大型鋼結構轉運站設計

【摘 要】文中介紹了帶式輸送機大型鋼結構轉運站設計難點，并就設計難點對傳統設計方法和現代化先進設計方法進行詳細的闡述。

【關鍵詞】大型鋼結構轉運站；設計方法；有限元

阿曼二期項目CT3113.02皮帶機轉運站轉運站長9.5米，寬8.2米，高47.3米，總共分成10層。在海拔標高38.600米平面（八層）布置有TR.3123.03、TR.3113.03兩條膠帶機。在海拔標高41.675米平面（九層）布置有TR.3123.02、TR.3113.02兩條膠帶機，同時海拔標高47.300米平面布置兩臺維修用10噸電動葫蘆。該轉運站用于完成物料由上層皮帶機到下層皮帶機的卸料工作。

由于該轉運站垂直高度高，水平張力大，最大水平張力120噸，此種規格轉運站是設計中很少遇到的，因此設計中存在許多技術難題。對于垂直高度大于20米的鋼機構轉運站，自振周期大，對動載荷響應明顯，尤其是對地震載荷的響應尤為顯著，因此在以前靜力分析的基礎上，應著重進行動態分析，以達到設計要求。

傳統的鋼結構設計一般采用的是重復設計的方法，是設計者根據自己的理論知識和工程設計經驗經過不斷地選擇、試算、分析、校核，直至達到設計要求為止。這種設計方法安全可靠，但設計時由于考慮計算誤差安全系數通常選擇過大，設計過于保守，材料浪費，設計出的產品過于保守。另一方面，對于尺寸過大，結構過于復雜的鋼結構體系，計算量相當大，設計者往往要耗費大量的時間用于復雜的計算和分析中，無形中降低了設計效率，使設計成本增加。

隨著高速計算機的發展，為研究和發展結構分析設計方法提供了現實條件和理論基礎，使我們設計者對鋼結構分析理論和設計方法的理解也更加深入。這其中有限元技術的發展尤為突出，現在有限元法已經被工程師和科學家們公認是一種完美和方便的分析工具。40多年來，有限元法的應用已由彈性力學平面問題擴展到空間問題、板殼問題，由靜力平衡問題擴展到穩定問題、動力問題。其分析結果安全可靠，計算方便快捷，對于本次項目CT3113.02皮帶機轉運站的設計也十分有效。

所謂的有限元法是將一個連續域離散化為有限個單元并通過有限個節點相連接的等效集合體。由于單元能按照不同的聯結方式進行組合，且單元本身又可以有不同形狀，因此可以模型化幾何形狀復雜的求解域。單元內的近似函數由未知場函數在單元的各個節點的數值和其插值函數來表達。一個問題的有限元分析中，未知場函數在各個節點上的數值就成為新的未知量，從而使一個連續的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題。一經求解出這些未知量，就可以通過插值函數計算出各個單元內場函數的近似值，從而得到整個求解域上的近似解。

所有的通用有限元軟件都包括：前處理、求解器、后處理三個有邏輯順序的模塊。在進行實際工程分析時，也該按照以上三個模塊來進行。

依照上面的步驟，對CT3113.02皮帶機轉運站進行有限元分析，這里我們采用ANSYS有限元分析軟件，計算模型及分析結果如下圖所示。同時，按照《建筑抗震設計規范》分別按地震工況及陣風工況對該轉運站進行了模態分析，使結構設計在動載狀態下能滿足強度要求。

鋼結構轉運站設計的基本原則是要做到技術先進、經濟合理、安全適用和確保質量。因此，結構設計要解決的根本問題是在結構的可靠和經濟之間選擇一種最佳的平衡，使由最經濟的途徑建成的結構能以適當的可靠度滿足各種預定的功能要求。

本次項目采用的有限元分析法對大型鋼結構轉運站進行優化設計，即滿足了結構設計的可靠性，又節省了設計時間，降低了設計成本，實現企業創效的目標。