自動人行道支反力計算方法分析

陳義東

（中國聯合工程公司，浙江 杭州 310022）

0 引言

自動人行道是現代建筑中常用的輸送乘客的一種特種設備，在建筑設計時需要考慮人行道各支點的支反力。在進行自動人行道產品生產時，生產廠家需要提供該設備的支反力。

本文介紹兩種支反力的計算方法：①采用ANSYS軟件進行編程計算，準確性非常高，耗費時間長；②采用常用的繪圖軟件AutoCAD進行計算，其計算的準確性也是可接受的，簡單快捷。

1 ANSYS編程計算

ANSYS是采用APDL語言編寫程序并進行運算的，其一般編程解決問題的步驟是：建模—設置材料參數—劃分網格—約束及加載—計算—后處理提取結果。其中耗費時間比較長的是建模及加載過程。

對自動人行道產品，其模型是自動人行道的鋼結構—桁架的建模。對人行道桁架，模型是比較規則的，將提升高度、角度、跨度等隨合同變化的參數設置為變量，以滿足不同合同的需求。對人行道桁架這樣的鋼結構件，其零件都是由不同截面的薄壁方管、角鋼或者槽鋼組成，因此ANSYS建模采用自下而上的方式，即點—線—面—體的方式。建立好模型后為線、面按照實際情況賦予不同的截面，正確設置材料參數并劃分網格。

因為是支反力計算，因此約束及加載是比較重要的。對人行道產品自重可以按照重力的方式加載，對乘客載荷則需要按照標準GB16899（EN115）的要求（5 000N/m2）進行加載。另外，還要考慮上、下平層有集中質量載荷，如上平層主機、主驅動、扶手驅動、控制系統、下平層梯路漲緊架等。

最后就是計算與查看結果。有了計算結果后，可以檢驗建立的模型是否正確。因為加載的載荷方向都是豎直方向，按照力平衡原理，支反力結果也應該只有豎直方向，其他方向的應該為0或近似為0。如果出現不等于0的情況，則往往是由于模型約束不正確造成的，可以調整約束方向直到正確為止。ANSYS計算模型一般的約束方式如圖1所示。圖1是人行道俯視簡圖，C1、C2處約束y方向，A1處約束y方向，A2處約束y和z方向，B1處約束x、y和z方向，B2處約束x和y方向。

圖1 ANSYS計算模型一般約束方式

2 AutoCAD計算方法

AutoCAD按照菜單欄/工具集/計算/撓度線路徑就可以完成支反力計算。具體計算步驟如下：

第一步：按照實際合同畫出人行道水平跨距線，定好各支點位置。

第二步：工具集/計算/慣性矩，先任意定義一個截面，計算出慣性矩數據圖塊。

第三步：工具集/計算/撓度線，依據提示操作：選擇截面慣性矩數據圖塊—指定起點—指定端點—進入梁計算界面（如圖2所示）—選擇支撐（一端固定支撐，其他滑動支撐）—選擇載荷（均布載荷，依據具體結構輸入載荷系數）—顯示結果。

第四步：從顯示的撓度圖上讀出支反力數值。

第五步：考慮集中載荷，下平層端點支反力＋3kN，上平層端點支反力＋7kN～＋10kN。

3 實例分析比較

按照以上計算方法，列舉比較兩種計算方法的差異。設水平人行道跨距120m，中間支撐數量11個，每跨間距10m。AutoCAD計算模型如圖3所示。兩種計算方法支反力的計算結果及所用時間見表1。

4 結果分析

兩種計算方法計算結果顯示，用AutoCAD計算與ANSYS編程精確計算的結果最大差異僅8%，這在建筑土建施工是完全可以接受的。但兩種方法耗費的時間差異巨大，因此，在人行道支反力計算時完全可以用AutoCAD計算方法代替編程計算方法，誤差很小，且節約大量時間。

圖2 梁計算界面

圖3 AutoCAD計算模型

表1 兩種計算方法支反力的計算結果