復雜鋼管結構立柱的設計研究

孫文　楊中偉　徐博　劉晶　袁旭光

摘 要：針對目前國內的大型樁工機械主要靠引進國外技術的問題，以螺旋樁機的立柱為例，根據其參數設計了數學模型，并在起架、鉆孔、拔鉆三種工況下進行了強度與穩定度的計算，通過solidworks simulation進行了有限元分析驗證。產品的實際檢測結果與設計基本相符，對于大型樁機立柱自主化生產具有重要意義。

關鍵詞：螺旋樁機；鋼管結構；立柱；有限元分析

中圖分類號：U445.3 文獻標志碼：B

0 引 言

樁工機械是用于大型樁基工程建設中的一種鉆孔設備，主要應用在高速鐵路、地鐵、高層建筑等灌注樁的建設中[1]。螺桿樁機是一種懸掛動力工作裝置和加壓提升裝置的電動履帶樁架，由于螺桿樁的成型要靠較大的動力扭矩和拔樁力，需要一種質量輕、強度高、剛度大且非常高的立柱，這給立柱的設計帶來前所未有的挑戰。

目前，國內的大型樁機產品主要靠引進國外技術，關于復雜截面圓管立柱的結構，理論分析方面的資料較少；采用簡化的結構，計算誤差大，立柱局部開裂甚至整體倒塌的原因并不十分清楚；運用solidworks simulation進行分析計算，可以知道每一點的應力，然后快速、準確找出設計薄弱的環節并進行改進，對大型樁機立柱自主化生產具有重要意義。

1 立柱結構設計

由于鋼管與其他截面形狀，構件相比，有較小的風載荷體型系數，在軸壓作用下有較大的回轉半徑i，且繞各局部坐標軸的回轉半徑相等或相近[2]；而樁機立柱是以軸心受壓為主的構件，采用管結構有較高的整體穩定性，而且可以使立柱重量減輕，對起架工況非常有利。……