基于ANSYS的造橋機支撐托架建模及模態分析

（河南省特種設備安全檢測研究院，河南 鄭州 450008）

基于ANSYS的造橋機支撐托架建模及模態分析

孔維勝 陳 陽

（河南省特種設備安全檢測研究院，河南 鄭州 450008）

本文介紹了在ANSYS環境下進行造橋機支撐托架建模及模態分析的一種方法。采用ANSYS軟件中的APDL參數化設計語言建立了造橋機支撐托架有限元模型，避免了重復建模，提高了建立造橋機支撐托架模型的精確性和高效性。對支撐托架進行了模態分析，確定其固有頻率和振型, 可以有效地避免共振的產生和降低噪聲提供理論依據。

造橋機;模態分析;ANSYS

隨著橋梁技術不斷創新，現澆箱梁以其受力合理、造型美觀、型式多樣、整體性好的優點，在公路橋梁施工中得到了廣泛地應用，其施工技術更是日新月異，大量新技術、新結構、新工藝和新設備的不斷出現。現澆箱梁施工技術的更新主要反應在模架施工之中，即采用造橋機施工。造橋機也稱移動模架，其結構如圖1所示，它是一種先進的施工方法，施工速度快，質量好，適用范圍廣，綜合效益好，因此造橋機在橋梁建設上得到更廣泛的應用。

1 建立造橋機支撐托架有限元模型

本文采用ANSYS軟件中的APDL參數化設計語言建立造橋機支撐托架有限元模型，避免重復建模，提高了模型的精確性和高效性。

采用自下而上的方法建立造橋機支撐托架有限元模型，首先，使用命令（K）創建一系列關鍵點，使用命令（L）由關鍵點生成各構件軸線。

然后，定義支撐托架各構件的截面參數和材料參數，并對支撐托架各構件進行網格劃分。

最后，建立下部弧形支座模型，利用自由度耦合的方法把下張拉梁與下部弧形支座進行耦合。

最終建立造橋機支撐托架有限元模型，如圖2所示。

2 造橋機支撐托架模態分析

進行支撐托架的模態分析時，首先需要對有限元模型施加慣性荷載、施加榫頭部分的節點約束和施加弧形板節點約束；然后進行模態分析。模態分析可得到支撐托架的固有頻率, 取前十五階的模態計算結果在進行模態分析, 如表1所示。

圖1 造橋機整體結構

由模態分析結果可知：

1）第1-3階頻率整機及主要部件變形較小，對整機的動態性能影響不太大，在分析中不予考慮；

2） 第 6、7、12階頻率均表現出橫梁在XOZ面內擺動（蛇形），即在水平面的振動情況。6、7階頻率較低，受風力影響時，如山區或架設高度較大時，對整機的影響性較大；12階頻率主要是由外斜撐剛度不足引起的；

3）第5、10階頻率均表現出整機在XOY平面內上下擺動。由于支撐托架上面的臺車橫向移動時，后輔助支腿、前后支撐托架上的橫移油缸循環伸縮使兩側移動模架向外橫移開啟讓過墩寬，這種移動臺車的移動激振力對支撐托架有一定的影響；

4）第7、9、14均表現出立撐沿Z軸拱曲。主要是由于立撐剛度不足引起的；

5）通過以上結果分析，在造橋機施工過程中應使臺車移動、移動模架橫移等的頻率盡量避開使支撐托架發生加大變形的固有頻率，以免發生共振，影響施工安全和質量。

結語

采用APDL參數化設計語言建立造橋機支撐托架的有限元模型，解決了重復建模和模型導入所產生的兼容和誤差問題，提高了建模的精確性和效率。對造橋機支撐托架進行模態分析，確定其固有頻率和振型, 為使臺車移動、移動模架橫移等的頻率盡量避開使支撐托架發生較大變形的固有頻率提供理論依據，避免共振的產生和降低噪聲，提高施工的安全性。

表1 支撐托架的各階固有頻率及振型

圖2 造橋機支撐托架有限元模型

[1] 王金諾，于蘭峰．起重運輸機金屬結構[M]．北京：中國鐵道出版社，2002

[2] 周長城，胡仁喜，熊文波編著．ANSYS-11．0基礎與典型范例[M]．電子工業出版社，2007．10

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