吊篮钢轨结构受力的有限元分析

2018-11-20曾峰

机电信息 2018年33期

曾峰

（广州特种机电设备检测研究院，广东广州510000）

1 吊装钢结构计算

1.1 计算说明

以吊篮钢结构作为计算对象，通过计算结果确定钢结构和连接节点是否满足设计要求。根据吊篮钢结构受力特点设计出计算模型，进行杆件分析和计算。钢结构材质为Q235 B。分析校核此结构，首先在AUTOCAD中建立三维模型图，然后导入有限元计算软件ANSYS 10.0，以Beam单元来模拟钢结构，并在单元上施加荷载，结构自重由软件自行计入然后进行有限元结构计算，最终确定钢构件的截面尺寸以及结构的构造形式。钢结构采用刚接节点连接，前端连接钢丝绳固定到土建结构上[1]。

1.2 截面参数及材料参数

结构截面的几何参数如下：

悬挑钢框采用工型钢：16#工字钢；

前端横向钢梁采用工字钢：18#工字钢；钢丝绳采用6×19钢丝绳：直径14 mm。根据《钢结构设计规范》（GB 50017—2017），结构的材料参数如下：

型材采用Q235碳钢（0＜t≤16），杨氏弹性模量：E=2.06×105N/mm2；

抗拉、压、弯强度设计值：fy=215 N/mm2；

抗剪强度设计值：fy=125 N/mm2；

局部承压强度设计值：fce=325 N/mm2。

1.3 荷载分析

在吊装过程中，吊装材料荷载和吊装人员荷载均为6.0 kN，考虑动荷载系数1.1，荷载分项取值为1.35，则吊装钢结构承受的荷载为F=1.35×1.1×6.0=8.91 kN[2]。图1所示为结构力学模型图，图2所示为结构应力云图。

图1 结构力学模型图（荷载作用到横向钢梁跨中位置）

图2 结构应力云图（荷载作用到横向钢梁跨中位置）

1.4 结构强度分析结论

结构在荷载作用下产生的应力为：

所以结构强度满足要求。

钢丝绳拉力为：

式中，α为钢丝绳之间的荷载不均匀系数；Fg为钢丝绳的容许拉力（kN）；K为钢丝绳使用安全系数（根据《建筑施工计算手册》第13.1.1.2）。

所以钢丝绳承载力满足要求。

2 钢梁根部连接焊缝计算

挑出钢架根部焊缝承受正应力和剪应力。

此处挑出钢梁根部采用角焊缝，焊脚尺寸为8.0 mm，E43型焊条现场手工焊接，焊缝质量等级为三级，其抗拉、抗剪强度设计值均为：ftb=160 N/mm2。

该节点上连接板根部焊缝处的最大外荷载大小为：

轴力：N=RFy=9 906.7 N；

剪力：V=RFx=5 312.0 N；

弯矩：Mz=4 774 600 N·mm。

则焊缝的强度为：

（1）正应力：

（2）剪应力：

焊缝还应同时满足下式：

所以焊缝满足设计要求。

3 埋件计算

3.1 预埋件的强度分析

此处以预埋件作为计算对象，此埋件主要承受支反力。因此，此处将上述最大支反力作为埋件的外荷载对预埋件进行计算[3]。

此处采用6根φ12锚筋固定，锚筋的材质为HRB400，锚板的厚度为t=10 mm，此计算部位埋件所受的最大内力为：

轴力：N=RFy=9 906.7 N；

剪力：V=RFx=5 312.0 N；

弯矩：Mz=4 774 600 N·mm。

预埋件的集合特性计算：

混凝土抗压强度设计值：C30fc=14.3 MPa；混凝土轴心抗拉强度设计值：C30ft=1.43 MPa；锚筋抗拉强度设计值：fy=300 MPa；锚板的厚度：t=10 mm；锚筋直径：d=12 mm；锚筋数量：n=6；锚筋的外形系数：α=0.14；外层锚筋中心线的距离Z=100 mm；锚筋层数影响系数：αr=1.0。

锚筋的受剪承载力系数：