维普资讯 http://www.cqvip.com 设计计算 ＤＥＳＩＧＮ＆ＣＡＬＣＵＬＡＴＩＯＮ 叫９００型架桥机后支腿的载荷分析及结构设计 汪西应，邢海军，郭文武 （石家庄铁道学院机械工程分院，，ｇａｇ石家庄０５００４３） ［摘要］分析了ＴＬＪ ９００型架桥机的施工工艺，确定后支腿的最大载荷，在此基础上进行后支腿结构 设计并在架桥机的支腿平面内进行后支腿的初步强度计算，然后用架桥机的整体有限元分析模型对后支腿 进行了较精确的强度和刚度的分析与验证。 ［关键词］架桥机；结构设计；有限元分析 ［中图分类号］Ｕ４４５．３６ ［文献标识码］Ｂ ［文章编号］１００１—５５４Ｘ（２００５）０４－００７２－０２ Ｆｏｒｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ ｌｅａｒ ｌｅｇ ｏｆ ＴＬＪ ９００ ｌａｕｎｃｈｉｎｇ ｇｉｒｄｅｒ ＷＡＮＧ Ｘｉ—ｙｉｎｇ，ＸＩＮＧ Ｈａｉ－ｊｕｎ，ＧＵＯ Ｗｅｎ—ＷＵ 在我国高速铁路建设网中，桥梁在线路设计中占有 根据以上分析和初步计算，后支腿在前小车运行到 较大的比例，而且混凝土桥梁大多采用双线单梁，其中 跨中适当位置，后小车吊起混凝土梁的后端时为最不利 ３２ｍ混凝土梁的设计重量约达９００ｔ，我国现有架梁设备 工况，所受的载荷最大。将架桥机在此工况下简化为以 难以满足要求，需要研制相应的架梁设备。ＴＬＪ ９００型 单根主梁为研究对象的力学模型（如图１所示），两个支 架桥机是在研究和分析大吨位混凝土梁的架设要求和具 点的反力分别为该工况下前后支腿的受力。根据力学模 体架设过程基础上开发的一种新型下导梁式架梁设备， 型可列出后支腿支反力的计算式为： 其金属结构主要由端梁、前支腿、主梁、后支腿、前悬 臂、下导梁、辅助支腿等组成，前支腿与主梁为铰链连 接，后支腿与主梁为刚性连接。 ｌ架桥机施工过程及最大载荷的计算 ＴＬＪ ９００型架桥机的正常施工过程为： （１）辅助支腿和前吊梁小车将下导梁移至即将架设 图１ 主梁力学模型简图 的桥梁的前一孔桥墩上： （２）运梁平车驮运混凝土梁至后支腿附近，前小车 Ｆｈ＝（４８．４Ｇ２＋（４８．４一 １）Ｆ１＋ 将混凝土梁的前端吊起： （３）前小车拖动混凝土梁运行至跨中（混凝土梁的 丢×４８．４ ｑ一１．６Ｇ１一 １×１．６ ｑ—Ｍ１）／３５．４ 后端在运梁平车上运行）； （９＜ １＜１３） （４）运行到跨中适当位置后后小车吊起混凝土梁的 Ｆｈ＝ （４８．４Ｇ２＋ （４８．４一 １）Ｆ１＋ （４８．４一 ２）Ｆ２＋ 后端； ÷×４８．４ ｑ一１．６Ｇ 一 １×１．６２ｑ－Ｍ ）／３５．４ （５）前后小车同步前行，将混凝土梁运至落梁位置： （１３＜ １＜４８．４） （６）前支腿回缩，辅助支腿支撑在下导梁上，后支 式中 ——后支腿的支反力： 腿沿着已架设完毕的桥梁上的轨道前行，使架桥机运动 Ｇ１——卷扬系统的重量： 至下一孔梁的桥墩； （７）前支腿伸长，支撑在桥墩上，辅助支腿和前小 ［收稿日期］２００４—０９—０８ 车将下导梁前移，如此循环完成连续架梁任务。 ［通讯地址］汪西应，石家庄铁道学院机械工程分院 建芄缸械２００５．０４ 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｇ，——前悬臂的重量； Ｍｌ——前悬臂的重量在主梁前端部产生的弯矩； Ｆ１——前小车的起吊重量（包括小车自重）； Ｆ ——后小车的起吊重量（包括小车白重）； 主梁的单位重量。 根据上式可判断出在后小车刚起吊的工作状态下， 【２）施加载荷与约束。通过载荷计算确定架桥机施 工过程中后支腿最不利工况下的载荷位置并施加于图３ 的有限元整体模型。载荷包括：起升载荷（混凝土梁的 自重）、 中击载荷、风载荷、惯性力、架桥机白重等。在 前支腿的２个节点和后支腿的２个节点分别施加约束， 并在主梁和前支腿的连接处施加耦合关系。 后支腿的支反力最大，该工况是架桥机后支腿的最不利 工况，对应的后支腿的支反力 ：５１００ｋＮ。 ２后支腿结构设计及初步强度计算 在架桥机施工过程中，后支腿的主要功能有： （１） 上端与主梁连接承受起吊重量；（２）下端与走行台车连 接，驱动架桥机过孔或短距离运行；（３）中间有足够的 空间供混凝土梁通过。图２所示的结构型式能够满足以 上对架桥机结构方面的要求，但同时还需满足强度和刚 度要求。将图１所示的简化模型计算得到的后支腿的支 反力 施加在主梁与后支腿的连接处。已知后支腿各段 箱型截面的几何尺寸，金属结构的材料选用Ｑ３４５，按照 图２所示的简化模型进行强度和刚度的初步简化计算， 结果为：Ａ处和Ｂ处的内力较大，弯矩和轴力产生的最 大合成应力为１８１。９６ＭＰａ，与主梁连接处的相对水平位 移为１０．１５ｍｍ。 １ Ⅳ 图２后支腿的结构型式 ３有限元分析 （１）建立有限元模型。架桥机的重量较大，安全性 要求很高，为了达到既安全又经济的设计目标，需要对 后支腿进行空间的完整受力分析和精确的强度、刚度计 算，借助架桥机ＡＮＳＹＳ有限元分析的整体模型如图３ 所示，有限单元选用ｂｅａｍ４。 建荒札戗（３）计算结果。用ＡＮＳＹＳ分析软件对架桥机在后 支腿受力最大的工况下进行强度和刚度计算，其中与后 支腿有关单元为１０２—１２５，最大应力出现在１０７单元的 末端，其值为１７４ＭＰａ。 图３有限元分析模型 ４结论 （１）根据架桥机整体模型有限元分析结果可知后支 腿的最大应力值１７４ＭＰａ，按照钢结构设计规范，其最 大应力在许用范围之内，即后支腿的强度满足要求。 （２）在后支腿的设计中，刚度问题主要考虑与主梁 连接处的相对水平位移值，在有限元精确分析中为 ７．２ｍｍ，在允许范围内，说明后支腿的刚度也满足设计 要求。 （３）后支腿在整体模型中的有限元分析结果和支腿 平面内简化模型的分析结果应力最大值出现的位置判定 是统一的，只是在数值上有大约５ 的误差，这也说明 图１所示的门架平面内主梁支反力的计算简化模型和图 ２所示的支腿平面内后支腿的计算简化模型在初步设计 中都具有应用价值。 ［责任编辑：冯磊］ ２００ｑ ｎ４
