論桿和梁的剛度對塔機支護體系的水平受力影響

【摘 要】 內爬式塔式起重機的支護體系屬于超靜定的結構形式，本文將以結構力學中的力法來解決超靜定問題，然后解出墻體對于塔機支護體系在水平方向的各作用力，并采用軟件解出系統的作用力與桿和梁剛度參數變化之間的關系。

【關鍵詞】 內爬式 塔式起重機 支護體系 剛度 力法 支座力 超靜定

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.10.011

1 前言

在高層和超高層的工程建筑中，內爬式塔式起重機的工程機械優勢越來越大，因此，其支護體系的分析也尤為重要。本文分析的支護體系是由三根支撐桿和兩根主梁組成。塔式起重機的支撐框架固定在兩根主梁之上，由于主梁主要承受的是整機產生的垂直載荷及水平載荷。其中，水平載荷是整機的工作力矩和風載荷共同作用產生，且由三根水平支撐桿和兩根主梁共同承受，這也是本文的主要研究方向。水平方向上，由整機產生的水平力通過梁和支撐桿傳遞給墻體的支撐點，構成墻體的支撐載荷。在實際工程中，由于桿件材料的選擇（截面積，截面慣性矩）和桿件之間布置形式（支撐桿和梁的長度，支撐桿與梁的位置關系）的不同，導致由梁傳遞給墻體的力和由支撐桿傳遞給墻體的力分配關系不確定，這樣就有可能造成兩個力中的某個力過大，從而給桿件和墻體形成破壞。那么分析研究桿件材料和其布置形式對支護體系各個支反力的影響具有實際的工程意義。

2 支護體系的受力分析及計算

內爬式的支護結構，兩主梁可等效為等值剛度的單主梁，而塔身對于兩根主梁的水平方向的力可等效為兩個作用于單主梁上的外力P。三根支撐桿與梁和墻體之間的連接形式均為鉸接結構，為二力桿的形式，主要受拉壓軸向力作用。依據結構力學可以將該支護的結構簡化。如圖1所示超靜定的組合結構形式，根據力法原理去掉A、B點處的多余約束進而得到力學基本體系。

以ZSL2700塔機的支護體系工程為實例，各長度值：x=2.89m，y=3.68m，t=5.69m，E=常數，令外力P=1，以支撐桿的橫截面積A和梁的慣性矩I為變量，通過MATLAB軟件計算得出的4個外力X1、X2、Fc、Fd與A、I之間的關系，經分析可知：當三根支撐桿的EA增大或保持不變時，隨著梁的EI減小，梁對于墻體的作用力X1和X2將逐步減小，三個支撐桿對墻體的作用力Fc和Fd將逐漸增大，最終將承擔所有的外力P。該過程中，塔機的水平力P逐漸向剛度大的三根支撐桿傳遞；而當支撐桿的EA減小或固定不變時，隨梁的EI增大，塔機的外力P逐漸傳遞到剛度大的梁，墻體所受支撐桿力也隨之減小。在設計實際工程時，桿件面積和主梁水平剛度的合理配置，對于墻體的最大支反力的降低有決定性的作用。此時，主要由三根支撐桿承擔的塔機水平力。標定值點（在A=0.022m2，I=0.002m4工況下）為ZSL2700內爬式塔機支護體系的設計點，且X1=0.01P，X2=0.04P，Fc=0.73P，Fd=1.22P符合安全設計值。

3 結束語

本文通過力法解決了內爬式塔式起重機支護體系在水平方向上的超靜定問題，從而得出支座反力的表達式，并且通過MATLAB軟件得出四個外力X1、X2、Fc、Fd與橫截面積A和慣性矩I之間的關系。證明內爬式塔機的水平載荷隨著支撐桿和梁的剛度而改變，在設計實際工程時，可根據工程的需要通過改變兩者的剛度（EA，EI）的發放來調節分配梁和支撐桿所承受的作用力。

作者簡介

黃宇，本科，工程師，現于沈陽特種設備檢測研究院從事特種設備檢驗工作。

（責任編輯：張曉明）