基于ANSYS的造橋機支撐托架建模及模態(tài)分析

（河南省特種設備安全檢測研究院，河南 鄭州 450008）

基于ANSYS的造橋機支撐托架建模及模態(tài)分析

孔維勝 陳 陽

（河南省特種設備安全檢測研究院，河南 鄭州 450008）

本文介紹了在ANSYS環(huán)境下進行造橋機支撐托架建模及模態(tài)分析的一種方法。采用ANSYS軟件中的APDL參數(shù)化設計語言建立了造橋機支撐托架有限元模型，避免了重復建模，提高了建立造橋機支撐托架模型的精確性和高效性。對支撐托架進行了模態(tài)分析，確定其固有頻率和振型, 可以有效地避免共振的產(chǎn)生和降低噪聲提供理論依據(jù)。

造橋機;模態(tài)分析;ANSYS

隨著橋梁技術不斷創(chuàng)新，現(xiàn)澆箱梁以其受力合理、造型美觀、型式多樣、整體性好的優(yōu)點，在公路橋梁施工中得到了廣泛地應用，其施工技術更是日新月異，大量新技術、新結構、新工藝和新設備的不斷出現(xiàn)。現(xiàn)澆箱梁施工技術的更新主要反應在模架施工之中，即采用造橋機施工。造橋機也稱移動模架，其結構如圖1所示，它是一種先進的施工方法，施工速度快，質量好，適用范圍廣，綜合效益好，因此造橋機在橋梁建設上得到更廣泛的應用。

1 建立造橋機支撐托架有限元模型

本文采用ANSYS軟件中的APDL參數(shù)化設計語言建立造橋機支撐托架有限元模型，避免重復建模，提高了模型的精確性和高效性。

采用自下而上的方法建立造橋機支撐托架有限元模型，首先，使用命令（K）創(chuàng)建一系列關鍵點，使用命令（L）由關鍵點生成各構件軸線。

然后，定義支撐托架各構件的截面參數(shù)和材料參數(shù)，并對支撐托架各構件進行網(wǎng)格劃分。

最后，建立下部弧形支座模型，利用自由度耦合的方法把下張拉梁與下部弧形支座進行耦合。

最終建立造橋機支撐托架有限元模型，如圖2所示。

2 造橋機支撐托架模態(tài)分析

進行支撐托架的模態(tài)分析時，首先需要對有限元模型施加慣性荷載、施加榫頭部分的節(jié)點約束和施加弧形板節(jié)點約束；然后進行模態(tài)分析。模態(tài)分析可得到支撐托架的固有頻率, 取前十五階的模態(tài)計算結果在進行模態(tài)分析, 如表1所示。

圖1 造橋機整體結構

由模態(tài)分析結果可知：

1）第1-3階頻率整機及主要部件變形較小，對整機的動態(tài)性能影響不太大，在分析中不予考慮；

2） 第 6、7、12階頻率均表現(xiàn)出橫梁在XOZ面內(nèi)擺動（蛇形），即在水平面的振動情況。6、7階頻率較低，受風力影響時，如山區(qū)或架設高度較大時，對整機的影響性較大；12階頻率主要是由外斜撐剛度不足引起的；

3）第5、10階頻率均表現(xiàn)出整機在XOY平面內(nèi)上下擺動。由于支撐托架上面的臺車橫向移動時，后輔助支腿、前后支撐托架上的橫移油缸循環(huán)伸縮使兩側移動模架向外橫移開啟讓過墩寬，這種移動臺車的移動激振力對支撐托架有一定的影響；

4）第7、9、14均表現(xiàn)出立撐沿Z軸拱曲。主要是由于立撐剛度不足引起的；

5）通過以上結果分析，在造橋機施工過程中應使臺車移動、移動模架橫移等的頻率盡量避開使支撐托架發(fā)生加大變形的固有頻率，以免發(fā)生共振，影響施工安全和質量。

結語

采用APDL參數(shù)化設計語言建立造橋機支撐托架的有限元模型，解決了重復建模和模型導入所產(chǎn)生的兼容和誤差問題，提高了建模的精確性和效率。對造橋機支撐托架進行模態(tài)分析，確定其固有頻率和振型, 為使臺車移動、移動模架橫移等的頻率盡量避開使支撐托架發(fā)生較大變形的固有頻率提供理論依據(jù)，避免共振的產(chǎn)生和降低噪聲，提高施工的安全性。

表1 支撐托架的各階固有頻率及振型

圖2 造橋機支撐托架有限元模型

[1] 王金諾，于蘭峰．起重運輸機金屬結構[M]．北京：中國鐵道出版社，2002

[2] 周長城，胡仁喜，熊文波編著．ANSYS-11．0基礎與典型范例[M]．電子工業(yè)出版社，2007．10

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