大跨度廠房主梁起吊點的優化計算

羅曉風　胡銘　余紹洋　徐鑫

摘要在大跨度廠房主梁的現場起吊拼裝過程中，為使其水平方向變形最小，需要選擇合適的起吊點，以使主梁的安裝孔位接近設計安裝位置。為此，本文介紹用ANSYS軟件預先計算并優化起吊點位置的方法，以提高實際工作效率。

關鍵詞 主梁 吊裝 水平變形

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.07.080

0引言

由于施工場地及制造條件的原因，大跨度工業廠房的主梁安裝過程，一般是將主梁先分段在工廠加工，運到工地，焊接成整體，再吊裝到位，并固定于基礎梁上，完成主體安裝。在以往的吊裝過程中發現，由于主梁的跨度較大，剛度較小，主梁在自重作用下水平變形較大，主梁與基礎梁的安裝孔位置相差較大，不得不憑經驗在現場反復地尋找合適的吊點位置。為解決該問題，擬先用有限元軟件計算，大致確定起吊點位置及起吊點的一般規律，找到合理起吊點的一般方法。

1計算模型及計算方法

以某跨度50m工字型截面工業廠房主梁為例，如圖1。本文用ANSYS軟件進行計算。

1.1建模

根據單根主梁實際吊裝工作狀態，選用beam3平面梁單元。雖然用空間梁單元更準確，但會增加建模的復雜程度，而且提高的計算精度有限。在工程計算上，選用beam3平面梁單元有足夠的精度。

材料參數為：彈性模量E=2.1x10¹¹（N/m²），密度ρ=7850（kg/m³），泊松比ε=0.3。單位全部采用國際單位，長度單位取m，力的單位取牛頓Ⅳ。

實常數：工字鋼截面參數為800×800×8×8。在ANSYS中，選擇工字鋼截面形狀，輸入該組數據后，即可獲得截面面積及慣性矩，再將截面面積及慣性矩輸入梁單元實常數項中。

生成幾何模型：由于模型結構簡單，采用由底向上的方式建模。即：先由幾何參考生成關鍵點，再由關鍵點生成線的方式，建立模型。網格劃分為0.1m。

1.2施加載荷及約束

起吊過程中，只有主梁的自重。重力作為載荷，重力加速度取g=9.8（m/s²）。根據起吊的特點，在主梁兩側的起吊點處設置垂直方向的位移約束，在主梁的中點處設置水平方向的位移約束。為使主梁平穩起吊，起吊點應基本對稱布置。

本文的目的要尋找最合適的起吊點，使主梁的水平變形最小。所以，分別設置兩點起吊及四點起吊方式進行比較。

13模型求解及計算結果

選擇靜力狀態及current LS方式求解。圖2是兩點起吊方式中，兩吊點均距兩端1/2處的水平變形顯示圖。

表1是兩點起吊方式中主梁的水平變形。表中起吊點位置是指，主梁一側上分別距端部1/3、1/2、2/3三種位置之一，主梁另一側起吊點對稱設置。

為對比，仍在距端部1/3、1/2、2/3處的特殊位置上，對稱選擇四個起吊點計算。

表2是四點起吊方式中主梁的水平變形。表中起吊點位置是指，主梁一側上第一及第二起吊點的位置分別在距端部1/3、1/2、2/3三種位置之一，主梁另一側起吊點對稱設置。

其中，四個起吊點均對稱距兩端1/3，2/3處的水平變形如圖3。

通過以上模擬計算，可以知道，距兩端1/3，2/3處設置四點起吊的方式，水平變形最小，是目前最優的起吊方式。而且這種起吊方式中，由于四個起吊點基本均勻對稱分布，四個起吊點處的約束反力基本相近，有利于主梁的平穩起吊，較為理想。

2結論

ANSYS軟件是一款工程上得到廣泛應用的軟件，其計算結果的可靠性已為大量工程實踐所證實。用ANSYS軟件計算大跨度廠房主梁起吊過程中的水平變形，具有操作簡單，可靠性高的優點。

通過本例計算可知，兩點起吊條件下，總的水平變形較大，而且垂直變形更大（未列出），都不利于主梁吊裝到位進行安裝。四點吊裝條件下，水平變形較小，是一般規律。在四點起吊的條件下，又以在一側的1/3及2/3兩點處設置起吊點最優。

因為在軟件上進行模擬計算，所以，可以很方便地設置多種計算條件，如本文中分別設置兩點及四點起吊方式，起吊點設置在不同位置處。因而容易從多次選擇的起吊點中，優選出水平變形最小的起吊點，作為實際起吊時的重要參考點。

本文側重于介紹一種方法，供實際施工作為參考。由于模型計算及實際操作中總是具有一定的誤差。所以，在實際施工中，應根據優選起吊點再作小范圍的調整，可快速找到實際最佳起吊點，并為以后類似的起吊施工提供較好的工程經驗。