擺動(dòng)；第三周期0.644s，結(jié)構(gòu)整體橫向豎向擺動(dòng)，伴隨有扭轉(zhuǎn)。構(gòu)件的最大應(yīng)力比為1.048，基本滿(mǎn)足要求。對(duì)應(yīng)力比較大的構(gòu)件，提取相應(yīng)的軸力和彎矩進(jìn)行手算，以校核程序規(guī)范檢驗(yàn)的正確性。

3.1 拉梁上弦桿的承載力驗(yàn)算

4. 屈曲分析

前4階屈曲荷載系數(shù) 為： ； ； ； 。若以豎向總和 作為結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定承載力，這意味著按上述計(jì)算模型計(jì)算得到的各階屈曲承載力為 。屈曲分析未考慮結(jié)構(gòu)的初始缺陷，計(jì)算結(jié)果總是高估結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定承載力。為了得到橋架的真實(shí)承載力，考慮跨度的0.5%最大初始缺陷或最大制造誤差： 。

從前4階屈曲模態(tài)的荷載系數(shù)（或稱(chēng)為荷載因子）和形狀看來(lái)，只有第2階屈曲模態(tài)是正對(duì)稱(chēng)的，即只有對(duì)該模態(tài)進(jìn)行非線性分析才能得到較大支撐桿的軸力（該軸力是壓力）；另外，第1～3階屈曲模態(tài)的荷載系數(shù)比較接近，稍有擾動(dòng)或者初始缺陷均有可能成為首先屈曲的形式，必須進(jìn)行非線性屈曲分析，而第4階屈曲模態(tài)的屈曲荷載系數(shù)較大，一般情況下橋架不會(huì)按此模態(tài)屈曲，故作非線性分析時(shí)不考慮。第一階～第四階屈曲模態(tài)的形式和荷載系數(shù)如圖3～6所示。

5. 非線性分析和橋架的承載能力

以屈曲分析計(jì)算得到的前三階屈曲模態(tài)為基礎(chǔ)，考慮0.5%的初始缺陷后，分別建立三個(gè)模型進(jìn)行非線性屈曲分析，計(jì)算結(jié)果列于表1。表1的極限承載力和容許承載力按照假定3的條件進(jìn)行定義。

6. 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸施工結(jié)果

本文介紹了重載橋式運(yùn)輸框架的動(dòng)載計(jì)算方法，通過(guò)分析，無(wú)論是常規(guī)線彈性分析或者是非線性分析結(jié)果都表明承載梁、支撐桿的承載力、屈曲穩(wěn)定是滿(mǎn)足要求的。按照計(jì)算模型的假定，所提供的承載力有局限性，也就時(shí)必須保證橋架的制造和裝配時(shí)其初始缺陷不超過(guò)5%。如果不能保證該缺陷的容許值，要按照新的初始缺陷值重新進(jìn)行整體分析。再次驗(yàn)算的數(shù)據(jù)接近額定設(shè)計(jì)值，與靜載計(jì)算相符，現(xiàn)場(chǎng)施工采取技術(shù)措施。

按照分析后，對(duì)重載橋式運(yùn)輸框架進(jìn)行處理，中間桁架梁與變壓器連成整體，變壓器負(fù)載靠近節(jié)點(diǎn)，減少撐桿受力，增大安全系數(shù)。在深圳貴廣Ⅱ回西電東送工程，順利完成了多臺(tái)320噸變壓器的運(yùn)輸。

參考文獻(xiàn)

1、GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》

2、王元清 李軒 白音 石永久 《河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)》2008第二期《除塵器殼體縱梁承載性能的非線性分析》

作者：劉勇（1966-）江西宜春人 廣東力特工程機(jī)械有限公司 工程師 研究方向：起重運(yùn)輸 結(jié)構(gòu)