# 机械研究与应用 #
研究与分析
梁的对称性, 只用选取其中的 4处进行静力分析。危 险截面 1为梁端截面, 此处剪力最大; 危险截面 2、3 为梁的两个变截面处, 此两处的集中应力最大; 危险 截面 4为跨中截面, 此处作用有最大弯矩。 3. 1 刚度校核 [ 7, 8]
最大变形发生在梁中截面附近, 最小变形发生在 梁两端面至约束之间的截面上。X 方向最大变形量 为 - 8. 004mm , 如图 6所示。 Y 方向最大变形量为 8. 092mm , 如图 7所示。按 5钢结构设计手册 6规定 的扰度容许值 计算方法, X 方向的容许 挠度为 [ 6 ] L / 2200= 21. 82mm > 8. 004mm, Y 方向上 的容 许挠 度 为 [ 6] L / 1200= 40mm > 8. 092mm, 可见该梁的刚 度能 够满足要求且还有较大冗余。
# 37#
研究与分析
24mm; 梁端截面如图 2所示。
# 机械研究与应用 #
性: 腹板 h /tw 均小于 250要求, 箱梁腹板应配置横向 加劲肋, 受压区纵向加劲肋, 且宜配置受压区短加劲 肋 [ 3 ~ 6 ] 。跨中腹板加劲肋的设置: 横向加劲肋的间距 a= 4000mm; 短加劲肋的间距 a1 = 1000mm; 纵向加劲 肋至上翼缘的距离: 初取 h1 = 750mm; 端部腹板加劲 肋设置: a = 3800mm, a1 = 875mm, h1 = 750 mm。腹板 横向加劲肋采用 - 270 @ 18mm; 短横向加劲肋采用 220 @ 18mm; 纵向加劲肋采用普通槽钢 22a[ 5] 。
1 箱型梁结构设计
箱型梁结构设计主要是在已知小跨度箱型轨道 梁设计标准的基础上, 进行类比设计。对各种设计方 案的轨道梁均应按三向组合载荷进行强度计算。设 计时要求梁有足够的抗弯刚度, 即在荷载标准值下, 梁的最大挠度不大于规定的容许挠度 [ 2] 。
表 1 吊车的主要参数
台数起 级别 跨度 小车重 质量 ( t) 钩别 L /m g / t
参考文献:
[ 1 ] 张质文. 起重机设计手册 [ M ] . 北京: 中国铁道出版社, 1998. [ 2 ] 李家宝. 结构力学 [ M ] . 北京: 高等教育出版社, 2004. [ 3 ] 高秀华, 王云超, 李国忠. 金属结构 [ M ]. 北京: 化学工业出版社,
2006. [ 4 ] 包头钢铁设计研究总院. 钢结构 设计与计算 [ M ]. 北京: 机 械工
本文设计的箱型梁, 腹板高度小于 4750mm 的部分 长 8000mm。其中, 靠近端部有长 3000mm, 高 3045mm 的 非变截面段, 连接高 3045mm 梁段和高 4750mm 梁段的 是 5000mm 长的变截面梁, 如图 3所示。
为保证梁的抗扭刚度, 应在梁端部设置端支撑及 沿梁全长设置刚性横隔, 其间距约为横隔 间距: a = 4000mm, 并与腹板横向加劲肋间距相协调, 隔板由中 间 孔 洞 镶 边 的 钢 板 组 成, 刚 性 横 隔 的 材 料 采 用 Q 235B。
上翼缘纵向加劲肋的设置: 按局部稳定性要求, 箱型梁的受压上翼缘下表面应沿翼缘全长设置两道 纵向加劲肋, 纵向加劲肋采用工字钢 32b[ 7 ] , 其间距 分别为 540mm, 520mm 和 540mm。
2 分析模型的建立 [ 8]
该吊车梁模型较大, 考虑到计算的经济性, 采用 面来模拟梁身焊接钢板。首先在 ANSYS工作平面上 按一定顺序建立各钢板模型, 再通过 AOVLAP 命令 将各面元连接起来, 其厚度将在选用单元时通过实常 数的形式给定, 由于吊车梁结构上完全对称, 在建模 时先建立一半模型, 再通过 ARSYM 命令镜像生成另 一半, 然后通过 AOVLAP 命令将两部分连接成一个 整体; 箱梁的几何模型如图 4所示。设置全局的单元 尺寸为 100mm, 采用自由网格划分方法对整个模型 进 行 网 格 划 分, 吊 车 梁 主 体 选 用 弹 性 壳 单 元 SHELL63, 纵向加劲肋选用梁单元 BEAM 188, 弹性模 量取 207GPa, 泊松比取 0. 3, 密度取 7. 8kg /m3。其局 部有限元模型如图 5所示。
Abstrac t: In th is article, the des ign o f box beam track 48m in length on the ana logy of the ex isting des ign standards ism a inly
introduced. The beam stress and stra in is analysed in ANSY S. A nd the beam strength and stiffness is checked. T hrough com-
类载荷均应按不同计算项目分别采用标准值或乘以 荷载分项 系数、动力系数 的计算值 [ 4] 。作用于轨道 梁的荷载可用最 大轮压求出 [ 3] ; 作用 在轨道梁上的 均布载荷有箱梁、轨道、走台 ( 或水平桁架 ) , 栏杆 (或 辅助桁架 )等质量, 可近似简化为将轮压乘以荷载增 大系数 B来考虑。
( 1. S ichuan electric p ow er transm iss ion & transform ation construction comp any, Chengdu S ichuan 610051, China;
2. M echanic and material co llege, Three gorges university, Y ichang H ubei 443002, Ch ina)
s is for reduc ing the beam we ight and cost, ba lancing its stress and stiffness and optim izing the design.
K ey word s: box g irder; structura l design; AN SYS; stress analysis
paring the design calculations and ANSYS analysis results, the effec tiveness o f the design is furthe r approved. A nd compre-
hensive eva luation of the track beam stress leve ls, stiffness distr ibution, w eak links and surp lus sites prov ide the necessary ba-
计算结果
表 3 梁的承载力计算结果
最大强度
竖向挠度
129. 90N /mm2 23. 59mm
水平挠度 21. 88mm
本文所设计的轨道梁, 其布 置方式为简支梁 形 式, 所以宜选择变腹高梁。改变梁高将梁做成中间为 等截面而向两端逐渐减小的折线形梁, 端部的高度应 按抗剪计算确定并不宜小于 0. 5H, 其变化形式可为 在靠近梁端阶型突变式, 也可以为在梁端沿梁全长的 L /6范围内渐变式 [ 3] 。
图示
1台 A7
48Байду номын сангаас
70
200 /50 硬钩
1. 1 设计参数 选用材料 Q 235B, 设计资料 [ 1] 如表 1、2所示。
表 2 双梁吊钩式小车轮压
起重量 轮压
( t)
( t)
轮距 (mm )
图示
200 /50 P 1 P 2
b
a
36 31 2270 830
1. 2 设计步骤 ( 1) 设计载荷及其组合。作用在轨道梁上的各
比较手算结果和 ANSYS 分析结果可以得到: 由 ANSYS分析的跨中强度为 133MP a, 与计算结果 129. 9M P a相差不大, 说明箱梁的强度满足设计要求, 也证 明了设计的合理性。但 ANSYS分析的梁端剪应力为 115MP a, 与计算值 62. 63MP a相差很大。可能是由于 该吊车梁模型庞大, 此分析旨在得到梁整体的应力分 布, 故对约束进行简化, 在支座约束处产生很大的应 力集中, 致使支座截面的剪应力值存在误差。具体结 果如表 5所示。
表 5 比较手算结果和 ANSYS分析 结果
跨中强度 ( M Pa) 梁端剪应力 ( M Pa)
刚度 (mm )
手算结果
129. 9
62. 63
X
Y
21. 88 23. 59
AN SY S分析结果
133
115
X
Y
8. 004 8. 092
4结 论
通过对大跨度箱型梁的设计和有限元分析可知 结构的强度、刚度完全满足设计要求。但是理论计算 结果和 ANSYS分析的结果有一定的出入, 可能是由 于在 ANSYS建模过程中部分结构是按设计结构近似 模拟和对结构简化 造成的误差, 不影 响结构的正确 性。从分析可以看出, 梁的刚度有很大程度的富余, 可以对其进行优化设计以使其结构更加紧凑, 耗材更 少, 费用更低。
# 机械研究与应用 #
研究与分析
大跨度箱型梁结构设计与有限元分析*
牟小林 1, 李利波 2
( 1. 四川电力送变电建设公司, 四川 成都 610051; 2. 三峡大学 机械与材料学院, 湖北 宜昌 443002)
摘 要: 主要利用现行的设计标准进行类比设计跨度为 48m 箱型轨道梁, 并利用 AN SYS软 件进行轨 道梁的应力 和应 变分析, 校核其强度和刚 度; 通过对设计计算结果和 AN SYS 分析结果的 比较, 进一步 验证设计 的有效 性。全 面评价轨道梁的应力水平、刚度分布情况、薄弱环节和富余部位, 为减轻梁重量、降低成 本、均衡梁的应力与刚