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塔式起重机钢结构应力幅及应力幅谱系数的计算

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  维普资讯 设 十制 造 塔 式 起 重 机 钢 结 构 应 力 幅 及 应 力 幅 谱 系 数 的 计 算 孟 宪颐 张 朋 内容摘要 :本 文介绍 了塔式起 重机钢结构安全 寿命评估 中的应力幅及应力 幅谱 系数 的计算方 法和过程 。 关键词 :塔式起 重机 钢结构 应力幅 在对塔式起重机进行安全寿命评估 中,要计算 其 钢结 构 的疲 劳 强度 ,最大 应 力法 和应 力 幅法 是 常 用 的疲 劳 强 度 计 算 方 法 。按 照 G /r17 2 19 B ] 35 — 92 [ ,△ ] [ ] [ ] [ ] △ ][ r ,△ ,△ ,△ —— 与上 述 各 应 力 幅 相 对 应 的疲 劳许 用 应 力 幅 ,  ̄l 。 V Pa 《 塔式起重机设计规范》规 定 ,在计算结构疲 劳强 度时 ,应采用最大应力 法 ,但也 可采 用应力幅法。 近年来 的研究表明 ,在钢结构焊接部位 ,应力幅法 比最大 应 力法 更 能 反映结 构 疲 劳 的实 际状 态 ,因而 在 各类 起 重机 钢 结 构 的疲 劳强度 计 算 中采 用应 力 幅 法 的越 来 越 多 。采用 应 力 幅法进 行 寿命 评估 时 ,必 对于塔机而言 ,钢结构主要是杆系结构 ,绝大 部分 的疲劳计 算点 只是 单 向应 力状态 ,即仅 有拉 ( )应力或拉 ( )应力对钢结构使用寿命 的影 压 压 响显 著大 于其 他 应力 。因而 ,此 处 可忽 略其 它 应力 的影 响 ,只对 拉 ( )应 力 进行 疲 劳计 算 。最 大计 压 算 拉 ( )应 力 幅 由式 ( )计算 : 压 4 Aa= 0 5一 一 l ) .( Tn 1 i () 4 须知道所有疲劳危险点的应力幅值 以及应力幅谱系 数 。 目前 可采 用 有 限元 分析 法 获得 所需 数值 ,或 更 简便地采用传统的计算公式 ,并通过实测验证后加 以应 用 。本 文 介 绍 的就 是 采 用后 法 对 TI 0 8 /0动 式 中的最 大计 算 应力一 是 按 G T35 — B/ 17 2 19 塔式起 重机设 计规 范》 中规 定 的载荷组 合 9 2《 A 所确 定 的疲 劳计 算 点上 的最大 应力 。 臂式塔式起重机进行安全寿命评估时 ,应力幅和应 力 幅谱 系数 的计算 方 法 和过 程 。 2 塔 机应力幅 的计算 T 08 Q6 /0是 一 种 老 式 的 动 臂 塔 式 起 重 机 ,有 高 、中 、低 三 种 机 型 ,每 种 机 型 均 可 配 备 1 m、 5 2m、2m 及 3m 长 度 的 吊臂 ,在 不 同 的 安 装 组 0 5 0 合下 ,最 大起 重 力 矩 可 为 60 0 0 、70或 8 0 N? I 0 k 1。 T 1 应 力 幅 法 根据 G / 172 19 《 式 起 重 机 设 计 规 B T3 5 - 92 塔 范》 ,采用应力幅法计算结构疲劳强度的公式如下 : 『 『 [ △ ≤ △ ] () 1 I r ≤ [ r A I A] () 2 由于这种塔机 的使用年限大部分已接近设计规范所 规定 的疲劳设计寿命极限范围,因而应对其安全寿 命作出评估 ,以确定其使用 、检测和报废准则 。 2 1 塔 身弦 杆应 力 幅计 算 . ( ) ( ) a AA + 一 a x ̄ △ + l ) - ≤1 1 ( 3 ) a ; 式中 :A a——最大计算拉 ( )应力幅 , 压 Ar — 最 大计 算剪 切 应力 幅 ,MP ; — a △ , y—— 方 向 与 X, y 轴 平 行 的 最 大 Aa 本文 定义 塔机 的一个 作 业循 环 为 :塔机 吊臂在 某位置起 吊重物 ,回转某一角度 ,卸载后再返 回原 位 置 的过程 。 为便于计算 ,这里将塔机 的一个作业循环分解 为 以下 四个 典 型位 置 : 计算 拉 ( )应 力 幅 ,1P ; 压 V a I △ — — 所在平 面与 x轴垂直 ,方 向与 y轴 平行 的最大计算剪切应力 幅 ,MP ; a a 空 载 时 ;b 加 载 后 ;C 带 载 回转 至某 一 位 . . . 置 ;d 卸 载后 。 . 吊臂 在 以上 典 型位 置 时 ,塔身 某 截面 弦杆 角 点 维普资讯 设 计 制 造 的应力 计算 公 式分 别 为 : 式 中 :N — — 吊重在 吊臂 中产 生 的轴 向力 ; a . 1= ( +Mq Mp +Md / ) w () 5 A, — 吊臂 截 面 面积 ; — M 、 r —— 吊臂 和 吊 重 水 平 回转 时 在 吊 b2 ( +Mq . = A +Md+Ms / +N 4 6 )w , _ ( ) C . =一( +Mq 3 M +Ma+Ms/ +^厂 () )w 『 4 7 d口 . 4=一( + q ) w Mp f + / () 8 式 中, , , , MMd MS分 别 为 平 衡 臂 、平 衡 重 、 吊臂 和 吊重 在 塔 身 产 生 的 弯 矩 ;N S为 吊重 产 生 的轴 向力 ; 为塔 身 弦杆截 面 面积 ;W 为塔 身截 A 面抗 弯模 量 ,W = J/ 。 由于 塔 身 截 面 为 正方 R一 形 ,截 面惯 性 矩 J不变 ,而截 面形 心在 弯 曲平 面 内 至 弦杆 最外 缘 的距 离 R一 随 吊臂 回转 角 0改变 , t 臂 中引起 的惯 性 力 矩 ; w—— 吊臂 截面 水 平方 向抗 弯 模量 。 空载时吊臂弦杆直力很小 ,因而吊臂弦杆直力幅为: △。p= 0. s。p 吊臂 的疲 劳危 险点 确定在 吊臂各个 截 面 改变处 。 吊臂腹 杆应力 幅相对 较小 ,这里 未列 出计算 公式 。 3 应力 幅谱 系数计 算公式 在塔 机 钢结 构 安全 寿 命评 估 中 ,应 知道 钢结 构 应 力 幅谱 系 数值 ,其 计算 公式 为 : R =詈 ? s a+cs) (i n oo t 线 与塔 身截 面 主轴 的夹 角 。 () 9 这 里 口为塔 身 截 面宽 ,t 吊臂 回转 角 即其 轴 o为 由于塔 身 自重 引起 的轴 向应 力 与应 力 幅计 算 无 关 ,因而上 式 中未 予考 虑 。 因此 一 个作 业 循环 中 ,某 点 的应力 幅应 为 : A a= 0 5  ̄(a 一 ̄(i ] .[ i x Yr ) Ym ) i n a 式 中 :i=1 ,3 ,2 ,4 k = ∑ [ / A ) (7 ( a/ 一 ] △ 1) 式 中:k ——应力幅谱系数 ; N; — 达 到应 力 幅 A — a 的应 力循 环 次数 ; N — 总应 力 循环 次 数 ; — Aa —— 结 构件 达 到 的第 i 应力 幅 ; 个 △ 一 — — 结构 件 的最 大应 力 幅 ; — — (0 1) 根据 塔 机 实 际发生 疲 劳破 坏 的事 例统 计 和结 构 细节 分析 ,塔 身弦 杆计 算疲 劳 危 险点 确定 为塔 顶 截 面突 变并 有 加 强板部 位 ,以及塔 身 截 面变 化处 。 结构件 材料 疲 劳试 验 曲线 指数 ,这 里 根据 实 验 ,弦杆 加 强 部位 取 3845 .57 , 其他部位取 40 13 .50 ,腹 杆取 3319 .24。 2 2 塔身腹杆应力幅计算 . 塔身腹忏的直力主要 由回转部件的  ̄ Y q= T1 A1 / 通 过对 塔 机样 本 的调查 记 录 ,获 得 每 台塔机 在 矩产生。 ( 1 1) 一 定 期 间 内 的作 业 情 况 , 即塔 机 机 型 、安 装 臂 长 、 最 大起 重 力矩 、每 次作 业 的 回转角 度 、起 吊幅度 和 重 量 。将这 些 数据 代 入 上 面 的应 力 幅计 算 公式 ,可 求得 每 次作 业 循环 内所 有计 算点 的应力 幅 ,进 而 求 得 最大 应力 幅 ,然后 再将 求 得 的应 力 幅及 最 大应 力 幅代 入 式 (7 ,即可获 得应 力 幅谱 系 数 。 1) 式 中 :T】 —— 腹 杆所 受 内力 ; Al —— 腹 杆横 截 面面 积 。 T】= T/oa cs 】 ( 2 1) 式 中 :t — 腹 杆与水 平 线 — T = ± / 2a (3 1) 4 程序框 图及计算 结果 由于塔 机样 本空 间必 须足够 大 ,因而 由计算 机完 式 中 :T— — 塔 身所 受剪 力 ; — — 回转起 动 或制 动惯 性 力矩 。 (4 1) 成应力幅和应力幅谱系数及其统计特性参数计算是必要 的 ,图 1 是根据 以 匕 计算=程 和力珐 编写的程序框图。 过 笔者 应用本文介绍 的方 法及程序对 3 T a/0 0台 Q 38 塔机. 卜 —/ 月内的实际作业 情况进 行 了计算 ,得到了 羊 本空间的应 力状态 ,表 1 出了此次计算 的部分结果 。 列 ( 5 1) M n= M p+A +A + Mn f 式 中, ‰ 、 、 r 分别 为平衡 臂、平 衡 重 、吊臂 和 吊重 引起 的 回转惯 性 力矩 。 因 而 ,塔 身腹 杆 应力 幅 为 : A q= 2×0 5 q= % a .a 23 吊臂 弦杆 应 力幅 计算 . 塔 机加 载 后 吊臂 弦杆 应力 ( 不考 虑 自重 ) : = 5 结论 ()本文 介 绍 了 TQ 08 1 6 /0塔 式 起 重 机 应 力 幅 N/ + ( A2 M + r/ 2 )W ( 6 1) 及应力幅谱系数的计算 步骤和相关的公式 ,计算结 建筑机械 2 0 《l 0 2 8 维普资讯 设 计 制 造 对 Z _ 0 D 步 履 式 长 螺 旋 KI8 B 0 钻 机 桩 架 力 学 性 能 的 分 析 赵 建 国 李金和 王慧基 内容摘要 :对 Z I 0 D步履 式长螺旋钻机 折叠式步履 桩架 主体结 构进 行 力学性 能分 析 ,根 据该折 叠式 步 K  ̄0 B 履桩架 结构实 际特 点 ,将折叠式 步履 桩架立 柱进行 有 限元离 散 ,利 用有 限元方 法 ,研 究其 在起 架时 的强度 、稳 定性及 变形情况 ,经过多种方案下 的强度 、稳 定性 和变形 验算 ,满足 了设 计要 求 ,所 得结果 可 为该型 号折 叠式 步 履桩 架立柱定 型设计提供参 考。 关键词 :桩架 立柱 强度 稳定性 变形 随着 我国高 层 建 筑 的增 多 ,对钻 孔 机 的需 求 越 来越 大 。根 据 实 际 需 要 ,我 们 对 原有 的 Z L 0 B K 80 D 1 分 析 方 法 根 据折 叠式 步 履桩 架 实 际特 点 ,将立 柱 模拟 为 步履式 长螺旋 钻 机 进 行 了改 进 ,将 钻 孔 深度 由 1m 8 增加 到 2m,桩 架 长 度也 由 2m 增 加 到 2m。该 钻 0 0 2 机采用 折叠式 步 履 桩架 ,立 柱 总 重 4o ̄ ,在顶 部 oo 安装有滑 轮 组 等 。为 了确 保 桩架 安 全 使 用 ,我 们 对 此桩架起 落时 的几 种方 案 进行 了有 限元 力 学性 能 分 析 ,研究 其在 起架 瞬间 的强度 、稳 定性及 变形 情况 。 梁单元 ,将桩架立柱划分为 2 个结点 、1 个计算 2 7 模 型单 元 ,如 图 1所 示 ,其 中 ,7 、9 、8 …… 表 示 结点编号 ,( ) 2 、( )……表示空间梁单元编 1 、( ) 3 号 。通 过对 桩 架 的起架 方 案分 析 ,该 桩 架在 从地 上 顶起 时 为 最 不 利 方 案 , 时 桩 架 的 等 效 梁 悬 臂 最 此 果可作为塔机钢结构寿命评估 的依据。 ( )虽 然文 中介 绍的计算塔 机类型 为 T 6 / 2 Q 0 8 ,但 本 法对 一般 的塔 机 也适 用 。 0 表 1 M P a 低塔最大 应力幅 中塔最 大应 力幅 高塔最大 应力幅 低塔应力 幅均值 中塔应力 幅均值 高塔应 力幅均值 全部塔应力 幅均值 全部塔应 力幅标准差 低塔应 力幅谱 系数均值 中塔应力 幅谱 系数均值 高塔应力 幅谱 系数均值 全部塔应 力幅谱 系数均值 全部塔应力 幅谱 系数标准差 2 5946 0 .3 0 7 15218 8 .5 5 7 1 5 2 1 8 8 .5 5 7 6 .7 4 1 2 4 9 3 6 .5 6 4 2468 4 .2 8 6 9 8 14 6 .6 0 9 2275 2 .2 9 7 15 4 3 0066 . 15 5 0 0 0 3 .3 7 1 0 0 8 6 .0 6 9 0.14 2 0 8 7 0 0 32 . 14 3 孟宪颐 、张朋 ,北 京建筑 工程 学 院机 电系 ,10 4 北 京展 004 图 l 览路 1号 收稿 日期 :2 0 0 2—0 2—2 1 编 辑 :孔庆璐 建筑机械 2 0 8 02 l J

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