基于移动塔吊基础钢梁结构及力学性能研究

庄爱军

摘 要：安装传统的塔吊起重机需要遵循固定的塔吊基础。这种塔吊的基本构造很复杂。如果应用不当，则可能会造成环境污染，影响周围管道的建设。而移动起重机的出现解决了固定基础的问题。本文使用UG完成了三维结构模型的设计，使用ANSYS软件分析节点的机械特性。塔吊的移动支架设计包括钢筋混凝土及其他安装部件。根据结构性荷载、移动装配的要求，设计移动塔吊基础钢梁结构性断面和尺寸。结合现有设备设计经验，利用UG完成结构及力学性能设计。

关键词：塔吊;基础钢梁;力学性能

中图分类号：TU476 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）07-0176-05

Research on the Structure and Mechanical Properties of the Steel Beam Based on the Mobile Tower Crane Foundation

Zhuang Aijun

（Shenzhen Suzhong Jiuding Mechanical Equipment Co.， Ltd.， Shenzhen 518100， China）

Abstract：To install a traditional tower crane， a fixed tower crane foundation must be followed. The basic structure of the tower crane is very complex. If not used properly， it may cause environmental pollution and affect the construction of surrounding pipelines. The appearance of mobile crane solves the problem of fixed base. In this paper， UG is used to complete the design of three-dimensional structure model， and ANSYS software is used to analyze the mechanical characteristics of nodes. The mobile support design of the tower crane includes reinforced concrete and other installation components. According to the requirements of structural load and mobile assembly， the structural section and dimension of steel beam of mobile tower crane foundation are designed. Based on the existing equipment design experience， UG was used to design the structure and mechanical properties.

Key words：tower crane; foundation steel beam; mechanical properties

在经济飞速发展的过程中，建筑产业的地位越来越至关重要。建筑产业是国家经济的支柱产业，其产业部价值约为5%，一直以来都保持着较高的价值。移动式基础钢梁具有更环保、更容易运输和安装等特点，通常被用于塔吊的基础设计。本研究将以计算机分析为辅助，研究基于移动塔吊基础钢梁结构及力学性能，以进一步改善移动塔吊基础钢梁的结构及力学性能，为塔吊应用提供理论支持和技术指导。

1 移动塔吊基础钢梁的力学性能计算

1.1 载荷计算

1.1.1 结构参数

塔机自重：F1=255kN;塔吊的最大安装高度：H=32.8m;塔身的宽度：B=1.63m;最大起重重荷载的工作范围：2.1～13.45m;起重的最大工作范围：45m;塔吊基础混凝土的强度等级：C32;平衡重：G4待算;平衡臂的长度：9.256m;平衡臂的重量：49kN;起重臂的总重量：47.23kN;吊钩与小车自重：3.75kN。

1.1.2 风载

（1）工作状态下的风载计算。在工作状态下的风级一般都是八级或者八级以下。因此，在计算工作状态下的风载时，可以假设最高的风俗为等于8级或者小于8级，那么这种情况下的风压则是0.25kN/m2。

风载Wk的计算公式如下：

在上述公式中，高度z处的风振系数是βZ，风载的体型系数是μs，风载的高度变化系数是μz，基本风压是 （kN/m2）。

βZ的取值。把结构顺风向风振受到结构风压脉动的影响纳入考虑范围，而且βZ的取值必须基于对基本自振周期T1的了解。T1可以作以下估算：

《建筑结构荷载规范》中标明：T1=（0.007～0.013）H，因此钢梁结构可以取得高值，所以得出：T1=0.013H=0.013×3.15=0.41。而从《建筑结构荷载规范》中也可知。所以，，。而由于要将塔臂受到的影响纳入考虑范围，所以，风压高度的变化系数为31.5m，则μz=1.4。

以上数据计算可得：

μs的取值以塔機的规格为基础，算得：

塔机挡风系数

塔机体型系数

作用在塔机表面上的风载的标准值WK

如果将塔机视为单根构件，那么刚作用在其上的风载等效值如下：

（2）非工作状态下的风载计算。在非工作状态下风压是，风载在塔机底部产生的倾覆力矩Mwk：

1.1.3 塔机的倾覆力矩

平衡重设的原则为：满载处于工作状态时，塔身的前倾弯矩与空载非工作状态时塔身的后倾弯矩接近。

（1）工作状态塔机的倾覆力矩。大臂自重产生的力矩：

最大起重载荷产生的力矩：

小车产生的力矩：

平衡臂产生的力矩：

平衡块产生的力矩：

（2）非工作状态下塔机的倾覆力矩。非工作状态下塔机的后倾覆力矩：

所以：

，

1.1.4 最大弯矩

由以上情况可以得知， 塔吊主要存在两种危险工况：第一，工作情况下满载;第二，非工作状态。

;

可得：

F1=325.12kN ; F3=30.34kN

作用于两根螺栓上的压力和拉力：

受力面积是19542.3mm2

2 移动塔吊基础钢梁的力学性能计算

2.1 分析步骤

2.1.1 导入模型

在有限因素分析中，ANSYS模型比其他软件方便，所以通常使用的软件需要与其他软件相互作用。本文用UG制作了单色模特儿，然后将它介绍给ANSYS。进行建模后，UG软件可以发送大量格式文件，以便与STEP、STL、PARASOLID等软件相互作用。例如，形式有其固有的特性。

STP：文件扩展名的位置。以UG形式提供STEP203和STEP214两个阶段。

STL：小型飞机模型文件类型。用于快速打字。

PARASOLID：这种模式有很多优点。使用了很多的软件安装系统。使用UG与ANSYS软件相互作用时，前3种方式一般会导致面部或面部受损，从而引发许多计算问题。PARASOLID模式可以很好地存储模型信息。本文采用的形式是UG import ANSYS转换。

ANSYS：点击导入文件PARASOLID >。在命令栏中输入/ facet，以完成独立模式导入。

2.1.2 单元选择

常三维结构的solid185单元具有8个节点来定义。每个节点包括3个自由度。沿着x，y，z方向的单元有超弹性如图1所示。

每个元素都有8个节点，由异方材料定制。基本价为全球坐标系。当向导的压力在负载时，温度对阳性的影响可以用作能量的形式。全球坐标系统可以向目标输出应力和变形。输入SOLID185元素，节点包括：1，J， K， L， M， N， O， P，节点自由度是：UX， UY。提供错误：KEYOPT（2） -0的情况下，不能出现实数。只需HGSTF-KEYOPT即可使用正数。当系统为1.0，材料参数时EX， EY， EZ （PRXY PRYZ， PRXZ或NUXY， NUYZ， NUXZ），ALPX， ALPY， ALPY， ALPZ（或CTEX）。GYZ THSZ、洞穴、GXY、GXZ、湿式表面承重压力：表面1 （JILK）、表面4 （IJNM）、表面4 （KLP-0）、负重、温度4 （L）、T （J）、T （K）、T （L）、T （M）、T （N）、T （P）;特征：可塑性，提高了粘性坐垫应力，包括TB命令ANEL的启动在内的大变形。一般Solid65设备是用来模拟钢筋模型的，使用这个装置可以模拟破裂和破裂。

在分析过程中使用Solid65处理特定情况，然后使用改善事项进行模拟。其他情况下，还可以用Solid65做复合材料（如玻璃纤维），也可以用地质材料（如岩石）。Solid65在非线性材料加工中有着非常重要的应用领域。该装置可模拟钢筋杆子的压缩、加盖、增高及其他特性，而Solid65则可用于模拟钢筋单杠的性能。和单位加密卷中的每一个加密卷相比，是提高音量的速度。如果加固材料的数量和0或单位材料的数量相同，就不会考虑包括体积比率、材料数量、方向角度等，在实际加固中可以定义相关的每个变量。

缩短张力和缩短压缩强度是影响龟裂的变量。塔吊的基本结构是由混凝土结构和钢架结构构成的。SOLID65的假定和限制，不能使用加密卷为0的像素。这个设备可以编号，它可以让1 JKL取代MNOP的表面。不可旋转的单位来自两个分离的物体。每个单元都必须有8个节点。O、P、L和节点连在一起，就是棱镜。如果需要考虑加固系数，设备可能会分散加固材料，但加固系数最高不超过1%。如果裂纹和破损是分析的主要损伤，那么在分析混凝土时装卸速度应该会变慢。荷重在运到混凝土之前可能会避开甚至造成“假粉碎”。如果垂直龟裂严重，这种现象多为抛射效果。合并过程中也会出现类似的情况。通过这一步骤，小性价格将比前一阶段更快地收集。同时输出将会显示小孔和破裂引起的变形。这时，由于要素被粉碎，钢筋的效果获得了相应的传单强度，传单的硬性增强不了。材料是非线性的，特别是考虑到裂纹和裂纹不能适用的两个要素。其中一个原因是压力增强。另一个是发生了大变化。

2.1.3 网格划分

采用自由划分、映射划分以及扫掠划分的方法来进行ANSYS的网格划分如。

操作步骤：①创建关键点;②创建分割面;③切分棱柱;④划分网格，得到高质量网格如图2所示。

2.2 预紧力分析

当温度降低时，物体就会变形。受到拘束，结构变形后，拉力随之起作用。在开始温度下可转换负重影响。第一次安装时没有预先安装连接设备。但是温度负荷在伏特上。其他组成部分不会影响温度的变化。伏特会收缩。这时为了防止收缩，螺栓启动时便会产生拉力。将早期的负重应用于螺栓后，用等价温度负重检查是否超重。

設置缩放平面：预置伏特后锁住其功能、强度和可信度都能提高。还可以更细致地连接。测试结果表明，这种方法可以提高安全性和寿命，在研究过的纸上，建立了预先加载的表面程序，以便将结构分解到网格中。

预压单位特性：自定义后一般包括平面组预压。此表面在预压单元的两侧，由2D单位一同进行。在图3中，点J被用作连接点保存。通常来说，这两点离得很近。节点K预先载入，到处都可以看到。它是有一定的自由的，可以用在力量型压力下。prish是朝实际方向工作的。

2.3 移动基础受力分析

本文所涉及的结构包括负重一半，应力一半。要使对称模型简单化，分析中只需要分析结构的一半就可以了。ANSYS可以完全加力来解决模块的问题。水泥压缩面被压面，底部被压面，不受地面和侧混凝土的约束。因为是对称的，在yz对称荷重的对称约束条件。如图4所示。

GUI操作：地面和混凝土：解决方案>定义加载>应用>结构>位移>在地区>先择面>自由约束或者加全约束。

对称约束：解决方案>定义加载>应用>结构>位移>对称 B.C>选择面>加对称约束。

求解控制：BASIC 选项中分析选项选择大位移静态。时间控制选项卡中数量的子步骤设置为20步。打开DOF求解预测和线性搜索。

计算GUI步骤：解决方案>解决>从LS文件>从一到二步计算。

3 处理后结果分析

使用三步加载方法，得到的计算结构，接着从应力情况和位移这两方面来对结构进行分析。

图5中，最大变型为0.07～15mm。最大的压缩力是水泥和螺栓连接的下端小孔的表面。如图6所示。以宽度方向水泥的轴方向压缩应力的变化趋势如图7所示。水泥的最大应力为1.78 MPa，低于30 MPa。C30混凝土的允许压缩应力表示水泥满足要求。

激光束将在flat volt连接右侧的最大应力点之一上显示，如图8所示。此外，还可根据主轴ya轴获得印章应力曲线如图9所示。最大的印章应力17.3 MPa中图像的Q235钢铁频道的最大印章强度为375～500 MPa。实验结果显示满足设计的要求。

塔吊基础的自由活动部分左侧最大应力出现在图10中。其值为193MPa， 而12.9V的拉伸强度为1220MPa，满足要求事项。

4 结论

文章使用UG软件设计模型来满足使用要求。优点是安装安全、移动方便和经济实惠为了便于计算，二分之一的模型被用来分析各种因素。嵌入式元件ANSYS是用在移动基础的机械分析上，并检查钢梁的强度、混凝土强度和螺丝钉强度。

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