附件二：第三方复核

XX桥南北引桥TP54/65节段拼装架桥机主框架结构强度计算报告XX科技大学工程计算与仿真研究所XX科技大学土木工程与力学学院2010年4月引 言XX桥南北引桥TP54/65节段拼装架桥机是武汉通联路桥机械技术有限公司新近开发设计的大型造桥机械。受武汉通联公司委托，XX科技大学工程计算与仿真研究所根据该公司提供的五种工况对XX桥南北引桥TP54/65节段拼装架桥机结构的静力强度进行了有限元计算，其结果报告如下：一、项目说明架桥机结构几何尺寸、材料、载荷情况均由武汉通联公司提供。1.1载荷条件计算中的载荷包括架桥机主梁自重,导梁自重,天车（无荷载）重量,天车（有荷载）重量t，单块梁块按120t，满载梁块总重量和风载。1.2载荷工况根据通联公司的要求，计算时主要考虑如下5种工况：工况一：满跨加载状态，此时跨长54m，所有节段块（总共1500t）均悬挂在主梁及天车上，天车位于主梁正中间；工况二：导梁最大前悬臂状态时的受力情况及此时的防风计算，此时跨长65m。风载包括45°斜向下7级风（根据规范7级风压为）；工况三：T型（对称）悬拼状态，此时跨长65m。该工况下前后天车荷载对称加载于中支腿两侧，重点考虑天车位于导梁上及主梁与导梁间接头部位附近时的危险情况；工况四：过孔工况，架桥机整机纵移过孔。此时架桥机处于纵向行走状态，跨长65m。该工况下前、后支腿收起，主框架无纵向约束，重点考虑架桥机行走至不同位置时主梁及导梁上的受力状态，和可能的危险情况；工况五：吊运墩顶块状态，此时天车吊运墩顶块在主梁及导梁上全跨行走，跨长65m。重点考虑天车行走至不同位置时主梁和导梁中的受力状态，和可能的危险情况。1.3材料参数根据武汉通联公司提供的资料，XX桥南北引桥TP54/65节段拼装架桥机的整体结构中，主梁部分为Q235号钢；导梁上、下弦杆部分为Q345B号钢，其余部分为Q345号钢。通过查材料手册得两种钢材的弹性模量、泊松比、质量密度、屈服应力、许用应力如表1所示。表1Q345B和Q235钢的机械性能材料弹性模量泊松比质量密度（）屈服应力Q345B2100.37850345Q2352060.37850235注：计算中，Q235号钢之间的摩擦系数取0.3。二、计算模型2.1有限元模型本报告的所有计算是由大型有限元软件ANSYS®完成。考虑到整个结构的对称性，以及各个工况中载荷的对称性，在工况二的横向风载计算中取整体结构进行计算，其余工况均取结构的1/2进行计算。架桥机的有限元模型共采用三种单元类型：主梁采用shell43单元（壳单元）离散，其中，绝大部分网格为形状规则的4节点四边形单元，局部使用了退化的4节点三角形过渡单元；导轨采用solid45实体单元离散；导梁采用beam189（梁单元）单元离散，并根据结构实际尺寸定义梁截面，同时建立参考点控制截面方向；经过网格划分，XX桥南北引桥TP54/65节段拼装架桥机1/2结构有限元模型共有101202个节点，91919个单元；而整体有限元模型共有202404个节点，183838个单元，如图2-1～图2-4所示。图2-1架桥机1/2模型：(a)俯视图；（b）正视图；（c）侧视图。图2-2架桥机整体有限元模型图2-3主梁部分有限元模型图图2-4导梁部分有限元模型图2.2边界条件根据XX桥南北引桥TP54/65节段拼装架桥机的结构特点，在计算时，边界条件如下所述（见图2-5～图2-6）：对称边界条件：在1/2结构模型中，对处于对称面上的所有节点施加对称位移约束边界条件（约束X方向位移及Y、Z方向转动）。耦合边界条件：该边界条件又分两种情况，一是定义局部刚性区域，将单节点与多节点进行耦合；二是单节点与单节点的直接耦合。局部刚性区域施加于主梁与导梁间的接头部位，将导梁根部的一个节点与主梁上一定范围内的多个节点进行耦合，产生一定的刚性区域。耦合范围的尺寸由设计图读出。直接耦合施加于导梁与导梁横联之间，在相对应的节点上耦合X、Y、Z方向平动以及X、Z方向转动（即ROTX、ROTZ）五个自由度。接触边界条件：主梁底部两侧有的导轨承载面，在这些承载面和其对应的支撑面间施加接触边界条件。铰支边界条件：对主梁导轨下的支撑块体施加铰接边界条件（约束中间固定点的所有自由度）。导梁简支边界条件：当导梁下方有支腿作用时，简支约束（即约束X向和Y向位移）导梁下弦杆，约束宽度中支腿为1.8m，前、后支腿为0.5m；针对不同的工况，边界条件（III）～（V）的施加位置也有所不同（具体将在各个工况的分析中进行说明）。图2-5边界条件(I)～(II)示意图图2-6边界条件(III)～(V)示意图三、计算结果3.1工况一、满跨加载状态此工况主要考虑的荷载包括天车自重，梁块重量（总共），主梁自重和导梁自重。其中梁块的重量按实际施工中每个梁块的悬挂位置加载到对应的节点上。工况中考虑的边界条件为2.2节所述的（I）～（V）项，边界条件及荷载的分布如图3-1所示。图3-1工况一边界条件及荷载分布图图3-2～图3-3给出了主梁及导梁在满跨加载状态下等效应力的分布云图。该工况下主梁部分的最大Mises等效应力为229Mpa，位于中支腿上方附近的梁块吊挂处（如图3-2所示）；导梁部分的最大Mises等效应力为195Mpa，位于前支腿一侧导梁的上弦杆根部（如图3-3所示）。图3-2满跨加载状态下主梁等效应力分布图图3-3满跨加载状态下导梁等效应力分布图图3-4给出了架桥机在Y方向的位移分布云图，最大Y向位移为115.1mm，位于后方导梁尾部；次大Y向位移为-112.9mm，位于外伸吊挂处。图3-4满跨加载状态下Y向位移分布图3.2工况二、导梁最大前悬臂状态其防风计算3.2.1斜向下7级风作用下的最大前悬臂状态受斜向下7级风作用时，需考虑的荷载为天车重量，主梁自重，导梁自重和风载；考虑的边界条件为2.2节所述的（II）～（V）项。建模过程中，风载被作为均布力加载到接触面上，对于导梁部分，将均布力转化为节点集中力加载到有限元模型上。均布力与节点集中力的换算公式为：其中，为节点集中力，为均布力，为面积，为节点数，为面积换算系数（对于导梁，取0.4）。风载的分布见图3-9～图3-10。图3-9斜向下7级风作用时主梁的风载图3-10斜向下7级风作用时导梁的风载（侧视图）图3-11～图3-12给出了最大前悬臂状态下受斜向下7级风时主梁和导梁的等效应力及位移的分布云图。主梁部分的最大Mises等效应力为125Mpa，位于主梁与中支腿接触部分附近的腹板上；导梁部分的最大Mises等效应力为76.9Mpa，位于上弦杆根部附近。图3-11斜向下7级风作用时主梁部分的Mises应力分布图3-12斜向下7级风作用时导梁部分的Mises应力分布图3-13为斜向下7级风作用时架桥机的Y向位移分布云图，最大Y向位移为-630.3mm，位于悬臂部分导梁的前部。图3-13斜向下7级风作用时架桥机的Y向位移分布3.3工况三、对称悬拼状态此工况主要考虑的荷载包括天车重量,主梁自重和导梁自重。考虑的边界条件如2.2节所述的（II）～（V）项。采取以下三种情形进行计算分析：天车走行至距中支腿27.5m时，此时两个天车都在主梁上，距中支腿较远，对中支腿作用有较大的弯矩；天车走行至距中支腿32.5m时，是施工中天车行走的最远距离，此时前方天车刚好全部位于导梁上，后方天车仍在主梁上；天车走行至距中支腿37m时，此时两个天车都在导梁上，与前两种情况相比，危险性更高。图3-20工况三边界条件及荷载分布图对所考虑的(ii)与(ii)的受力状状态，主梁梁部分的最最大等效应应力都位于于主梁与中中支腿接触触部分附近近的腹板上上，而导梁梁中的最大大Mises等效应力力都出现在在后支腿附附近的下弦弦杆上，如如图3-221、3-222所示。同同时整体的的最大Y向位移出出现于后方方天车下方方的导梁上上，如图3--23所示。对考虑的受力状状况(iiii)，即天车车走行至距距中支腿377m，两天车车都位于导导梁上。此此时后天车车车轮距主主导梁接头头处的最小小距离为1m。此时主梁梁部分的最最大Misees等效应力力的作用点点发生变化化，位于主主梁与导梁梁间接头部部位附近的的腹板上，最最大值为191Mpa，如图3--24所示。而而此时主梁梁与中支腿腿接触部分分附近的腹腹板上的最最大Misees等效应力力为1611Mpa。导梁部分分的最大Misees等效应力力为1966Mpa，仍位于后支腿腿附近的下下弦杆上。此时最大Y向位移为-73..9mm，仍然发发生在后方方天车下方方的导梁上上。表二列出三种情情况下，主主梁与中支支腿接触处处的最大应应力，导梁梁中的最大大Misees等效应力力和最大Y向位移。表2主梁与导梁中的的应力和位位移距中支腿距离最大Misess等效应力力最大Y向位移主梁中支腿附近近主梁与导梁连接接处导梁27.5m154MPaa75.1MPPa152MPaa-57.0mmm32.5m156MPaa128MPaa174MPaa-65.3mmm37m161MPaa191MPaa196MPaa-73.9mmm可知主梁中有两两处危险点点，一处是是主梁与中中支腿接触触部分附近近的腹板上上，天车行行走至的不不同位置对对此处受力力情况的影影响不大。另另一处危险险点是主梁梁与导梁接接头部位附附近的腹板板上，此危危险点对后后方天车的的位置敏感感。当后方方天车行至至导梁上时时，主梁与与导梁接头头处有较大大应力集中中。图3-21天车车距中支腿腿32.55m时主梁的的应力分布布图3-22天车车距中支腿腿32.55m时导梁的应力力分布图3-23天车车距中支腿腿32.55m时的Y向位移分布布图3-24天车车距中支腿腿37m时主梁的的应力分布布3.4工况四四、过孔状态此工况主要考虑的的荷载包括括天车重量,主梁自重重和导梁自重重。考虑的边边界条件如如2.2节所述的的（I）、（III）、（IVV）项。经过分析析，有以下三种种较危险情情形需要进行计算校核：：行走0m时，即前、后支腿腿刚刚收起起，即将开开始行走时时，此时后方导导梁为最大悬臂状状态；走行至前支腿位位于主梁与与导梁连接接处附近的的导梁下方方，此时主主梁中中支支腿附近及及主导梁连连接处会有有较大的应应力集中；；走行至前、中支支腿均位于于导梁下方方时，此时时主梁中中中支腿附近近及主导梁梁连接处会会有较大的的应力集中中。行走到最后，行行走距离为为52m，此时与与工况二的的前悬臂状状态类似，而而悬臂长度度比工况二二时要短，所所以未列入入危险状态态。图3-25工况况四边界条条件及荷载载分布图架桥机走行0mm时，主梁梁及导梁的的Misees等效应力力分布如图3-26～图3-27所示。主主梁部分的的最大Misees等效应力力为1255Mpa，位于中中支腿上方方的筋板处处；导梁部部分的最大大Misees等效应力力为182Mpa，位于前前支腿上方方的下弦杆杆处。Y向位移的分布如如图3-28所示，最最大位移为为-630..5mm，位于后后方导梁尾尾部。图3-26架桥桥机走行0m时主梁的的应力分布布图3-27架桥桥机走行0m时导梁的的应力分布布图3-28架桥桥机走行0m时的Y向位移分分布架桥机行走至330m时，前支腿腿已经位于于主梁与导导梁连接处处附近的导导梁下方，而而行走至35m时，前后后支腿均位位于导梁下下方，而且且后支腿靠靠近主导梁梁连接处。为为准确得知知主梁与导导梁中的受受力情况，对对架桥机行行走至30m到37m之间共核核算六种不不同的行走走距离，如如图3-229所示。与工况三类似，此此时主梁中中有两处危危险点，一一处是主梁梁与中支腿腿接触部分分附近的腹腹板上，行行走时的不同位位置对此处处受力情况况的影响不不大。另一一处危险点点是主梁与与导梁接头头部位附近近的腹板上上，此危险险点对后方方支腿的位位置敏感。当当后方支腿腿支在导梁梁上时，主梁与与导梁接头头处有较大大的应力集集中。图3-30详细列出出主梁中前后后支腿处，以以及前后主主导梁连接接处的应力力变化可清清楚显示上上述结论。其中变化最剧烈的是主梁与导梁下弦杆的连接处。而图3-29中所示的导梁中的最大应力也都集中在下弦杆中。图3-29架桥桥机走行不不同距离时时主梁与导导梁中的应应力分布图3-30架桥桥机走行不不同距离时时主梁与导导梁中的应应力分布主梁及导梁的MMisess等效应力力分布，以以行走30m时为例，如如图3-31～3-32所示。主主梁部分的的最大Misees等效应力力为70..2Mpa，位于主梁梁与导梁接接头处；导导梁部分的的最大Misees等效应力力为85..6Mpa，位于主主梁与导梁梁接头处附近近的上弦杆杆上。Y向位移的的分布如图图3-33所示，最最大位移为为-72.99mm，位于后后方导梁尾尾部。图3-31架桥桥机走行30m时主梁的的应力分布布图3-32架桥桥机走行30m时导梁的的应力分布布图3-33架桥桥机走行30m时的Y向位移分分布架桥机走行355m时，主梁梁及导梁的的Misees等效应力力分布如图图3-34～3-35所示。主主梁部分的的最大Misees等效应力力为203MMpa，位于主主梁与下弦弦杆接头处处的腹板上上；导梁部部分的最大大Misees等效应力力为157MMpa，位于后后方导梁的的下弦杆根根部。Y向位移的的分布如图图3-36所示，最最大位移为为-60..5mm，位于后后方导梁尾尾部。图3-34架桥桥机走行35m时主梁的的应力分布布图3-35架桥桥机走行35m时导梁的的应力分布布图3-36架桥桥机走行35m时的Y向位移分分布3.5工况五五、吊运墩顶顶块状态此工况主要考虑的的荷载包括括天车重量量，主梁自重重和导梁自重重。考虑的边边界条件如如2.2节所所述的（I）～（V）项。图3-37为该工工况下结构构的边界条条件及荷载载示意图。图3-37工况况五边界条条件及荷载载分布图此工况有两种较较危险情形形，分别为为天车刚上上导梁时，以以及天车位位于导梁中中部时。因因此，对天天车行走至至的不同位位置进行多多次核算。不不论天车的的位置如何何，主梁中中的最大应应力均发生生在主梁与与中支腿接接触部分附附近的腹板板上，而导导梁中的最最大应力均均发生在前前支腿附近近的下弦杆杆处。可知，当当天车行走走至距接头头处30～31m时，导梁梁中有极值值应力为2284MMPa。导梁上上、下弦杆杆采用Q345钢，故此此处并未进进入屈服。而而天车在接接近接头处处时，即图图中-5m和5m的位置处处，主梁中中应力较大大，为204MMPa；天车刚刚好在接头头处时，即即图中0m的位置处处，主梁中中应力取极极值，为207MMPa。然后随随着天车的的远离，应应力水平缓缓慢下降。天车在导梁上走走行5m时，架桥机机的等效应应力及位移移分布云图图如图3-41～3-43所示。此此时主梁部部分的最大大Misees等效应力力为204MMpa，位于主主梁与中支支腿接触部部分附近的的腹板上；；导梁部分分的最大Misees等效应力力为214MMpa，位于前前支腿附近近的下弦杆杆处。最大Y向位移为为-80.99mm，位于后方方导梁的尾尾部。图3-39天车吊运墩顶块块走行5m时主梁的的应力分布布图3-40天车车吊运墩顶顶块走行5m时导梁的的应力分布布图3-41天车车吊运墩顶顶块走行5m时的Y向位移分分布天车在导梁上走走行30m时，架桥机机的等效应应力及位移移分布云图图如图3-44～3-46所示。此此时主梁部部分的最大大Misees等效应力力为1677Mpa，位于主主梁与中支支腿接触部部分附近的的腹板上；；导梁部分分的最大Misee