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大型龍門起重機安裝措施設計方法

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    王翠 羅興隆
    （上海寶冶建設有限公司，上海 200941）
    [摘要] 本文給出了大型龍門起重機提升工況分析的方法，針對一工程實例給出了提升主吊耳設計和龍門起重機本體加固設計時結構計算模型的簡化、建立、約束施加的方法，通過理論分析、有限元計算、工程實例的實現說明了這些方法的可行性。
    [關鍵詞] 龍門起重機；安裝；液壓提升；吊耳設計；本體加固

    1 引言
    龍門起重機一般是由龍門吊主梁、剛性腿、柔性腿組成，材質均為鋼材，設計自重隨起吊能力及龍門吊高度和跨度的不同而不同，大型龍門起重機的設計自重也會達到幾千噸，甚至上萬噸。這種大型鋼結構的安裝通常采用地面制作、組拼，用液壓提升的方法使其高空就位，一次性提升的重量也將達到龍門吊起重機的總自重，因此，常在龍門吊原結構上預先設置提升吊耳用于液壓提升，吊耳的設置位置、尺寸及龍門吊本體加固直接關系著整個吊裝過程的安全性。本文通過針對一具體的工程實例說明提升措施設計的方法及可行性。
    2 工程背景
    南通中遠船務200t×104.5m龍門起重機安裝工程現已順利安裝完畢。起重機主要由主梁、剛性腿、柔性腿、上小車、下小車、維修吊及行走機構等組成，軌道間距為104.5m，該龍門起重機主梁為雙梁結構，整機設計自重約1400t，設計一次性提升重量約1100t, 提升高度為66m。施工圖片如圖1所示。

    3 提升主吊耳及本體加固措施設計
    主吊耳是連接龍門吊主體結構和提升器的關鍵所在，在提升過程中將承擔所有提升重量，主吊耳直接設在龍門吊的主梁的上翼緣上，在雙肢大梁的兩端分別設置一個提升吊耳，共設置4個，設計每個提升吊耳的提升能力為400t，即每個吊耳及所連接處本體結構將承擔4000 的集中力，而主梁上翼緣僅只有16mm厚，因此，主梁上翼緣是承擔不了這么大的集中力的。分析龍門吊主梁的結構布置，將主吊耳的位置設置在主梁具有撐桿加固的地方，在設計時一方面將耳板設計成兩塊板以分散集中力，同時在主梁上翼緣的下面對應進行加固，確保荷載能夠通過這些板件傳遞到整個截面和遠處的截面，從而使結構局部應力不至于超出材料的強度設計值，確保提升安全。
    本工程主吊耳及本體加固設計如圖2所示。



    分析結構時將龍門吊整個結構及吊耳均建入模型中進行計算是不必要的，有時也是不可行的。在提升集中荷載作用下，龍門吊主梁構件中的應力分布有明顯的局部性，為得到提升時主梁吊耳附近的應力分布，比較理想的方法是將主梁加固處兩側各一定的范圍內的全部板件帶入計算，具體取多大范圍的結構計算可以按照這樣的原則：在提升荷載作用下，計算截面處內力值相近。此時，計算截面處的應力就是在截面內力及提升集中荷載組合作用下的應

    由于計算模型簡化為雙軸對稱的，采用1/4模型可以大大降低計算的規模，并且水平采用對稱性約束，不必另加其它強制約束，使結果更加合理；由于下吊耳在荷載作用下，不均勻分布的應力有明顯的局部性，因此在該截面的遠端施加豎向約束是完全合理的。1/4的有限元模型如圖6.a所示。各板件均采用shell63單元，施加荷載及約束如圖6.b所示。

    3.2 應力計算結果
    采用單元的von－mises應力對結果進行判斷。von－mises理論即為第四強度理論：形狀改變比能理論，此理論認為形狀改變比能是引起材料流動破壞的主要因素，亦即不論材料在什么復雜應力狀態下，當形狀改變比能達到某一極限時，材料就發生流動破壞。據此理論

    吊耳及主梁加固處局部von－mises應力分布如圖8所示，最大von－mises應力小于材料的強度設計值，是安全的。

    3.3 變形
    從應力的計算結果可知，在提升的過程中結構中的應力均小于材料的屈服強度，結構處于彈性工作狀態，在安裝就位后，由提升集中荷載引起的結構變形都可以恢復，不會對結構產生永久性變形。
    4 結論
    （1）.主吊點位置的選取要使得提升階段結構的正、負彎矩值相近，這樣可使得彎矩峰值最小；同時調整龍門起重機上、下小車的位置以使主吊點的反力值相近；
    （2）.主吊耳在大梁上的布置要盡量選取大梁斷面帶有桁架加固的位置，以減小提升時結構的變形；
    （3）.本體加固設計時，加固板的設置使得龍門吊大梁的上翼緣、兩側腹板、加固板之間能形成封閉的箱形結構，這樣不僅可以較分散的將提升集中荷載傳到大梁的兩側腹板上，而且由于箱形結構的抗扭剛度大，可以較好的抵抗提升荷載非豎直作用時（由于側向迎風的影響，提升荷載可產生傾斜）的影響；
    （4）.本體加固設計的有限元計算可采用對稱簡化的計算模型，簡化模型的選取可參考本文所用方法。
    參考文獻：
    [1] 王歇成、紹敏編著，有限單元法基本原理和數值方法，北京：清華大學出版社，1998.
    [2] 博嘉科技編著，有限元分析軟件：ANSYS融會與貫通，中國水利水電出版社，2002.
    [3] 龍馭球等編著，結構力學教程，清華大學出版社.
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