大跨度网架分块吊装强度分析

1、徐州京都建筑工程有限公司石家庄西部长青 “小三亚”项目网架分块吊装强度分析2020-4-201项目背景由于地势不平，所以在强度计算中选取最不利的网架进行计算，即面积最大，质量最大、高度最本项目共分为五个区，从四、五区开始施工, 高的网架进行强度分析，即采用保守分析法。1.1分析对象以四五区为计算区域，总的切块如图1.1中黑色横/纵线切分的网架块所示。图1.1四五区网架切块示意图由四五区网架安装切块图可知：由于每块区域长度方向都是28米，所以在四、五区中选取两块较宽的网架进行计算分析。本文选取左下侧宽度22.3米和23米的两片区域进行计算，所选区域如图1.2中的黄色线框区域和绿线框区域。综合其重

2、量和尺寸，以最危险的情况进行计算，计算对象能包络所有网架最恶劣的情况，如果最恶劣的网架强度上可靠，那么，其它的网架则在强度上也是安全的，即其它网架在安装过程中所承受的应力和变形量都会比本次计算的网架要小，对施工有利。图1.2分析对象示意图由于地面高度差别，地势较低处的支柱调试相对较高，施工过程中，对个别较高的55m、48米柱采用高空散装或 28m长边方向切分为两段地面安装后吊起的安装形式。本文主要考虑大多数整体安装的网架，大多数网架高度普遍在38.5m以下，所以选取安装高度为 39m。为提高作业效率，采取地面组装后高空对接的施工方式，对一个方格内的网架，图1.3中网架左侧粉红色线框内部分为接合

3、位置，在地面没有安装，其余部分为地面组装后，由吊车提升到相应高度，再进行连接。图1.3中上侧第一行也是对接位置，为作保守计算，本文考虑了接合位置的影响。苣9里图1.3计算分析对象1.2吊点选取方案一：由于网架相对比较规则，重心基本在形心附近，所以选取长度方向往里一个格、宽度方向往里一个格的螺栓球作为吊点，吊装钢丝绳 在吊装过程中大约成 60度夹角，两台吊车选取的吊点如图1.4、图1.5所示。M：）图1.4四吊点位置示意图按此吊点方案，进行有限元吊装计算，计算结果如图1.5所示,中2jr.X -0 rrTC 7SUB =1T1ME-1SEQV彳AV引DMX -,cm75EMN REM.W4N&a

4、mp; =,/-乃ANbY；MO R他;图1.5方案一网架应力分布不满足设计可见方案一，网架四点吊装时，左侧斜腹杆不在吊点上，竖杆的应力较大，约187MPa,材料的屈服强度约 345MPa安全系数1.84,需求。所以本施工方案采用方案二吊装方式。方案二：选取长度方向边缘及往里一个格、宽度方向往里一个格的螺栓球作为吊点，共有八个吊点，有利于吊装力的分散。图1.6八吊点小意图2网架计算分析2.1 有限元模型在有限元软件 ANSYS中对网架进行网格划分，划分结果如图 2.1所示。Q OMS薄啼主田图2.1网架网格轴侧图杆件以Q345材料进行定义，材料参数如表2.1所示。表2.1 Q345材料参数材料

5、属性参数弹性模量2.06E11Pa泊松比0.28密度37850kg/m螺栓球采用45号钢，强度较高，本文采用质量点的方式模拟其质量影响，在仿真过程中在螺栓球的位置上建立了对应的节点，能过实常数将其质量进行考虑，实常数如表2.2所示。表2.2螺栓球质量汇总表型号质里kg备注A23.9上下弦通用B32.8上下弦通用C43.7上下弦通用D56.8上下弦通用E72.2上下弦通用F90.9上下弦通用G110.97上下弦通用H134.68上下弦通用计算坐标系如图2.4所示，高度方向为 Z向，短边对应的为 X方向，长边对应为 丫向。KOKO图2.2网架坐标系吊装过程主要边界条件：考虑起吊过程，网架除重力外还

6、有起重机的加速度度，因此本文计算中，边界条件考虑了1.1G的重力加速度。统计了最恶劣网架的总重量为40t。吊绳以弹簧单元进行模拟，吊绳上部是吊车挂钩的位置，定义固定约束。2.2 计算结果2.32.6 所示。按2.1节所述边界条件，在 ANSYS中设置边界条件后进行求解计算，得到应力分布结果如图,182E+08.364E+08.54 6E+08.728E+08.9I0E+08.127E+09.146E+09.164E+09图2.3等效应力分布图47816.109眩0Zr InL,5295-03.182E+08八、.364E+08Jyk 出 °,546E+08/ -727E+0840 M

7、C 匚科mo.909E+08,10”到, 127E+C9- 145E+09,164E+09图2.4第一主应力分布-26.3445但二-17.1623-7,980031.202210+384419.566728.7驾37,931147.1133图2.5第二主应力分布56.2956.119E+09-.106E+09-,928E+08-133E+08.795E+08一.3E08- * E 胃。E+08一C里| 265E+08.140759图2.6第三主应力分布由有限元计算结果可知，整个网架在吊装过程中，承受最大等效应力约为164MPa,应力主要集中在吊点附近的杆件上，主要为吊点的坚向拉杆，其它杆件受

8、力较小。第一主应力为164MPa,而杆件材料 Q345的屈服强度为345MPa ,安全系数约为2.1,满足工程施工安全需求。网架的变形计算结果如图2.72.9所示。USUM (AVG)RSYS=ODEX =.006957SEX =.C0£957.773E-03,001546.002319 .003092 .003865.00439 ,005411,006184,006957图2.7总变形分布TIEE-1UX(AVG)RSYS=Q匚MX 二.0Q6957SMN -.002857SMX =.005489K%。-.002857-.00193.001003-.752E-04.852E-03.

9、00178.0054J9,002707.003634.004562图2.8 X方向位移分布SUB =1TIME=117:44:0*UY(AVGJRSYS=ODMX =.00695了SMK =.002163SMX =,001999.002163-+001701-.001238.001537.001999-.313E-03.149E-O3,612E-03.001074图2.9 Y方向位移分布-.77GF-O3图2.10 Z 向位移分布从变形计算结果可知，网架等效总变形量为7mm, X方向自身相对变形量 8.2mm, Y方向相对变形量约 4mm, Z向相对变形量约为10.4mm,这是因为重力的作用下

10、，网架变形不均匀是由于斜杆和螺栓球的质量不均匀导致的。综上，网架在吊装过程中强度上是安全的，最大相对变形量在10mm左右。TIME=IUE(AVG)RS¥S=OMX =.006957SMN =-.006615PMX D03H=：2-.006615一.005449-.004282-,0015-.783E-03.002715.383E-03.003882.00L5492.3临时支承钢管的强度校核出于安全考虑，网架在与立柱固定后，吊车移走前需要在其它拐角点加临时支柱来支承，以保证网架稳定。所选临时支承钢管和吊点钢板规格 为如表2.3所示。表2.3临时支承部件规格项目规格mm钢管规格0500

11、X8吊点钢板-25 X200X1300基于此参数，对模型进行有限元强度仿真计算，临时支承的边界条件为：1,考虑立柱刚性较好，作约束处理。2,主要校核临时支柱附近的构件，所以把葫芦和拉链以刚性弹簧考虑，以便考查其拉力。3,临时支柱下端为固定处理。4,考虑松的过程中可能存在的冲击，本次计算考虑重力的1.1倍。5,除网架自身重力外，还承受相临网架的部分重力。临时支承的钢管受力状态如图2.11所示。图2.11网架支承示意图斜杆比较多的网架总重在 40t,下面的分析以此为重量分布的基础。假设网架由左往右安装，当左下角网架安装完成后，吊车离开前，会有立柱1,临时支承钢管2、临时支承钢管 3存在，这时临时支

12、承钢管的受力并不是最大的，在安装相临的右下角网架后，吊车离开前加装临时支点4、5,吊车离开后，右下侧网架重量，也有一部分由3点来承担。当安装完上部两块网架后，也有相应的重量加载到临时支点3上，此时临时支承钢管 3所受的力最大。经计算，3点临时钢管的应力安全系数小于2,所以考虑在对角点加支承钢管 9,共同承担附近载荷，这时的分析过程如下。左下侧网架在计算时除承受自身重量外，右下角重量的一半加载到左下角与右下角网架的边界上（为保守计算，未考虑9点的支承作用）；左承载，3点和9的距离较近，所以考虑共同承担该重量，即 支承形式如图2.12所示。上侧网架重量的一半加载到左上角网架与左下角网架的边界上（为

13、保守计算，未考虑9点的支承作用）；而右上角的重量主要由 7、9点临时支承来1/4的网架重量。3点支承附近拐角的上、下弦螺栓球共同承受相喳网车重力临时支承刚管立柱图 2.12支承形式3点临时支承的对角再加一根临时支承钢管9时，等效应力计算结果如图2.13所示。变形情况如图 2.142.17所示。JUL 21 2cIIB咐它59.5421s 110.194EHJ8.3S9E108.583E+CB dBE + ClR .972E*0B,117E+09,1 36E4-09-156E-KJ9.175E+C9 357R-naB,713E+0B,107E+09.14 3E.+09* 178E4-09.25C

14、E+09.265E+Q9.321E+ )9以总应力显示以175MPa为上限显示图2.13等效应力分布-.019384-015042-,0107-.006357-.002015.002327.00667.011012,015354.019697图2.14 X方向位移-005557-.003274-,990E-03-001293,003577,00586,003144-010428.012711.014995图2.15 Y方向位移MXMN_x MZNMM17：22：Z8-,095086-.081819 I-.068552,-.055285, .042018, -.028751H-.015484-0

15、02217.011049 |,024316图2.16 Z向位移-.110453图247支柱顶端下沉量.011624.026884-.095193-,079934-.064674-.049415-.034155一.018895-.00363661gl6,a,795E+08.119E+09-159E+09J99E+09KU.23BE+09.272e+09.3必+。9.39BE+08.357E+09图2.18吊点钢板应力分布. 140E-F08154E+08.169E+08.183E+08.I98E+08 .212E+08 .227E+08 .241E+08*256E+08 .271E+08图2.1

16、9支承钢管应力分布85024-487449.5189874.6)/92299.61A / 94724-797149,7/99574.81020C01044251 lO685o|图2.20葫芦拉力示意图由应力分布图可知，吊点钢板上的名义应力为119MPa,板材选择45钢，屈服强度为 355MPa,安全系数为2.9,但有局部应力集中，最大可达到357MPa,分析主要是弯矩应力造成的，因此，建议葫芦上连接点尽量离钢管近一些，或者加宽板材宽度以减小塑性变形的可能性。选才I-25X200X1300的钢板是可行的。网架在支承作用下，X相对变形量38mm, Y自身相对变形量19mm, Z向自身变形量最大为

17、11.9mm。临时支承钢管上端下沉最大约 5.1mm ,应力最大发生在支承钢管下端，约 27.1MPa,安全系数约为12.7,500X8满足工程施工要求，施工时 需避免钢管斜支，以免受力不均，产生局部屈曲。弹簧单元在静态时最大的一根承力106850N ,所以建议选择20t的葫芦。2.4钢丝绳、卸扣的选择计算148232N ,如图 2.21 所示。-108287-79784.5一5I282-5-22780.55721,4934223.562725-591227.5119730143232由于重量分布不均匀，在吊装过程中，网架上方的四根钢丝绳拉力并不均匀，最大的约为图2.21钢丝绳拉力示意图钢丝绳

18、最大受力148232N ,参考安全系数表 2.4,其安全系数取 6,得到钢丝绳至少能承力：148232*6=889392N钢丝绳的选取有三种方法：方法1：.在已知钢丝纯实际拉力P0时，则可按下式估算钢丝绳直径：d>0，VpO式中d钢丝绳直径（mmP0-一钢丝绳实际承受的最大拉力（N）代入刚丝绳拉力数据P0=148232N1:钢丝绳直径需大于38.5mm方法2:目前市场上有的钢丝纯公称抗拉强度为1870等型号，可按其抗拉强度数值进行修正。如抗拉强度为1470Mpa的钢丝纯，其破断拉力总和的经验公式为：187014002X428d式中2S0-钢丝绳的破断拉力，No代入取安全系数后的数值得到，

19、钢丝绳直径不得小于39.4mm表2.4钢丝绳的安全系数使用情况安全系数K使用情况安全系数K缆风绳用3.5用作吊索，无弯曲67用于手动起重设备4.5用作绑扎吊索810用于机动起重设备56用于载人的升降机14方：3:根据钢丝绳拉力乘以安全系数后的拉力889392N ,参考国标GB/T 20118-2006可知，选48直径的比较合适，如表中绿色数据。表 2.5 GB/T 20118-2006钢丝绳公称抗拉强度（MPa）钢丝绳公称直径钢丝绳近似重在L1570167017701870钢丝绳取小破断拉力D允许天然纤维合成纤维钢芯纤维芯钢芯纤维芯钢芯纤维芯钢芯纤维芯钢芯偏差芯钢丝绳芯钢丝绳钢丝绳钢丝绳钢丝绳

20、钢丝绳钢丝绳钢丝绳钢丝绳钢丝绳钢丝绳mmkg/100mKN58.658.439.5311.6012.5012.3013.3013.1014.1013.8014.90612.5012.1013.7016.7018.0017.7019.2018.8020.3079.9021.50717.0016.5018.7022.7024.5024.1026.1025.6027.7027.0029.20822.1021.6024.4029.6032.1031.5034.1033.4036.1035.3038.20928.0027.3030.9037.5040.6039.9043.2042.3045.7044.7

21、048.301034.6033.7038.1046.3050.1049.3053.3052.2056.5055.2059.701141.9040.8046.1056.0060.6059.6064.5063.2068.3066.7072.201249.8048.5054.9066.7072.1070.9076.7075.2081.3079.4085.9013%58.5057.0064.4078.3084.6083.3090.0088.2095.4093.20101.001467.8066.1074.7090.8098.2096.60104.00102.00111.00108.00117.0016

22、88.6086.3097.50119.00128.00126.00136.00134.00145.00141.00153.0018112.00109.00123.00150.00162.00160.00173.00169.00183.00179.00193.0020138.00135.00152.00185.00200.00197.00213.00209.00226.00221.00239.0022167.00163.00184.00224.00242.00238.00258.00253.00273.00267.00289.0024199.00194.00279.00267.00288.002

23、84.00307.00301.00325.00378.00344.0026234.00228.00258.00313.00339.00333.00360.00353.00382.00373.00403.0028271.00264.00299.00363.00393.00386.00478.00409.00443.00432.00468.0030311.00303.00343.00417.00451.00443.00479.00470.00508.00496.00537.0032354.00345.00390.00474.00513.00504.00546.00535.00578.00565.0

24、0611.0034400.00390.00440.00535.00579.00570.00616.00604.00653.00638.00690.0036448.00437.00494.00600.00649.00638.00690.00677.00732.00715.00773.0038500.00487.00550.00669.00723.00711.00769.00754.00815.00797.00861.0040554.00539.00610.00741.00801.00788.00852.00835.00903.00883.00954.0042610.00594.00672.008

25、17.00883.00869.00940.00921.00996.00973.001050.0044670.00652.00738.00897.00970.00954.001030.001010.001090.001070.001150.0046732.00773.00806.00980.001060.001040.001130.001100.001190.001170.001260.0048797.00775.00878.001070.001150.001140.001230.001200.001300.001270.001370.0050865.00843.00953.001160.001

26、250.001230.001330.001310.001410.001380.001490.0052936.00911.001030.001250.001350.001330.001440.001410.001530.001490.001610.00541010.00983.001170.001350.001460.001440.001550.001520.001650.001610.001740.00561090.001060.001190.001450.001570.001540.001670.001640.001770.001730.001870.00581160.001130.0012

27、80.001560.001680.007660.001790.001760.001900.001860.002010.00601250.001210.001370.001670.001800.001770.001920.001880.002030.001990.002150.00621330.001300.001460.001780.001930.007890.002050.002010.002170.002120.002290.00641420.001380.001560.001900.002050.002020.002180.002140.002310.002260.002440.0066

28、1510.001470.001360.002020.002180.002750.002320.002270.002460.002400.002600.00681600.001560.001760.002140.002320.002280.002460.002410.002610.002550.002760.00701700.001650.001870.002270.002450.002410.002610.002560.002770.002700.002920.00721790.001750.001980.002400.002600.002550.002760.002710.002930.00

29、2860.003090.00741890.001850.002090.002540.002740.002700.002920.002860.003090.003020.003270.00762000.001950.002200.002680.002890.002850.003080.003020.003260.003190.003450.00782110.002050.002320.002820.003050.003000.003240.003180.003440.003360.003630.00802210.002160.002440.002960.003210.003150.003410.

30、003340.003610.003530.003820.00表中绿色钢丝绳型号都可以选综合三种方法，建议最保守地按 直径不小于？ 40mm选取抗拉强度1870MPa勺钢芯钢丝纯2.5 卸扣的选用根据经验公式P=37c2卸扣载荷P即钢丝绳最大受力 148232N得d=63.3mm从表2.6中选择绿色一行的卸扣。满足本项目需要。由表2.6可知，所选卸扣许用负荷为300KN ,大于148232N表2.6大型索具卸扣表许用负荷/kN (tf)ABCDEdHd1LRiR2200 (20)1006021913270553556627210853250 (25)10565277140906043770320

31、11555300 (30)1157030015095654707534512560320 (32)12073305160102684878035713063400 (40)12575315172105705068637713565500 (50)13080325190110805309039514565600 (60)130903662101258559610542615267750 (75)140953932201359063811045316373800 (80)155105440235150100708116495180801000 (100)1651154652601601107551

32、30534195851400 (140)185135532280185130857140597225951500 (150)190136565320190130915150612228982000 (200)24014664035021014010251756912631232.6 起重机吊装过程可行性分析本工程选用150t履带吊车，设计以150t履带吊车的相关参数为计算依据。本文选用的150t履带吊车起吊参数如表2.7所示表2.7 150t履带吊性能参数忸京办、52 055661.(164.it67.Q700ZJ.M76.079.0K2(l120荆。47.64221404O.C39.03H.

33、fi38.6鲁一任。30.016.033E.U.6ThJJJ30.0拓。26 9250"520. J赭2。29.829.629.2IO2()27.226.224.221.4也S20.026(i25.725,525J25.024.i237212M6raur22.023423.221 fl式蔺21 Ji2；.527.T20 920.4F7tfU24.020.620.420.019.519.319.119.0JA518.1/7.616.826.01/L0/7717.6f7.4!7J16,9伍岳M.616.215715.228.016616.216.0 113.875.5150N.6MJ30

34、015.7t5.S；5J!4A)以壬H.4/J.2H.JI2.fi/2.4美。14.CH.O?2.6位?!2 0i2.o12.011JIL2S4.0J 5.212.6/2.V11.6IiJno11.0II.Ct0.7iOJM冉IL511.21I.UMW10.2iov也(Jiov9.89.4.诅10 4tQ.!9.99.69.4929 I电G9.07、qN9.69.48.98.78息8JX.5其if. 38.042.0KKK4S2KU7.97.77,7Z?Zft7A44 0fi,88.07.77473工d717i?J6t988出。7.4Z27.06 9496.76.6456.26.148U7.0也占6