自动人行道支反力计算方法分析

陈义东

（中国联合工程公司，浙江 杭州 310022）

0 引言

自动人行道是现代建筑中常用的输送乘客的一种特种设备，在建筑设计时需要考虑人行道各支点的支反力。在进行自动人行道产品生产时，生产厂家需要提供该设备的支反力。

本文介绍两种支反力的计算方法：①采用ANSYS软件进行编程计算，准确性非常高，耗费时间长；②采用常用的绘图软件AutoCAD进行计算，其计算的准确性也是可接受的，简单快捷。

1 ANSYS编程计算

ANSYS是采用APDL语言编写程序并进行运算的，其一般编程解决问题的步骤是：建模—设置材料参数—划分网格—约束及加载—计算—后处理提取结果。其中耗费时间比较长的是建模及加载过程。

对自动人行道产品，其模型是自动人行道的钢结构—桁架的建模。对人行道桁架，模型是比较规则的，将提升高度、角度、跨度等随合同变化的参数设置为变量，以满足不同合同的需求。对人行道桁架这样的钢结构件，其零件都是由不同截面的薄壁方管、角钢或者槽钢组成，因此ANSYS建模采用自下而上的方式，即点—线—面—体的方式。建立好模型后为线、面按照实际情况赋予不同的截面，正确设置材料参数并划分网格。

因为是支反力计算，因此约束及加载是比较重要的。对人行道产品自重可以按照重力的方式加载，对乘客载荷则需要按照标准GB16899（EN115）的要求（5 000N/m2）进行加载。另外，还要考虑上、下平层有集中质量载荷，如上平层主机、主驱动、扶手驱动、控制系统、下平层梯路涨紧架等。

最后就是计算与查看结果。有了计算结果后，可以检验建立的模型是否正确。因为加载的载荷方向都是竖直方向，按照力平衡原理，支反力结果也应该只有竖直方向，其他方向的应该为0或近似为0。如果出现不等于0的情况，则往往是由于模型约束不正确造成的，可以调整约束方向直到正确为止。ANSYS计算模型一般的约束方式如图1所示。图1是人行道俯视简图，C1、C2处约束y方向，A1处约束y方向，A2处约束y和z方向，B1处约束x、y和z方向，B2处约束x和y方向。

图1 ANSYS计算模型一般约束方式

2 AutoCAD计算方法

AutoCAD按照菜单栏/工具集/计算/挠度线路径就可以完成支反力计算。具体计算步骤如下：

第一步：按照实际合同画出人行道水平跨距线，定好各支点位置。

第二步：工具集/计算/惯性矩，先任意定义一个截面，计算出惯性矩数据图块。

第三步：工具集/计算/挠度线，依据提示操作：选择截面惯性矩数据图块—指定起点—指定端点—进入梁计算界面（如图2所示）—选择支撑（一端固定支撑，其他滑动支撑）—选择载荷（均布载荷，依据具体结构输入载荷系数）—显示结果。

第四步：从显示的挠度图上读出支反力数值。

第五步：考虑集中载荷，下平层端点支反力＋3kN，上平层端点支反力＋7kN～＋10kN。

3 实例分析比较

按照以上计算方法，列举比较两种计算方法的差异。设水平人行道跨距120m，中间支撑数量11个，每跨间距10m。AutoCAD计算模型如图3所示。两种计算方法支反力的计算结果及所用时间见表1。

4 结果分析

两种计算方法计算结果显示，用AutoCAD计算与ANSYS编程精确计算的结果最大差异仅8%，这在建筑土建施工是完全可以接受的。但两种方法耗费的时间差异巨大，因此，在人行道支反力计算时完全可以用AutoCAD计算方法代替编程计算方法，误差很小，且节约大量时间。

图2 梁计算界面

图3 AutoCAD计算模型

表1 两种计算方法支反力的计算结果