基于Femap&NX Nastran的3000t托盤金屬結(jié)構(gòu)分析

林利芬 LIN Li-Fen；肖浩 XIAO Hao

（①武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院，武漢 430205；②中交二航局第四工程有限公司，蕪湖 241007）

（①Wuhan Vocational College of Software and Engineering，Wuhan 430205，China；②CCCCSHEC Fourth Engineering Company Ltd.，Wuhu 241007，China）

1 概述

目前千噸以上的預(yù)制件、鋼箱梁和沉箱等工件，大多采用高壓氣囊和移梁臺車移運。文中的3000t沉箱移運裝置，上部為托盤，作為沉箱的預(yù)制、橫移和縱移平臺，下部為移梁臺車，主要應(yīng)用于某工程沉箱的預(yù)制和出運。出運裝置自重約50噸，最大承載量3000噸。主要由：托盤、承載梁、橫移油缸、縱移油缸等部件組成。

圖1 沉箱出運裝置效果圖

2 計算模型建立

采用有限元計算軟件Femap&NX Nastran建立托盤計算模型，托盤采用shell單元模擬，沉箱與托盤的接觸區(qū)域和沉箱與承載梁的接觸區(qū)域在建立幾何模型時分割，計算模型如圖2所示，為3000t托盤計算模型，托盤的上下蓋板、筋板的材料均為Q345B，其屈服極限為345MPa，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)n=1.34，得到許用應(yīng)力=257.5MPa。

圖2 3000t托盤計算模型

約束條件說明：處于預(yù)制狀態(tài)時，固定承載梁與托盤的接觸區(qū)域；橫移和縱移狀態(tài)時，固定一端承載梁與托盤的接觸區(qū)域，另一端承載梁與托盤的接觸區(qū)域釋放兩端相對方向的自由度；3000t載荷均布加載在沉箱與托盤的接觸區(qū)域。

3 托盤金屬結(jié)構(gòu)分析

3.1 三種工況下托盤的應(yīng)力分布 在預(yù)制狀態(tài)下，托盤僅受重力作用；縱移狀態(tài)下，移梁臺車分布在托盤的長度方向，托盤與承載梁的直接接觸面大，此時的托盤受力較均勻，托盤上下蓋板之間的筋板分布稀疏；橫移狀態(tài)下，移梁臺車分布在托盤的寬度方向上，托盤與承載梁的直接接觸面小，此時托盤受力較集中，托盤上下蓋板之間的筋板分布密集；在預(yù)制、橫移、縱移三種工況下，橫移工況為最惡劣工況，除局部應(yīng)力在190MPa左右，其余應(yīng)力均小于170MPa，滿足設(shè)計要求，圖3為橫移狀態(tài)下托盤的應(yīng)力分布。

圖3 橫移狀態(tài)下托盤的應(yīng)力分布(單位：MPa)

3.2 三種工況下托盤的剛度 與Q345B相比，混凝土的強度和剛度弱；在設(shè)計托盤時，兩臺車支承點之間的剛度大于等于1/1000，保證沉箱與托盤的接觸面足夠大。在橫移狀態(tài)下，臺車支承距離最大，為8.8米，中部下繞7mm，托盤,自重下繞為0.5mm，托盤的剛度最終為1/1353，滿足最初的設(shè)計要求。

4 結(jié)語

本文利用大型有限元分析軟件Femap&NX Nastran對3000t托盤在三種工況下的金屬結(jié)構(gòu)進行有限元分析，得出結(jié)論如下：

①該結(jié)構(gòu)強度和剛度均滿足設(shè)計要求，并有較大安全裕度。

②設(shè)計時的剛度控制大于1/1000，但是沒有設(shè)計依據(jù)，在接下來工作中，應(yīng)從理論上求證。

[1]CB/T3811-2008，起重機設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB50017，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3]陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計指南[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.