先进制造技术应用

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PKPM 设计软件在施工领域中的应用

[摘 要]工程施工现场布置的部分设施，为机械安装及检修过程中涉及的钢结构、混凝土、、、、调整、制作施工方案中的设计、计算提供理论依据，将方案编制过程中大量的计算、校核及出图从以前的烦琐手工操作解放出来；并可自动生成材料报表，进行工程量统计及概预算分析等工作。

[关键词] PKPM 钢结构 应力计算 优化设计 自动出图 材料表 方案编制

一、 软件介绍

PKPM 系列CAD 软件是一套集建筑设计、结构设计、设备设计、工程量统计和概预算报表等于一体的大型综合CAD 系统。

本系统装有先进的应力分析软件包，容纳了国内最流行的各种计算方法，如平面杆系、矩形及异形楼板、高层三维壳元及薄壁杆系、梁板楼梯及异形楼梯、各类基础、砖混及底框抗震分析等等。全部结构计算模块均按新的设计规范编制。 二、 应用实例（150t 试吊架设计） 1、概述

中山嘉明2×390MW 燃气—蒸汽联合循环机组工程每台机组主厂房各设置两台杭州华新双钩电动桥式起重机，起重能力分别为100/20t 及15t/3t 。试吊最大起重量为125t 。由于工期较紧，从其它工地调拔时间长、成本大，故设计150t 试吊架，利用现场边角料制作。经检验，该试吊架具有使用轻便、承载力大的特点。 2、设计前提

现场有从设备包装架上割除的废料如下：I18工字钢、H200*200*8*12型钢、[16槽钢及L75*75**8角钢各一批。由于设计承载力较大，利用现场材料进行单层设计无法实现。考虑双层，而双层受力元件多，属三维框架结构，要计算纵、横、垂直方向的受力及载荷的传导、变形及局部加强。人工手算工作量过大、算法过于复杂且容易忽略关键因素，带来安全隐患。采用PKPM 计算可以使设计者从烦琐的计算中解脱出来，专心应对重要因素。且PKPM 可自动对截面进行优化，设计成型后可自动出图及生成材料报表，进行工程量统计及概预算分析等工作，大大缓解设计者的工作量。

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3、框架设计初步：

考虑压力平板车长宽、试吊块组合后的尺寸及试吊区域的空间尺寸，定义试吊架的尺寸为6000mm*2200mm*600mm 。

由于长宽比为3：1，采用弹性算法，引入最佳支（吊）点距离a=0.2L=1200mm 。综合考虑试块尺寸及设计方便等因素，取框架梁间距为1000mm 。

各种规格废料中以H 型钢力学性能为最优，故将三维框架中所有梁元及柱元截面均定义为H 型钢，降低小杆件存在数量，以避免在截面优化过程中出现冗余计算。

设计考虑恒、活载，所有由试块施加的载荷均按恒载计算，活载值按机具及人重考虑取值为6KN/m^2。均布载荷=150*10/(6*2.2)=114KN/m^2，不利因素取值1.2，则计算均布恒载荷=150 KN/m^2。

由于立柱高度仅200mm ，柔度很小，故不考虑其稳定性。整个框架不采用斜拉梁。 框架所有节点均采用焊接方式。 将吊点改为支点以方便计算。 4、模型输入

选取PKPM 下的钢结构（STS ）模块，点击进入框架设计。根据设计初步考虑，输入各信息值（步骤略），得如下图所示模型。

在设计信息选项中不考虑风载荷及抗震，材料属性均为Q235。 取恒载分项系数1.2，活载分项系数1.4，活载组合值系数0.7。

取梁端负弯矩调整系数0.85，取连梁刚度系数0.7，取梁设计弯矩放大系数1。

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5、TAT （结构三维分析与设计软件）、SATWE （结构空间有限元分析设计软件）或PMSAP

（复杂空间结构分析与设计软件）计算 在模型信息输入完毕后，自动生成各层载荷传导与计算。随后便可以进行各元件及整体的内力分析。从而为优化设计选择合适截面。

PKPM 内置3套内力分析软件，分别为TAT 、SATWE 及PMSAP ，这3套应力分析软件各有所长。

其中TAT （结构三维分析与设计软件）界面简单实用，信息明确。它将各连接元件视为整体（如连续梁），采用整体算法并将计算结果出图，一目了然。

而SATWE 及PMSAP 则采用了目前极其流行的数值算法（有限元分析），充分利用计算机的快速、处理量大的优点，将整体划分为单个元件，对其受力状态逐一描述。因此所包含信息量较大，但准确性相对较高。

TAT 、SATWE 及PMSAP 的选用无严格规定，一般为视具体情况定。

本设计实例中，首先用TAT 对整体进行计算，找出应力较大的部分。然后采用SATWE 对应力偏大的部分进行逐一计算，并对整体做应力云斑图。最后用PMSAP 进行比较、验算。

本设计实例以SATWE 为主要分析软件。 第一步：TAT 计算

下图为TAT 下的整体受力分析，可以看出受力较大的部分为外侧靠近支点的两条连续梁及座于支点上的两条连续梁，而中间部分的梁则受力偏小。

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第二步：SATWE 计算

首先对单个元件应力计算

用SATWE 完成结构布置，分别对柱元、梁元等受力杆件分层进行编号。下图为受力层的各受力元编号图。

依据TAT 计算结果，对受力偏大或受力偏小的元件进行单独检查。如下图所示为受力偏大的第34号梁元在活载作用下的受力分析。

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在分析出各元件所受主要作用力之后，可利用SATWE 的强大功能对整体受力各状态制作受力分析云斑图。下面两图分别为受力层弯矩云斑图及框架整体弯矩云斑图。

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第三步：PMSAP 对比

PMSAP 同样拥有强大的计算能力及有限元分析能力，主要运用于复杂的结构计算中。本设计实例中主要使用其对SATWE 的计算结果进行比对及检验。下图为PMSAP 功能对话窗口，从中我们可以看到其拥有强大的分析能力及庞大的信息量。为方便分析，只选取其中的“构件内力彩色云斑图”进行对比分析。

下图为PMSAP 下的第一层（非受力层）内力分析彩色云斑图，对比SATWE 结果一致。