1700 t運梁車結構有限元分析

馬紅建

?

1700 t運梁車結構有限元分析

馬紅建

（中交隧道工程局有限公司 北京分公司，北京 100102）

為保證運梁車的作業安全，應用ANSYS 12.0軟件對1700 t運梁車金屬結構進行有限元分析計算。介紹了1700 t運梁車的組成結構及其14種作業工況，通過建立大剛度多級均載梁來準確模擬液壓懸掛裝置，基于APDL語言建立了1700 t運梁車結構的有限元模型。結合14種工況對1700 t運梁車金屬結構進行強度計算及變形計算，采用極限狀態設計法對強度計算結果進行判定，確保其結構的合理性。

運梁車；有限元；強度；ANSYS

運梁車是橋梁施工專用的重載運輸設備，實現已制橋梁到橋梁施工現場的運輸工作，運梁車可馱運30 m、40 m、46.5 m、53.5 m、60 m五種梁型完成作業，其中60 m梁重1700 t，本次計算針對60 m梁進行，1700 t運梁車金屬結構主要采用Q345B、Q345C、Q390C、Q460B四種材料的板材焊接、銷接及螺栓連接組成[1-2]。為保證運梁車結構的安全性，對其進行結構分析具有重要意義。本文通過一種新的建模方法，即建立大剛度多級均載梁來準確模擬液壓懸掛裝置，并對其進行了各種工況下的有限元計算，得到各工況下的應力及變形情況[3]。

1 運梁車結構的結構組成

運梁車整體結構圖如圖1所示，結構及橋梁質量如表1所示。

2 運梁車的有限元建模

2.1 幾何模型

采用了BEAM189梁單元和MASS21集中質量單元建立運梁車的有限元模型，運梁車的結構采用BEAM189建立，60 m橋梁用MASS21建立，通過RBE3命令將MASS21的重力載荷傳到前車架擺動梁及后車架承重梁的支撐處，為了模擬液壓懸掛，在前車架兩點支撐部分橫梁、前車架單點支撐部分橫梁、后車架兩點支撐部分橫梁及后車架單點支撐部分橫梁處建立大剛度多級均載梁，如圖2所示。加載時，結構重量及橋梁重量乘以技術文件規定的載荷系數及分項荷載系數[4-5]，部分工況施加了風載，應力計算結果直接與極限設計應力相比較。運梁車馱梁狀態的有限元模型如圖3所示。

表1 運梁車及橋梁質量

1.前車架承重梁2.前車架擺動梁3.前車架主梁前段4.前車架主梁中段5.前車架主梁后段6.前車架前支腿7.前車架兩點支撐部分橫梁8.前車架單點支撐部分橫梁9.后車架承重梁10.后車架主梁前段 11.后車架主梁中段12.后車架主梁后段 13.后車架兩點支撐部分橫梁14.后車架超級支腿 15.后車架單點支撐部分橫梁16.前車架（分為一號前車架、二號前車架） 17.后車架（分為一號后車架、二號后車架）

圖2 運梁車約束處多級均載梁

圖3 運梁車有限元模型

2.2 載荷處理

對運梁車所受載荷進行處理，將載荷簡化等效施加在相應位置，如表2所示。

3 工況介紹及載荷分析

根據運梁車的實際作業情況結合文獻[4-5]的規定，確定本次計算的工況及載荷組合，工況如表3所示。

計算載荷：

工況1：運梁車自重計算載荷P＝P×1，分項載荷系數γ＝1.22；橋梁自重計算載荷P＝P×2，，γ＝1.34。

工況2：P＝P×1，γ＝1.16，P＝P×2，γ＝1.22；＝600 N·m2，γ＝1.22。

工況3：P＝P×4，γ＝1.22；P＝P×4，γ＝1.22；制動加速度＝0.083 m/s2；制動水平慣性力P＝(P＋P)××5，γ＝1.34。

表2 載荷處理

表3 計算工況

工況4：P＝P×4，γ＝1.22；P＝P×4，γ＝1.22；＝0.083 m/s2；P＝(P＋P)××5，γ＝1.34。

工況5：P＝P×4，γ＝1.16；P＝P×4，γ＝1.16；＝0.083 m/s2；P＝(P＋P)××5，γ＝1.22；＝600 N·m2，γ＝1.22。

工況6：P＝P×4，γ＝1.16；P＝P×4，γ＝1.16；＝0.083 m/s2；P＝(P＋P)××5，γ＝1.22；＝600 N·m2，γ＝1.22。

工況7：P＝P，γ＝1；＝2646 N·m2，γ＝1.1。

工況8：P＝P×1，γ＝1.1；P＝P×1.1×6，6＝1.05，γ＝1.16；＝0.083 m/s2；P＝(P＋P×1.1)××5，γ＝1.1；＝96 N·m2，γ＝1.16。

工況9：P＝P，γ＝1.1；P＝P×1.25×6，6＝1，γ＝1.1。

工況10：P＝P，γ＝1.1；P＝P，6＝1.1。取爆胎位置如圖4所示。

圖4 爆胎位置

工況11：P＝P，γ＝1.1；P＝P，6＝1.1。假設前運梁車速度低于后運梁車，加載時在前車架擺動梁的橋梁支撐處分別沿前進方向施加21 t力（合計42 t），同時在后車架承重梁的橋梁支撐處施加反向力21 t（合計42 t）。

工況12：P＝P，γ＝1.22；P＝P，6＝1.34；橫向坡度2.5%（橫向兩運梁車坡度方向相反）。

工況13：前車架P＝P，γ＝1.22；后車P＝P×2，γ＝1.22；前車架P＝P/2，γ＝1.34；后車架P＝P/2×2，γ＝1.34；架橋機后支腿載荷P＝2545000×2，γ＝1.34；橫向坡度2.5%（橫向兩運梁車坡度方向相反）。

工況14：P＝P×2，γ＝1.22；P＝6731000×2，γ＝1.34；橫向坡度2.5%（橫向兩運梁車坡度方向相反）。

4 計算結果

按照表3所列工況要求，對運梁車施加相應的計算載荷，應用ANSYS對其進行分析計算，獲得各工況下的應力及變形情況。各工況下的應力及變形情況如表4所示。

表4 各工況的最大應力

工況7各運梁車的液壓懸掛的垂向支撐力如表5所示，懸掛最小垂向支撐力為37932 N， 整體穩定性滿足要求。

由表4可見，運梁車在工況4下產生最大應力，最大應力為361 MPa，發生在前車架承重梁中心位置，工況4的應力云圖如圖5所示。

表5 工況7液壓懸掛垂向支撐力匯總

由表4可見，運梁車在工況1下產生最大變形，最大變形量為179.3 mm，發生在前車架擺動梁端部，工況1的變形云圖如圖6所示。

對運梁車應力計算結果進行匯總，如表6所示，強度計算滿足要求。

圖5 工況4應力云圖

5 結論

一般情況下用有限元軟件對運梁車建模時，將輪胎組件支撐處的邊界條件設為固定位移約束，這種建模的計算結果與運梁車的實際受力情況相差很大，本文建立大剛度多級均載梁，可以準確模擬液壓懸掛裝置的真實受力情況；應用ANSYS軟件，對運梁車進行了14種作業工況下的有限元強度分析計算，根據分析結果，驗證了運梁車滿足強度使用要求。

表6 應力計算結果匯總

圖6 工況1變形云圖

[1]馬玉敏. 簡述900t運梁車結構與技術特點[J]. 建筑機械化，2010（4）：57-58

[2]GB/T 1591－2008，低合金高強度結構鋼[S].

[3]邢海軍，張晗，韓偉峰，等. 液壓懸掛結構的有限元建模方法[P]. 中國CN105065559A，2015-11-18.

[4]GB/T 1591－2008，起重機設計規范低合金高強度結構鋼[S].

[5]BS EN 13001－2: 2014，Crane safety-General design-Part 2: Load actions.

Finite Element Analysis of the 1700t Transporting Girder Vehicle

MA Hongjian

( Beijing Engineering Company of CCCC Tunnel Engineering Co. Ltd., Beijing 100102, China)

In order to ensure the operation safety of the 1700t transporting girder vehicle. the finite element analysis software ANSYS12.0 is used to analyze and calculate the metal structure of the1700t transporting girder vehicle. Introduces the structure of the1700t transporting girder vehicle and 14 kinds of operating conditions. Through the establishment of a multi stage load sharing beam to accurate simulate the hydraulic suspension device. A finite element model of the 1700t transporting girder vehicle structure based on APDL language. Combined with 14 kinds of working conditions, the strength calculation and deformation calculation of the 1700t transporting girder vehicle structure are carried out. The limit state design method is adopted to judge the result of strength calculation to ensure the rationality of the structure.

transporting girder vehicle；finite element；strength；ANSYS

TH225

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.02.007

1006－0316 (2018) 02－0026－05

2017－06－27

馬紅建（1967－），男，河北新樂人，本科，高級工程師，主要從事鐵路及高速公路建設工作。