基于ANSYS的造桥机支撑托架建模及模态分析

2014-06-01

中国新技术新产品 2014年1期

（河南省特种设备安全检测研究院，河南郑州 450008）

孔维胜陈阳

（河南省特种设备安全检测研究院，河南郑州 450008）

本文介绍了在ANSYS环境下进行造桥机支撑托架建模及模态分析的一种方法。采用ANSYS软件中的APDL参数化设计语言建立了造桥机支撑托架有限元模型，避免了重复建模，提高了建立造桥机支撑托架模型的精确性和高效性。对支撑托架进行了模态分析，确定其固有频率和振型, 可以有效地避免共振的产生和降低噪声提供理论依据。

造桥机;模态分析;ANSYS

随着桥梁技术不断创新，现浇箱梁以其受力合理、造型美观、型式多样、整体性好的优点，在公路桥梁施工中得到了广泛地应用，其施工技术更是日新月异，大量新技术、新结构、新工艺和新设备的不断出现。现浇箱梁施工技术的更新主要反应在模架施工之中，即采用造桥机施工。造桥机也称移动模架，其结构如图1所示，它是一种先进的施工方法，施工速度快，质量好，适用范围广，综合效益好，因此造桥机在桥梁建设上得到更广泛的应用。

1 建立造桥机支撑托架有限元模型

本文采用ANSYS软件中的APDL参数化设计语言建立造桥机支撑托架有限元模型，避免重复建模，提高了模型的精确性和高效性。

采用自下而上的方法建立造桥机支撑托架有限元模型，首先，使用命令（K）创建一系列关键点，使用命令（L）由关键点生成各构件轴线。

然后，定义支撑托架各构件的截面参数和材料参数，并对支撑托架各构件进行网格划分。

最后，建立下部弧形支座模型，利用自由度耦合的方法把下张拉梁与下部弧形支座进行耦合。

最终建立造桥机支撑托架有限元模型，如图2所示。

2 造桥机支撑托架模态分析

进行支撑托架的模态分析时，首先需要对有限元模型施加惯性荷载、施加榫头部分的节点约束和施加弧形板节点约束；然后进行模态分析。模态分析可得到支撑托架的固有频率, 取前十五阶的模态计算结果在进行模态分析, 如表1所示。

图1 造桥机整体结构

由模态分析结果可知：

1）第1-3阶频率整机及主要部件变形较小，对整机的动态性能影响不太大，在分析中不予考虑；

2）第 6、7、12阶频率均表现出横梁在XOZ面内摆动（蛇形），即在水平面的振动情况。6、7阶频率较低，受风力影响时，如山区或架设高度较大时，对整机的影响性较大；12阶频率主要是由外斜撑刚度不足引起的；

3）第5、10阶频率均表现出整机在XOY平面内上下摆动。由于支撑托架上面的台车横向移动时，后辅助支腿、前后支撑托架上的横移油缸循环伸缩使两侧移动模架向外横移开启让过墩宽，这种移动台车的移动激振力对支撑托架有一定的影响；

4）第7、9、14均表现出立撑沿Z轴拱曲。主要是由于立撑刚度不足引起的；

5）通过以上结果分析，在造桥机施工过程中应使台车移动、移动模架横移等的频率尽量避开使支撑托架发生加大变形的固有频率，以免发生共振，影响施工安全和质量。

结语

采用APDL参数化设计语言建立造桥机支撑托架的有限元模型，解决了重复建模和模型导入所产生的兼容和误差问题，提高了建模的精确性和效率。对造桥机支撑托架进行模态分析，确定其固有频率和振型, 为使台车移动、移动模架横移等的频率尽量避开使支撑托架发生较大变形的固有频率提供理论依据，避免共振的产生和降低噪声，提高施工的安全性。