节段拼装架桥机主框架结构强度计算报告

XX桥南北引桥TP54/65节段拼装架桥机

主框架

结构强度计算报告

XX科技大学工程计算与仿真研究所

XX科技大学土木工程与力学学院

引言

XX桥南北引桥TP54/65节段拼装架桥机是武汉通联路桥机械技术有限公司新近开发设计的大型造桥机械。受武汉通联公司委托，XX科技大学工程计算与仿真研究所根据该公司提供的五种工况对XX桥南北引桥TP54/65节段拼装架桥机结构的静力强度进行了有限元计算，其结果报告如下：

一、项目说明

架桥机结构几何尺寸、材料、载荷情况均由武汉通联公司提供。

1.1 载荷条件

计算中的载荷包括架桥机主梁自重,导梁自重,天车（无荷载）重量

150 t

q=,

天车（有荷载）重量

2170

q=t，单块梁块按120t，满载梁块总重量

31500 t

q=和风载。

1.2 载荷工况

根据通联公司的要求，计算时主要考虑如下5种工况：

工况一：满跨加载状态，此时跨长54m，所有节段块（总共1500t）均悬挂在主梁及天车上，天车位于主梁正中间；

工况二：导梁最大前悬臂状态时的受力情况及此时的防风计算，此时跨长65m。风载包括45°斜向下7级风（根据规范7级风压为2

/

156m

N）；

工况三：T型（对称）悬拼状态，此时跨长65m。该工况下前后天车荷载对称加载于中支腿两侧，重点考虑天车位于导梁上及主梁与导梁间接头部位附近时的危险情况；

工况四：过孔工况，架桥机整机纵移过孔。此时架桥机处于纵向行走状态，跨长65m。该工况下前、后支腿收起，主框架无纵向约束，重点考虑架桥机行走

至不同位置时主梁及导梁上的受力状态，和可能的危险情况；

工况五：吊运墩顶块状态，此时天车吊运墩顶块在主梁及导梁上全跨行走，跨长65m。重点考虑天车行走至不同位置时主梁和导梁中的受力状态，和可能的危险情况。

1.3 材料参数

根据武汉通联公司提供的资料，XX桥南北引桥TP54/65节段拼装架桥机的整体结构中，主梁部分为Q235号钢；导梁上、下弦杆部分为Q345B号钢，其余部分为Q345号钢。通过查材料手册得两种钢材的弹性模量、泊松比、质量密度、屈服应力、许用应力如表1所示。

表1 Q345B和Q235钢的机械性能

注：计算中，Q235号钢之间的摩擦系数取0.3。

二、计算模型

2.1 有限元模型

本报告的所有计算是由大型有限元软件ANSYS®完成。考虑到整个结构的对称性，以及各个工况中载荷的对称性，在工况二的横向风载计算中取整体结构进行计算，其余工况均取结构的1/2进行计算。架桥机的有限元模型共采用三种单元类型：

●主梁采用shell43单元（壳单元）离散，其中，绝大部分网格为形状规

则的4节点四边形单元，局部使用了退化的4节点三角形过渡单元；

●导轨采用solid45实体单元离散；

●导梁采用beam189（梁单元）单元离散，并根据结构实际尺寸定义梁截

面，同时建立参考点控制截面方向；

经过网格划分，XX桥南北引桥TP54/65节段拼装架桥机1/2结构有限元模型共有101202个节点，91919个单元；而整体有限元模型共有202404个节点，183838个单元，如图2-1～图2-4所示。

图2-1 架桥机1/2模型： (a)俯视图；（b）正视图；（c）侧视图。

图2-2 架桥机整体有限元模型

图2-3 主梁部分有限元模型图

图2-4 导梁部分有限元模型图

2.2 边界条件

根据XX桥南北引桥TP54/65节段拼装架桥机的结构特点，在计算时，边界条件如下所述（见图2-5～图2-6）：

(I)对称边界条件：在1/2结构模型中，对处于对称面上的所有节点施加对称

位移约束边界条件（约束X方向位移及Y、Z方向转动）。

(II)耦合边界条件：该边界条件又分两种情况，一是定义局部刚性区域，将单节点与多节点进行耦合；二是单节点与单节点的直接耦合。局部刚性区域

施加于主梁与导梁间的接头部位，将导梁根部的一个节点与主梁上一定范围内的多个节点进行耦合，产生一定的刚性区域。耦合范围的尺寸由设计

图读出。直接耦合施加于导梁与导梁横联之间，在相对应的节点上耦合X、Y、Z方向平动以及X、Z方向转动（即ROTX、ROTZ）五个自由度。

(III)接触边界条件：主梁底部两侧有1801800

的导轨承载面，在这些承载面和其对应的支撑面间施加接触边界条件。

(IV)铰支边界条件：对主梁导轨下的支撑块体施加铰接边界条件（约束中间固

定点的所有自由度）。

(V)导梁简支边界条件：当导梁下方有支腿作用时，简支约束（即约束X向和Y向位移）导梁下弦杆，约束宽度中支腿为1.8m，前、后支腿为0.5m；

针对不同的工况，边界条件（III）～（V）的施加位置也有所不同（具体将在各个工况的分析中进行说明）。

图2-5 边界条件(I)～(II)示意图

图2-6 边界条件(III)～(V)示意图

三、计算结果

3.1 工况一、满跨加载状态

此工况主要考虑的荷载包括天车自重

150 t

q=，梁块重量（总共

31500 t

q=），主梁自重和导梁自重。其中梁块的重量按实际施工中每个梁块的悬挂位置加载到对应的节点上。

工况中考虑的边界条件为2.2节所述的（I）～（V）项，边界条件及荷载的分布如图3-1所示。

图3-1 工况一边界条件及荷载分布图

图3-2～图3-3给出了主梁及导梁在满跨加载状态下等效应力的分布云图。该工况下主梁部分的最大Mises等效应力为229Mpa，位于中支腿上方附近的梁块吊挂处（如图3-2所示）；导梁部分的最大Mises等效应力为195Mpa，位于前支腿一侧导梁的上弦杆根部（如图3-3所示）。