手動單軌起重機抗震分析

許平，焦博，侯娜，王詩柔，李杰

（1.大連益利亞工程機械有限公司，遼寧大連116023；2.大連慧昌海洋工程技術有限公司，遼寧大連116019）

手動單軌起重機抗震分析

許平，焦博1，侯娜2，王詩柔1，李杰1

（1.大連益利亞工程機械有限公司，遼寧大連116023；2.大連慧昌海洋工程技術有限公司，遼寧大連116019）

對反應堆廠房手動單軌起重機進行抗震分析，利用ANSYS有限元軟件將廠房主體結構與運行機構和裝載葫蘆進行有效結合，對核電設備進行整體抗震分析。采用結構靜力計算、模態分析、譜分析，通過CQC振型組合方法對相關子結構進行校核驗證，保證總體結構抗震分析的有效性和完整性，使抗震起重機更加優化。

譜分析；靜力分析；模態分析

目前核電廠房中的單軌起重機在進行抗震計算時，一般采用對橫梁的強度進行分析，看橫梁是否有強度破壞，但是橫梁的強度問題并不是地震分析中的主要問題，地震中最常出現的問題是空載靜止的情況下，手拉葫蘆的小車有可能脫離橫梁飛射出去，從而導致廠房內的設備和起重機的損壞。因此，對手動單軌起重機的抗震分析需要建立整體模型，除了分析橫梁的強度，更重要的是分析小車的輪壓。

本文研究某核電廠房的手動單軌起重機，該機構由三部分組成：通過預埋件與廠房頂部連接的工字鋼、與型鋼連接的運行小車、小車下方的手動葫蘆，將對該起重設備進行整體抗震分析，并做出詳解。根據結構形式采用振型分解反應譜法[1]，把多個自由度體系分解成若干個單自由度體系振動的組合，將各個振型計算出的地震效應按一定規則組合起來，求出總的地震響應。采用堆型為ACP1000人員通行的水平和豎直方向樓層反應譜，輸入時程采用單組人工擬合時程，包含相互獨立并正交的三條時程。

1 計算說明

（1）計算方法：采用結構靜力計算、模態分析、譜分析，結果為譜分析和靜力分析結果疊加，使用CQC（Complete Quadratic Combination完全二次項組合）法，對X、Y、Z方向進行地震譜合成，對三個方向譜響應完全二次項組合。

（2）阻尼系數：通過文獻[2]選取阻尼系數，根據反應堆外圍廠房40 t以下吊車技術規格書中關于地震計算要求，運行安全地震（SL-1）地震阻尼比為2%，極限安全地震（SL-2）地震阻尼比為4%；抗震分析的計算條件是空載、靜止、停在駐車位置。

（3）坐標的確定：系列手拉葫蘆單軌起重機在不同的房間內，在計算時將有限元模型的整體坐標系與廠房坐標系保持一致，即與地震譜坐標系方向一致。

（4）有限元模型說明：手動單軌起重機的軌道橫梁為工字鋼結構，道橫梁采用板殼單元模擬，手動葫蘆采用板殼與梁單元模擬；起升鏈條采用LINK10受拉桿單元模擬，能夠很好的模擬機構在地震作用下的響應；吊重作為集中質量載荷加在起升葫蘆相應位置；通過密度補償的方式使得運行小車與葫蘆模型質量與實際質量一致。

（5）手動單軌起重機橫梁參數：橫梁為工字型鋼200×100×7×11.4工字型鋼，長度9 000 mm.

（6）抗震計算要求：保證在發生地震期間吊車的零部件不掉落并不產生飛射物，即手拉葫蘆的小車不能脫離橫梁。

（7）計算判定準則如下：

1）材料參數見表1.

表1 材料參數表

2）許用應力

按照反應堆外圍廠房40 t以下吊車技術規格書要求，應滿足的強度要求為：

金屬結構的材料為Q235B，在地震載荷作用下起重機金屬結構的許用應力為：

2 計算工況

手動單軌起重機整體有限元模型，如圖1所示。

圖1 整機模型

對于手動單軌起重機，計算空載工況，由于其屬于非對稱結構形式，需要計算運行小車兩側駐車位置，SL-1地震與SL-2地震，空載，各工況均為靜止工況，除了自重沖擊系數外無其它系數，自重沖擊系數取1.05.相關工況見表2.

表2 工況列表

3 模態分析

運行小車處于軌道橫梁不同位置時，對于起重機整體模態影響很小，不做詳細數據羅列，只針對空載工況狀態下起重機模態進行計算與數據匯總。

模態分析共計算80階頻率，其中三個平動方向振型質量參與系數達到90%的數據進行匯總見表3，表中Sum UX、Sum UY、Sum UZ為整體坐標系X、Y、Z三方向振型質量參與系數百分比累加值。

表3 振型質量參與系數表

對計算頻率為100 Hz以內數據進行列表。由于存在起升鏈條，存在起重機旋轉自由度，前二階振頻為0，得到起重機三個平動自由度方向的振型質量參與系數，見表4.

表4 頻率與振型質量參與系數信息表

4 有限元疊加合成

手動單軌起重機橫梁與房間混凝土連接處的標高為27.7 m，輸入SL-1、SL-2對應的廠房樓層反應譜，根據空載靜態計算與空載地震計算運行小車輪壓數據，判斷小車是否脫離軌道；現僅對SL-1與SL-2地震情況下，選取小車處于軌道橫梁左側駐車位置工況三，截取有限元計算結果如圖2，其他工況計算結果以提取數據方式進行匯總。

圖2 工況三計算結果

5 結果匯總及結論分析

（1）各工況地震計算結果匯總見表5.

表5 空載工況計算結果總表

（2）結論分析

根據小車處于橫梁不同位置的多種工況，匯總空載在SL-1與SL-2工況下，橫梁最大應力分別為12.19 MPa、17.23 MPa，根據判定計算準則中的數據，確定其均小于相應許用應力，橫梁最大位移為0.017 mm；地震工況下，運行小車最小輪壓為0.01 kN，即不會出現運行小車上拋而產生飛射物的情況[3]。

通過以上分析可知，該重機滿足反應堆外圍廠房40 t以下吊車技術規格書中的抗震要求。

[1]李忠獻，李忠誠，沈望霞.核反應堆廠房結構樓層反應譜的敏感性分析[J].核動力工程，2005，26（1）：44.

[2]李田.結構時程動力分析中的阻尼取值研究樂設施安全規范[J].廣東土木與建筑，2008（4）：23-25.

[3]北京鋼鐵設計研究總院.GB50017-2003鋼結構設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2003.

Manual Monorail Crane Seismic Analysis

XU Ping1，JIAO Bo1，HOU Na2，WANG Shi-rou1，LI Jie1
（1.Dlian Yiliya Construction Machinery Co.，Ltd，Dalian Liaoning 116023，China；2.Dalian Huichang Marine Engineering Technology Co.，Ltd.，Dalian Liaoning 116019，China）

Seismic analysis was carried out on the manual monorail crane in reactor workshop.The main structure of workshop and running mechanism and loading hoist was effectivly combinated by ansys finite elemeng analysis software.The structure was checked by using static analysis，modal analysis，spectrum analysis and the CQC modal combination.These methods can ensure the sffectiveness and integrity of the overall structure，and make the seismic crane more optimization.

spectrum analysis；static analysis；modal analysis

TH218

A

1672-545X（2017）03-0104-03

2016-12-20

許平（1979-），女，遼寧人，工程師，學士，主要從事機械設計與計算分析。