塔机柔性附着刚度及合理间距的确定

1、 S p e c i a l S u b j e c t十一五专题综合篇塔机柔性附着刚度及合理间距的确定The stiffness of tower crane flexible attachment and the reasonable distanceof support point詹伟刚，兰朋，陆念力ZHAN Wei-gang, LAN Peng, LU Nian-li（哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨）摘要为了确定塔机安全合理的附着间距，提出了一种塔机附着装置的刚度计算方法，从而确定了该类附着装置刚度的强弱方向，并按照刚度最弱方向的刚度确定塔机附着间距。计算得到附着装置刚度后，

2、折算成与塔机结构有关的弹性附着系数，运用传递矩阵模型缩减法求得的超单元刚度阵的行列式，可得到不同弹性系数下的最佳附着间距，并通过有限元分析软件验证了计算的正确性和有效性。关键词塔式起重机；柔性附着；附着刚度；附着间距；传递矩阵随着现代建筑物越来越高，塔机的工作高度也越来越高，塔机独立高度是有限的，为满足工作的需求，则需进行塔机附着。附着点的布置是依最大独立高度或最大外伸高度确定的。在以往的设计中，在计算其最佳外伸长度时常将附着点的支承简化为刚性铰支点，随着高强度材料日益广泛的应用，塔机的变形越来越大，附着间距的确定必须考虑附着架的刚度，简化模型如图所示。本文首先对典型的附着装置的刚度进行计算，

3、以确定附着装置的刚度强弱方向；然后按照最弱支承刚度方向的刚度设计布置附着点的间距。在本文计算中将应用二阶理论导出的精确有限元列式；确定最佳附着间距的原则为：以最大独立状态为基准，确定塔身的计算长度，当塔身外伸段达到计算长度，即具有相同的欧拉临界力时，则设立附着支撑，以获得最大的整体稳定性。施工平台使用工况4.1安装立面幕墙工况域内均不得多于，上下平台上总体载荷不得多于；悬挂的双层吊篮包括人员、工具、吊篮自重、悬挂钢丝绳、电缆总重不超过。）两侧不悬挂吊篮：上下平台区域载荷不多于；区域不得多于；区域不得多于，上下总体载荷不得多于。（编辑金治勇）施工平台两端各悬挂一台长双层铝合金吊篮，吊篮及悬挂钢丝

4、绳、电缆等自重，单元板块，吊篮内工作人员人计，平台上工作人员人计，总计每侧悬挂，平台上移动载荷。4.2安装倾斜面幕墙工况施工平台上有块幕墙模块计，每侧人计，工具。根据这两种工况，分别设定两种载荷布置方式。）两侧悬挂吊篮：上、下平台区基金项目“十一五”国家科技支撑计划（）中图分类号文献标识码文章编号（）收稿日期）1典型附着架刚度的计算对于典型的三杆式附着框架，引起其位移的力主要可以分解为：F x 、F y ，如图所示。在F j （j x ，y ）作用下，在i 方向产生的位移为ij ，当F j ，即在j 方向上作用单位力时，在j 方向上的位移ij 称为柔度系数。根据单位力法得：ij nki N k

5、j l k k =1EA （）k i x ，y ；j x ，y ；k ，n式中N ki 在i 方向虚单位载荷在第k 杆引起的杆件内力；A k 第k 杆截面积；N kj 在j 方向虚单位载荷在第k 杆引起的杆件内力；l k 第k 杆长度；E 弹性模量；n 杆的总数。（）则附着装置的柔度系数为：式中l 1c 2（a 2b ）2；l 2c 2（a 1b ）2；l 3c 2（a 1b ）2附着架的位移取决于柔度系数：故附着装置的刚度为：式（）为塔机在x 和y 方向互相耦合的刚度阵，通常而言，塔机的附着刚度应取其最弱的支撑方向。显然x 方向的刚度大大弱于y 方向。当取F x ，F y 时，得单位力条件下

6、x 方向位移x和刚度K x 为：x xx 和K x x xx 。这就是所确定的塔身附着的最弱刚度系数。由上述计算可知，附着装置的刚度只取决于弹性模量（E ）；杆的横截面积（A 1，A 2，A 3）以及附着装置的外形尺寸（a 1，a 2，b ，c ，d ）。故对于实际的附着装置，代入上述参数即可得到附着装置的刚度，也就确定了刚度的强弱方向，从而按照塔机最弱支撑刚度设计布置附着间距。2运用传递矩阵模型缩减法确定最佳附着间距根据塔式起重机设计规范（）可确定最大的独立高度，根据最大独立高度则可确定独立工况下的欧拉临界力。当一次附着后，随着外伸长度的增高，欧拉临界力变小，当欧拉临界力和独立高度欧拉临界力

7、一样时，则需进行第二次附着，以此类推可确定最佳附着间距。也即具有相同的欧拉临界力时，则设立附着支撑，以获得最大的整体稳定性。对于塔机弹性附着后的模型可简化为具有外伸段的多跨弹性连续梁，此时利用微分方程法列微分方程，虽然可以得到精确解析解，但是由于其计算的复杂程度已不可取；利用有限单元法，对单元进行刚度矩阵组装后，当整体刚度矩阵的行列式值为零时，即可求得理想的最佳外伸长度，但是由于附着次数增多后，矩阵的阶数较高，求解不便；采用传递矩阵的模型缩减法，由于传递矩阵法采用矩阵连乘，避免了高阶运算，在保证精度的同时缩减了模型的计算规模，当得到的超单元刚度阵行列式值为零时即可求得理想的最佳外伸长度，对于本

8、文中计算的模型，如图所示，将各段塔身和弹性支撑形成一个超单元，若忽略轴向刚度，考虑边界条件后由该超单元组成的系统刚度阵为×，求解在保证精度的情况下得到了简化。由二阶理论条件下精确有限元方法得知，图中单元刚度阵为：K i （）式中i sin i 2i cos ii （cos i ）i sin i2i i sin ii （cos i ）i sin ii l i cr P cr EI l 则将单元刚度阵分块表示为：综合篇F i F D iF U i U D iK i U i（）U U i上式表示为传递矩阵的形式为：U U i U D i U D i F U R iiF D iF D （）i

9、式中R i, 11（K e i, 12）K e i, 11 ；R i, 22K e i, 22（K e i, 12） ；R i, 12（K e i, 12） ；R i, 21K e i, 21K e i, 22（K e i, 12）K ei, 11引入附着支撑刚度条件，如图得第i 个单元上端和第i 个单元下端载荷和位移关系为：U D U U I i +1i U D S ii +1F U iI （）图3多道附着模型图4传递模型式中I 和分别为阶单位阵和零阵，k x 为x 方向弹性支撑刚度，对于本文计算，各次附着采用相同的刚度。综合上面两式，得到相邻单元间载荷和位移传递关系为：对于附着一次时，可得

10、到第二单元的上端和第一单元下端的载荷位移传递关系为： U U 2D F U R U D 12S 1R 112U F D 1F D （）1F D 1DU D 1F U U D 12U U 2U U （）2建筑机械化（） Sp e c i a l 十一五专题S u b j e c t式中a 1a 2，b ，d ，D 11（T 12s）T 11s；c ，A 1A 2A 3，基本参D 22T 22s（T 12s ）；数EI ×，最大独立高度l 1；D 12（T 12s ）；E ×P a 代入（）式得x 向刚度为：D 21T 21sT 22s（T 12s）T 11s。11利用边界条件

11、，第一单元的下端固支，即可k x ×Nx xx ×m 得到结构失稳的等价条件：det D 22，从而可以与之对应的无量纲弹性系数：，由此计算出不同的附着刚度K x 下的一次附着后的最佳得知合理附着间距如表所示。外伸段长度。同理，对于n 次附着时，只需对上表合理附着间距（）面的T s n -1R 2S 1R 1替换为T s R n S i R i 即可。为了便i =1于分析比较，引入无量纲的附着支撑弹性系数K 3x l 1EI 和无量纲的附着间距系数i l i l 1，i 4结论表明第i 个附着间距相对于独立高度之比值。表为考虑附着装置弹性系数下的最佳附着间距系数。在塔机附着

12、装置的弹性系数较小时，塔机的表中数据运用对结构划分为足够精度的附着间距影响较为明显，对塔机的整体稳定性具单元后，进行了屈曲稳定性求解验证。有较大的影响，计算表明当附着装置的弹性系数表1考虑附着装置弹性系数下的最佳附着间距超过后，外伸段的长度变化趋于平稳，i当弹性系数趋于无穷大时，多次附着后的最佳附着间距趋向于l 1，与以往的一些刚性附着研究吻合。对于现有的附着装置，其弹性系数通常为之间。应此若塔机采取的附着措施柔度系数大于，则其附着间距的变化甚小，但是附着与不附着的区别巨大。参考文献3计算实例陆念力，吴志良，顾燕基于二阶理论的塔机独以山东丰汇设备有限公司塔式起重立高度及附着间距的合理确定设计计

13、算，机附着装置为例，如图所示，其结构尺寸为：（）：陆念力，兰朋，李良二阶理论条件下的梁杆系统精确有限元方程及应用哈尔滨建筑大学学报，（）：罗冰，陆念力，夏拥军塔式起重机合理附着间距与塔身最大外伸高度的确定工程机械，（）：（编辑金治勇）基金项目国家科技支撑计划项目（）中图分类号；文献标识码文章编号（）图5塔式起重机及附着架简图收稿日期 39 The stiffness of tower crane flexible attachment and the reasonable distance ofsupport pointIn order to determine the safe and re

14、asonable attachment distance of tower crane, derive a stiffness calculation method of a typical tower crane attachment device. On the foundation of the derived stiffness, the type of device's strength of the direction of the stiffness is determined,in accordance with the weakest rigidly directio

15、ns to determine the layout attachment spacing of tower crane. In this paper the derived rigidly was converted to a flexibility coefficient related to the physical of the tower crane. Use the transfer matrix reduced model, the reason-able attachment distance with different flexibility coefficient can

16、 be obtained from the deter-minant of the developed-element stiffness matrix. The validity and correctness of the result inthe literature are verified through the FEA software.49 Application of testing technology in super high-rise building hydraulic mould flameresearchThis paper describes the appli

17、cation process of testing technology in research and develop-ment process of super high-rise building hydraulic mould flame.The testing technology in-cludes mechanical analysis test of hydraulic climbing form system, test of components and systems, entities experiment test of key components of initi

18、ally climbing form system, enti-ties experiment test of general climbing form system, as well as engineering application test.56 Simulation research of excavating loaderThe model of the whole machine of Backhoe loader WZ30-25 was set up based on the virtualprototype technology and ADAMS software. Pa

19、per showed ADAMS motion function and important technical parameters by measurement on simulation model of WZ30-25. The capa-bility of Backhoe loader was forecasted by dynamic simulation in the end. The technical range of research of the virtual prototype technology is mainly the kinetics and dynamic

20、s analysis of the mechanical system, its core is to do the kinematics and dynamics of mechani-cal system analysis. Compared with traditional CAD methods, the speed and quality of designwere improved further with less cost.65 Finite element analysis of main driving gearbox for shield machine3D solid models of main driving gearbox are established by using the software PRO/E. The models was imported to the environment of ANSYS Workbench，the finite element analysisof main driving gearbox is carried out by ANSYS Workbench, and distributions of s