基于Femap&NX Nastran的3000t托盘金属结构分析

林利芬 LIN Li-Fen；肖浩 XIAO Hao

（①武汉软件工程职业学院，武汉 430205；②中交二航局第四工程有限公司，芜湖 241007）

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

1 概述

目前千吨以上的预制件、钢箱梁和沉箱等工件，大多采用高压气囊和移梁台车移运。文中的3000t沉箱移运装置，上部为托盘，作为沉箱的预制、横移和纵移平台，下部为移梁台车，主要应用于某工程沉箱的预制和出运。出运装置自重约50吨，最大承载量3000吨。主要由：托盘、承载梁、横移油缸、纵移油缸等部件组成。

图1 沉箱出运装置效果图

2 计算模型建立

采用有限元计算软件Femap&NX Nastran建立托盘计算模型，托盘采用shell单元模拟，沉箱与托盘的接触区域和沉箱与承载梁的接触区域在建立几何模型时分割，计算模型如图2所示，为3000t托盘计算模型，托盘的上下盖板、筋板的材料均为Q345B，其屈服极限为345MPa，结构安全系数n=1.34，得到许用应力=257.5MPa。

图2 3000t托盘计算模型

约束条件说明：处于预制状态时，固定承载梁与托盘的接触区域；横移和纵移状态时，固定一端承载梁与托盘的接触区域，另一端承载梁与托盘的接触区域释放两端相对方向的自由度；3000t载荷均布加载在沉箱与托盘的接触区域。

3 托盘金属结构分析

3.1 三种工况下托盘的应力分布 在预制状态下，托盘仅受重力作用；纵移状态下，移梁台车分布在托盘的长度方向，托盘与承载梁的直接接触面大，此时的托盘受力较均匀，托盘上下盖板之间的筋板分布稀疏；横移状态下，移梁台车分布在托盘的宽度方向上，托盘与承载梁的直接接触面小，此时托盘受力较集中，托盘上下盖板之间的筋板分布密集；在预制、横移、纵移三种工况下，横移工况为最恶劣工况，除局部应力在190MPa左右，其余应力均小于170MPa，满足设计要求，图3为横移状态下托盘的应力分布。

图3 横移状态下托盘的应力分布(单位：MPa)

3.2 三种工况下托盘的刚度 与Q345B相比，混凝土的强度和刚度弱；在设计托盘时，两台车支承点之间的刚度大于等于1/1000，保证沉箱与托盘的接触面足够大。在横移状态下，台车支承距离最大，为8.8米，中部下绕7mm，托盘,自重下绕为0.5mm，托盘的刚度最终为1/1353，满足最初的设计要求。

4 结语

本文利用大型有限元分析软件Femap&NX Nastran对3000t托盘在三种工况下的金属结构进行有限元分析，得出结论如下：

①该结构强度和刚度均满足设计要求，并有较大安全裕度。

②设计时的刚度控制大于1/1000，但是没有设计依据，在接下来工作中，应从理论上求证。

[1]CB/T3811-2008，起重机设计规范[S].

[2]GB50017，钢结构设计规范[S].

[3]陈绍蕃.钢结构稳定设计指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.