论杆和梁的刚度对塔机支护体系的水平受力影响

【摘 要】 内爬式塔式起重机的支护体系属于超静定的结构形式，本文将以结构力学中的力法来解决超静定问题，然后解出墙体对于塔机支护体系在水平方向的各作用力，并采用软件解出系统的作用力与杆和梁刚度参数变化之间的关系。

【关键词】 内爬式 塔式起重机 支护体系 刚度 力法 支座力 超静定

【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.10.011

1 前言

在高层和超高层的工程建筑中，内爬式塔式起重机的工程机械优势越来越大，因此，其支护体系的分析也尤为重要。本文分析的支护体系是由三根支撑杆和两根主梁组成。塔式起重机的支撑框架固定在两根主梁之上，由于主梁主要承受的是整机产生的垂直载荷及水平载荷。其中，水平载荷是整机的工作力矩和风载荷共同作用产生，且由三根水平支撑杆和两根主梁共同承受，这也是本文的主要研究方向。水平方向上，由整机产生的水平力通过梁和支撑杆传递给墙体的支撑点，构成墙体的支撑载荷。在实际工程中，由于杆件材料的选择（截面积，截面惯性矩）和杆件之间布置形式（支撑杆和梁的长度，支撑杆与梁的位置关系）的不同，导致由梁传递给墙体的力和由支撑杆传递给墙体的力分配关系不确定，这样就有可能造成两个力中的某个力过大，从而给杆件和墙体形成破坏。那么分析研究杆件材料和其布置形式对支护体系各个支反力的影响具有实际的工程意义。

2 支护体系的受力分析及计算

内爬式的支护结构，两主梁可等效为等值刚度的单主梁，而塔身对于两根主梁的水平方向的力可等效为两个作用于单主梁上的外力P。三根支撑杆与梁和墙体之间的连接形式均为铰接结构，为二力杆的形式，主要受拉压轴向力作用。依据结构力学可以将该支护的结构简化。如图1所示超静定的组合结构形式，根据力法原理去掉A、B点处的多余約束进而得到力学基本体系。

以ZSL2700塔机的支护体系工程为实例，各长度值：x=2.89m，y=3.68m，t=5.69m，E=常数，令外力P=1，以支撑杆的横截面积A和梁的惯性矩I为变量，通过MATLAB软件计算得出的4个外力X1、X2、Fc、Fd与A、I之间的关系，经分析可知：当三根支撑杆的EA增大或保持不变时，随着梁的EI减小，梁对于墙体的作用力X1和X2将逐步减小，三个支撑杆对墙体的作用力Fc和Fd将逐渐增大，最终将承担所有的外力P。该过程中，塔机的水平力P逐渐向刚度大的三根支撑杆传递；而当支撑杆的EA减小或固定不变时，随梁的EI增大，塔机的外力P逐渐传递到刚度大的梁，墙体所受支撑杆力也随之减小。在设计实际工程时，杆件面积和主梁水平刚度的合理配置，对于墙体的最大支反力的降低有决定性的作用。此时，主要由三根支撑杆承担的塔机水平力。标定值点（在A=0.022m2，I=0.002m4工况下）为ZSL2700内爬式塔机支护体系的设计点，且X1=0.01P，X2=0.04P，Fc=0.73P，Fd=1.22P符合安全设计值。

3 结束语

本文通过力法解决了内爬式塔式起重机支护体系在水平方向上的超静定问题，从而得出支座反力的表达式，并且通过MATLAB软件得出四个外力X1、X2、Fc、Fd与横截面积A和惯性矩I之间的关系。证明内爬式塔机的水平载荷随着支撑杆和梁的刚度而改变，在设计实际工程时，可根据工程的需要通过改变两者的刚度（EA，EI）的发放来调节分配梁和支撑杆所承受的作用力。

作者简介

黄宇，本科，工程师，现于沈阳特种设备检测研究院从事特种设备检验工作。

（责任编辑：张晓明）