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大型龙门起重机安装措施设计方法

作者：建筑钢结构网    
时间：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    王翠 罗兴隆
    （上海宝冶建设有限公司，上海 200941）
    [摘要] 本文给出了大型龙门起重机提升工况分析的方法，针对一工程实例给出了提升主吊耳设计和龙门起重机本体加固设计时结构计算模型的简化、建立、约束施加的方法，通过理论分析、有限元计算、工程实例的实现说明了这些方法的可行性。
    [关键词] 龙门起重机；安装；液压提升；吊耳设计；本体加固

    1 引言
    龙门起重机一般是由龙门吊主梁、刚性腿、柔性腿组成，材质均为钢材，设计自重随起吊能力及龙门吊高度和跨度的不同而不同，大型龙门起重机的设计自重也会达到几千吨，甚至上万吨。这种大型钢结构的安装通常采用地面制作、组拼，用液压提升的方法使其高空就位，一次性提升的重量也将达到龙门吊起重机的总自重，因此，常在龙门吊原结构上预先设置提升吊耳用于液压提升，吊耳的设置位置、尺寸及龙门吊本体加固直接关系着整个吊装过程的安全性。本文通过针对一具体的工程实例说明提升措施设计的方法及可行性。
    2 工程背景
    南通中远船务200t×104.5m龙门起重机安装工程现已顺利安装完毕。起重机主要由主梁、刚性腿、柔性腿、上小车、下小车、维修吊及行走机构等组成，轨道间距为104.5m，该龙门起重机主梁为双梁结构，整机设计自重约1400t，设计一次性提升重量约1100t, 提升高度为66m。施工图片如图1所示。

    3 提升主吊耳及本体加固措施设计
    主吊耳是连接龙门吊主体结构和提升器的关键所在，在提升过程中将承担所有提升重量，主吊耳直接设在龙门吊的主梁的上翼缘上，在双肢大梁的两端分别设置一个提升吊耳，共设置4个，设计每个提升吊耳的提升能力为400t，即每个吊耳及所连接处本体结构将承担4000 的集中力，而主梁上翼缘仅只有16mm厚，因此，主梁上翼缘是承担不了这么大的集中力的。分析龙门吊主梁的结构布置，将主吊耳的位置设置在主梁具有撑杆加固的地方，在设计时一方面将耳板设计成两块板以分散集中力，同时在主梁上翼缘的下面对应进行加固，确保荷载能够通过这些板件传递到整个截面和远处的截面，从而使结构局部应力不至于超出材料的强度设计值，确保提升安全。
    本工程主吊耳及本体加固设计如图2所示。



    分析结构时将龙门吊整个结构及吊耳均建入模型中进行计算是不必要的，有时也是不可行的。在提升集中荷载作用下，龙门吊主梁构件中的应力分布有明显的局部性，为得到提升时主梁吊耳附近的应力分布，比较理想的方法是将主梁加固处两侧各一定的范围内的全部板件带入计算，具体取多大范围的结构计算可以按照这样的原则：在提升荷载作用下，计算截面处内力值相近。此时，计算截面处的应力就是在截面内力及提升集中荷载组合作用下的应

    由于计算模型简化为双轴对称的，采用1/4模型可以大大降低计算的规模，并且水平采用对称性约束，不必另加其它强制约束，使结果更加合理；由于下吊耳在荷载作用下，不均匀分布的应力有明显的局部性，因此在该截面的远端施加竖向约束是完全合理的。1/4的有限元模型如图6.a所示。各板件均采用shell63单元，施加荷载及约束如图6.b所示。

    3.2 应力计算结果
    采用单元的von－mises应力对结果进行判断。von－mises理论即为第四强度理论：形状改变比能理论，此理论认为形状改变比能是引起材料流动破坏的主要因素，亦即不论材料在什么复杂应力状态下，当形状改变比能达到某一极限时，材料就发生流动破坏。据此理论

    吊耳及主梁加固处局部von－mises应力分布如图8所示，最大von－mises应力小于材料的强度设计值，是安全的。

    3.3 变形
    从应力的计算结果可知，在提升的过程中结构中的应力均小于材料的屈服强度，结构处于弹性工作状态，在安装就位后，由提升集中荷载引起的结构变形都可以恢复，不会对结构产生永久性变形。
    4 结论
    （1）.主吊点位置的选取要使得提升阶段结构的正、负弯矩值相近，这样可使得弯矩峰值最小；同时调整龙门起重机上、下小车的位置以使主吊点的反力值相近；
    （2）.主吊耳在大梁上的布置要尽量选取大梁断面带有桁架加固的位置，以减小提升时结构的变形；
    （3）.本体加固设计时，加固板的设置使得龙门吊大梁的上翼缘、两侧腹板、加固板之间能形成封闭的箱形结构，这样不仅可以较分散的将提升集中荷载传到大梁的两侧腹板上，而且由于箱形结构的抗扭刚度大，可以较好的抵抗提升荷载非竖直作用时（由于侧向迎风的影响，提升荷载可产生倾斜）的影响；
    （4）.本体加固设计的有限元计算可采用对称简化的计算模型，简化模型的选取可参考本文所用方法。
    参考文献：
    [1] 王歇成、绍敏编著，有限单元法基本原理和数值方法，北京：清华大学出版社，1998.
    [2] 博嘉科技编著，有限元分析软件：ANSYS融会与贯通，中国水利水电出版社，2002.
    [3] 龙驭球等编著，结构力学教程，清华大学出版社.
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