工程力學(xué)論文

石家石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)論文單斜塔斜拉橋單斜塔斜拉橋主塔提升受力分析AAnalysisofMainTowerofCable-stayedBridgewithSingleSkewTowerduring屆系工程力學(xué)專(zhuān)業(yè)工程力學(xué)摘要本文以天津市泰達(dá)天橋——單斜塔斜拉橋?yàn)楸尘埃芯繂涡彼崩瓨蛑魉嵘氖芰η闆r。整個(gè)課題的研究過(guò)程采用了有限元的分析方法，利用工程分析軟件ANSYS進(jìn)行建模求解。首先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙建立該橋完整的初始空間有限元模型，并根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容的要求施加自重和相應(yīng)的風(fēng)荷載，然后求解并對(duì)提升系統(tǒng)在提升到不同角度時(shí)的反力、位移和應(yīng)力等進(jìn)行理論分析以確保主塔提升過(guò)程的平安可靠。根據(jù)受力情況塔架采用了Link8和Beam4兩種單元，主塔采用了Shell63單元，索采用了Link10單元。計(jì)算結(jié)果說(shuō)明單元的選取都是合理的；應(yīng)力的最值出現(xiàn)在提升索和主塔的連接處，存在應(yīng)力集中的現(xiàn)象，在排除了局部應(yīng)力集中的情況下，整個(gè)提升過(guò)程平安可靠，因此，在施工過(guò)程中對(duì)局部應(yīng)力集中處采取有效的加固措施顯得至關(guān)重要；結(jié)果分析顯示提升索力的變化是非線性的，提升起始階段的索力較大，隨后索力不斷減小，接近提升終止時(shí)，提升索力又變大。提升索的最大索力為2150kN，出現(xiàn)在提升的終止階段；變形最大的點(diǎn)一般出現(xiàn)在吊梁的中點(diǎn)附近，但并未超出允許值。關(guān)鍵詞：?jiǎn)涡彼崩瓨蛴邢拊治鎏嵘^(guò)程

AbstractTianjinTaidaflyover,asingleskewtowercable-stayedbridgeisusedasthebackgroundinthispaper.Thestressofthemaintowerofcable-stayedbridgewithsingleskewtowerduringitshoistingprocessisresearchedhere.ThewholedesignprocessusesthefiniteelementmethodandusesANSYS,anengineeringanalysissoftware,tomodeandsolve.Theinitialspacefiniteelementmodelofthebridgeisestablishedfirstly,accordingtoitsdrawings.Atthesametime,thedeadweightofthebridgeandthecorrespondingwindloadsarealsoimposedonthebridgeaccordingtothedesignrequirements.Thenreactionforce,displacementandstressareanalyzedwhenthesystemisenhancedtodifferentanglesinordertoensurethesafetyandreliabilityofthemaintowerduringitswholehoistingprocess.Thetowerframeusestwoelements,Link8andBeam4,accordingtotheforceconditions.ThemaintowerusestheShell63elementandthecablesusetheLink10element.Theresultsprovethattheselectionsoftheseelementsarereasonable.Thebiggestvalueofthestressisattheconnectionofthemaintowerandthelifting-cable,whereexiststhephenomenonofstressconcentration.Thehoistingprocessissafeandreliablewhenthelocalstressconcentrationis

eliminated.Soitisveryimportanttostrengthenthepositionsofthelocalstressconcentrationduringtheconstructionprocess.Thechangeofthelifting-cabletensionisnonlinearshowedbytheresults.Thevalueislargeratthebeginningoftheliftingprocessanditdecreasesduringtheprocess.Thevalueofthelifting-cabletensionturnslargeragainwhenthewholeprocessisclosetotheend.Thebiggestvalueis2150kNandithappensattheendoftheprocess.Thepointwhichhappensthegreatestdeformationisalwaysatthemidpointofthehangingbeamanditdoesnotexceedtheallowablevalue.Keywords:SingleSkewTowerCable-StayedBridgeFiniteElementAnalysisHoistingProcess

目錄第1章緒論 11.1課題研究的目的意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.2.1斜拉橋的開(kāi)展現(xiàn)狀 11.2.2轉(zhuǎn)體施工的研究現(xiàn)狀 21.3論文研究?jī)?nèi)容簡(jiǎn)介 21.4論文主要研究?jī)?nèi)容和研究方法 31.5論文研究方法及創(chuàng)新點(diǎn) 3第2章提升塔架的力學(xué)研究 52.1提升塔架結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū) 52.1.1提升塔架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 52.1.2提升塔架根底結(jié)構(gòu)受力分析 52.1.3提升塔架根底強(qiáng)度計(jì)算 52.2管撐的構(gòu)造力學(xué)計(jì)算 62.3分配梁L1、L2的力學(xué)構(gòu)造計(jì)算 72.4吊梁的結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算 7第3章有限元模型的建立 93.1有限元分析過(guò)程簡(jiǎn)介 93.1.1有限元系統(tǒng)根本構(gòu)成 93.1.2ANSYS有限元分析過(guò)程 93.2實(shí)體建模的建立 103.2.1前言 103.2.2建立實(shí)體模型 113.3材料設(shè)置與網(wǎng)格劃分 133.3.1前言 133.3.2ElementType確定單元類(lèi)型 133.3.3幾何模型網(wǎng)格劃分 153.4總結(jié) 17第4章加載與求解 184.1簡(jiǎn)介 184.1.1荷載定義及分類(lèi) 184.1.2實(shí)體模型載荷與有限元模型載荷的優(yōu)缺點(diǎn) 194.1.3可能出現(xiàn)的問(wèn)題 204.2提升塔架的風(fēng)荷載計(jì)算標(biāo)準(zhǔn) 204.2.1風(fēng)荷載 204.2.2風(fēng)荷載的計(jì)算 204.2.3計(jì)算風(fēng)壓q 214.2.4風(fēng)壓高度變化系數(shù)Kh 214.2.5風(fēng)力系數(shù)C 224.2.6迎風(fēng)面積A 224.3起重塔架的風(fēng)荷載計(jì)算過(guò)程 244.3.11-20m的風(fēng)荷載計(jì)算 244.3.220-40m的風(fēng)荷載計(jì)算 254.4單斜塔的風(fēng)荷載計(jì)算標(biāo)準(zhǔn) 254.4.1風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值及根本風(fēng)壓 254.4.2風(fēng)壓高度變化系數(shù) 264.4.3風(fēng)荷載體型系數(shù) 264.4.4風(fēng)振系數(shù) 274.5單斜塔風(fēng)荷載的計(jì)算過(guò)程 274.6附錄 294.7總結(jié) 29第5章結(jié)果數(shù)據(jù)的分析 305.1后處理器簡(jiǎn)介 305.2結(jié)果的圖形和列表顯示 305.2.1提升角度為9° 305.2.2提升角度為20° 365.2.3提升角度為30° 425.2.4提升角度為40° 465.2.5提升角度為46° 515.3結(jié)果分析 555.4結(jié)論 56第6章結(jié)果數(shù)據(jù)的列表顯示 576.1反力列表 576.2最大位移列表 576.3提升索和平衡索的軸力和軸向應(yīng)力列表 586.4最大應(yīng)力列表 586.5結(jié)論 58第7章 結(jié)論與展望 607.1結(jié)論 607.2展望 61參考文獻(xiàn) 62致謝 63附錄 64第1章緒論1.1課題研究的目的意義課題以天津市泰達(dá)天橋?yàn)檠芯繉?duì)象，在了解斜拉橋根本知識(shí)和熟悉橋規(guī)、鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)、起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的根底上，進(jìn)行提升塔架的構(gòu)造設(shè)計(jì)，并采用有限元軟件進(jìn)行主塔鋼結(jié)構(gòu)提升塔架模型建立與計(jì)算，驗(yàn)算起重塔架的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；對(duì)提升整體系統(tǒng)及主塔進(jìn)行強(qiáng)度與剛度校核，在對(duì)提升塔架進(jìn)行受力分析時(shí)考慮自重(恒載)和風(fēng)荷載，確保主塔提升過(guò)程平安可靠，并提出解決工程實(shí)際的建議，對(duì)即將來(lái)臨的工作有積極的指導(dǎo)意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀斜拉橋的開(kāi)展現(xiàn)狀斜拉橋是一種橋面體系受壓，支承體系受拉的橋梁，由主梁(橋面體系)、斜拉索(支承體系)和主塔三局部組成。斜拉索相當(dāng)于在橋跨內(nèi)增加了假設(shè)干彈性支點(diǎn)，大大減小了橋的彎矩，增大了橋梁的跨越能力；斜拉橋的結(jié)構(gòu)行為表現(xiàn)為復(fù)雜的超靜定結(jié)構(gòu)和柔性的空間受力特性。斜拉橋突出的直線感和柔細(xì)感，能顯示出過(guò)去橋梁所沒(méi)有的近代造型，現(xiàn)代斜拉橋具有造型美觀、充分利用和發(fā)揮結(jié)構(gòu)材料性能、結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)于懸索橋和其他類(lèi)型橋梁、有效和快速的施工、造價(jià)低、結(jié)構(gòu)受力合理等突出特點(diǎn)，因此雖然它的開(kāi)展較晚，但是開(kāi)展十分迅速。斜拉橋在世界范圍內(nèi)應(yīng)用從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，90年代迅速開(kāi)展，其跨徑已經(jīng)進(jìn)入以前懸索橋使用的特大跨徑范圍。由于當(dāng)時(shí)缺乏高強(qiáng)度材料，拉索易松弛，對(duì)復(fù)雜的超靜定結(jié)構(gòu)缺乏計(jì)算手段等原因，建成不久因整個(gè)體系松弛，造成很大的變形和破壞，因此斜拉橋長(zhǎng)期未能得到開(kāi)展。結(jié)構(gòu)分析的進(jìn)步、高強(qiáng)材料和施工方法以及防腐技術(shù)的開(kāi)展對(duì)于大跨徑斜拉橋的開(kāi)展起到了關(guān)鍵性的作用。1956年，瑞士Stromsund橋開(kāi)始了現(xiàn)代斜拉橋的先端，至今全世界約建成400余座，而我國(guó)已有斜拉橋190余座，約為全世界總數(shù)的1/3。斜拉橋在我國(guó)的開(kāi)展始于1975年四川省云陽(yáng)縣跨徑76m的鋼筋混凝土斜拉橋[1]。我國(guó)斜拉橋取得的成就是巨大的，首先我國(guó)已成為世界上修建斜拉橋最多的國(guó)家，斜拉橋遍布全國(guó)；其次我國(guó)大跨徑斜拉橋居于世界前列；我國(guó)斜拉橋以混凝土梁為主，這個(gè)開(kāi)展方向是正確的；在結(jié)構(gòu)方面，我國(guó)開(kāi)發(fā)了一些新的斜拉結(jié)構(gòu)橋型。我國(guó)已通車(chē)的蘇通長(zhǎng)江公路斜拉橋主跨跨度為1088m，是世界第一大跨徑雙塔雙索面斜拉橋，比目前世界上最大跨徑的日本多多羅大橋還長(zhǎng)200m轉(zhuǎn)體施工的研究現(xiàn)狀橋梁轉(zhuǎn)體施工，這一種施工方法是利用橋梁結(jié)構(gòu)本身及結(jié)構(gòu)用鋼做施工設(shè)施，利用摩擦系數(shù)很小的滑道及合理的轉(zhuǎn)盤(pán)結(jié)構(gòu)，以簡(jiǎn)單的設(shè)備，將兩岸利用地形和簡(jiǎn)單支架預(yù)制拼裝的龐大橋梁結(jié)構(gòu)，整體旋轉(zhuǎn)安裝到位。因其具有節(jié)約施工用材，減少施工設(shè)備，施工快速平安，且不影響通航、不中斷通車(chē)的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)體施工從其誕生的那一天起就成為橋梁工程師有興趣探索的問(wèn)題。從1977年建成第一座轉(zhuǎn)體施工的遂寧建設(shè)橋至今，全國(guó)采用轉(zhuǎn)體施工方法已建成100余座橋梁。轉(zhuǎn)體施工已由最初在山區(qū)開(kāi)展到了平原；轉(zhuǎn)體重量由千噸上升到萬(wàn)噸級(jí)；轉(zhuǎn)體施工工藝由平衡轉(zhuǎn)體施工開(kāi)展到無(wú)平衡重轉(zhuǎn)體施工、豎轉(zhuǎn)施工、豎轉(zhuǎn)加平轉(zhuǎn)施工；其橋梁包括了箱形拱、雙曲拱、桁架拱、剛架拱、斜腿剛構(gòu)、斜拉橋、T形剛構(gòu)、板拉橋、連續(xù)梁及中承式拱等，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。世界上第一座跨度超過(guò)400m的鋼斜拉橋Saint-NazaireBridge，位于法國(guó)的圣·納澤爾市，是采用豎轉(zhuǎn)工藝施工的斜拉橋[3]。西安市灞河2號(hào)特大橋我國(guó)第一座采用豎轉(zhuǎn)工藝施工的斜拉橋。該橋位于西安市浐灞生態(tài)園入口處，橫跨灞河，為扁平流線型混合式鋼箱斜拉橋，全長(zhǎng)485m，主橋局部全長(zhǎng)240m，最大跨徑是145m的鋼箱梁，為雙索面拱形單斜塔斜拉橋，半漂浮體系。主塔為拱門(mén)式鋼結(jié)構(gòu)主塔，高78m，傾角75°，鋼塔自重約1415.68噸，外形為箱形變截面橢圓形結(jié)構(gòu)，最大截面為5820mm×2500mm×40mm×40mm，最小截面為3000mm×2500mm×1.3論文研究?jī)?nèi)容簡(jiǎn)介泰達(dá)天橋跨度為92.5m，橋面為全寬6.5m，橋面凈寬4m。天橋主體為鋼結(jié)構(gòu)單斜塔密索斜拉人行天橋，由斜塔、主受力后備索、左右平衡索和橋面空間斜拉索組成空間受力體系，塔與梁體結(jié)構(gòu)別離。斜塔頂部至地面垂直高度34.7m，整體重量381.47噸。后背拉索共8根，左右平衡索各5根，橋面空間斜拉索共34根。主塔傾斜段斜長(zhǎng)53.63m，與地面夾角45.921度，主塔為矩形變截面鋼塔，截面尺寸自根部4m×2.5m變化到頂部3m×2.5m；水平段總長(zhǎng)為14.23m，截面尺寸自根部3.5m×2.5m變化到頂部1.5m×2.5m[4]。全塔分成六段，首先將第一段現(xiàn)場(chǎng)安裝就位，然后把第二段至第六段在現(xiàn)場(chǎng)拼裝成整體，作為提升段，并在第一段和提升段之間設(shè)置鉸座和鉸軸，利用提升架上的300提升塔主體采用直徑630的鋼管，鋼管板厚16mm，利用法蘭盤(pán)進(jìn)行連接，形成獨(dú)立的管撐立柱，提升架每側(cè)由三個(gè)管撐立柱形成等邊三角形，利用75mm×75mm×6mm的角鋼形成剪刀撐對(duì)立柱進(jìn)行連接，間距2.5m設(shè)置一道剪刀撐。在管撐立柱頂面上設(shè)置分配梁L1和聯(lián)系梁L3，分配梁L1由四塊20mm厚的Q235B的板材拼裝成斷面500mm×400mm的箱梁結(jié)構(gòu)，聯(lián)系梁L3由兩根型號(hào)I50a拼成，兩根L1聯(lián)系梁和一根聯(lián)系梁L3拼裝成三角形式，加設(shè)在管撐立柱頂面。為了保證受力點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，在分配梁L1與L2接觸處設(shè)置三道加勁板，加勁板采用厚度16mm的Q235B板材。為了合理分配支撐力，在分配梁L1設(shè)置二次分配梁L2，分配梁L2由四塊20mm厚Q235B板材拼裝成斷面500mm×400mm的箱梁結(jié)構(gòu)，L1和L2接觸處加一道厚度16mm的加勁板，在L2與吊梁接觸處設(shè)置一道厚度16mm的加勁板。吊梁采用兩塊30mm厚和兩塊1.4論文主要研究?jī)?nèi)容和研究方法課題以天津泰達(dá)天橋?yàn)檠芯繉?duì)象，根據(jù)工程實(shí)際情況，建立由主塔、起重塔架和提升索、平衡索在內(nèi)的整體系統(tǒng)，對(duì)提升塔架進(jìn)行模擬分析，并熟悉主塔所用鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造；課題采用有限元的分析方法，對(duì)提升塔架進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)；根據(jù)相關(guān)的起重機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和建筑結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)確定結(jié)構(gòu)驗(yàn)算荷載，然后對(duì)提升塔架進(jìn)行建模與網(wǎng)格劃分；利用ANSYS工程分析軟件對(duì)主塔提升到不同角度時(shí)的應(yīng)力進(jìn)行分析，驗(yàn)算起重塔架的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，驗(yàn)算提升索和平衡索的受力情況，確保主塔提升過(guò)程平安可靠；并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行理論分析，形成結(jié)論，提出解決工程實(shí)際問(wèn)題的建議。1.5論文研究方法及創(chuàng)新點(diǎn)整個(gè)分析過(guò)程中主要運(yùn)用了有限元的分析方法，借助工程軟件ANSYS進(jìn)行相關(guān)的力學(xué)分析和計(jì)算。泰達(dá)天橋獨(dú)特的單斜塔設(shè)計(jì)，不僅具備現(xiàn)代斜拉橋造型美觀、充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)材料性能、結(jié)構(gòu)剛度大、有效和快速的施工、造價(jià)低、結(jié)構(gòu)受力合理等突出優(yōu)點(diǎn)，它獨(dú)特的單斜塔更是一座城市一道亮麗的風(fēng)景線，是值得現(xiàn)代斜拉橋借鑒的。主塔在提升過(guò)程中采用的轉(zhuǎn)體施工方案，在一定程度上彌補(bǔ)了斜拉橋施工在這方面的欠缺，為以后的施工提供了可靠的參考資料。

第2章提升塔架的力學(xué)研究2.1提升塔架結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)提升塔架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介提升塔架根底：提升塔架根底采用水泥攪拌樁，樁徑為50cm，樁長(zhǎng)13.2m，有效樁長(zhǎng)13m，在樁頂上設(shè)置20cm的土石屑?jí)|層，墊層上施做10m×50提升塔架主體結(jié)構(gòu)：提升塔架主體采用直徑630mm厚度16mm的卷制鋼管，5m一節(jié)，每節(jié)兩端設(shè)置法蘭盤(pán)進(jìn)行連接，每側(cè)設(shè)置三個(gè)40提升塔架與提升索的連接結(jié)構(gòu)：在吊梁頂部設(shè)置兩個(gè)300T的連續(xù)千斤頂，鋼鉸線從吊梁下穿出。提升塔架與平衡索的連接結(jié)構(gòu)：在提升塔架吊梁的背部設(shè)置一個(gè)吊耳，鋼鉸線通過(guò)P錨進(jìn)行錨固，并在P錨兩側(cè)設(shè)置兩塊鋼板，在鋼板預(yù)留15.2cm的預(yù)留孔，采用15cm的圓柱型銷(xiāo)子，把吊耳與鋼板銷(xiāo)接。提升塔架根底結(jié)構(gòu)受力分析提升塔架由于水平力利用平衡索平衡后，根本不考慮受力，根底為軸心受壓構(gòu)件。主要承受平衡索和提升索的豎直合力以及塔架自重產(chǎn)生的豎向荷載。提升塔架根底強(qiáng)度計(jì)算根底承壓荷載計(jì)算：塔架重量G計(jì)算：(按40m高度計(jì)算)(1)鋼管重：(2)支撐及分配梁自重：①L1的自重：②L2的自重：③吊梁的自重：塔架承受分配梁傳來(lái)荷載：N=2163kN(詳見(jiàn)塔架受力分析及計(jì)算)鋼筋混凝土承臺(tái)的自重：承臺(tái)根底外表尺寸為10m×5m，厚度為80cm，受力面積為A=10×根底每平米承受荷載：Rp=(1000+2163+290.5×2+101.42)/50=76.91kN/m22.2管撐的構(gòu)造力學(xué)計(jì)算(1)相對(duì)重心的慣性矩I：(2)截面積A計(jì)算：(3)截面回轉(zhuǎn)半徑i計(jì)算：(4)長(zhǎng)細(xì)比λ計(jì)算：(42m，取。(5)穩(wěn)定系數(shù)ψ計(jì)算：，(Q235-B，b類(lèi))，查表：(6)穩(wěn)定性驗(yàn)算：滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求。2.3分配梁L1、L2的力學(xué)構(gòu)造計(jì)算分配梁L2(500mm×400mm×20mm×抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算：(1)分配梁跨中受力為支座反力：V1=1615/2=807.5kN(2)L2跨中彎矩計(jì)算：L2的跨度為1.334M=1615×1.334/4=538.6kN·m(3)截面抵抗矩：I=(400×5003-380×4603)/12＝0.10844×1010W=I/y=0.10844×106/250=4.34×106(4)最大拉應(yīng)力計(jì)算：=538.6×106/4.34×106=124.1N/mm2<205N/mm2穩(wěn)定性驗(yàn)算：由于箱形截面的h/b0＝500/400<6，且L/b0=180/40<95(Q235-B)，故不必算；抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算：最大剪力發(fā)生在支座處V1=1615/2=807.5kN面積矩S=500×20×240+230×100×115×2=7690000mm3τ＝Q*S/Ib=(1.3×807.5×103×7690000)/(0.10844×1010×20)＝37.95N/mm2<115N/mm2，抗剪強(qiáng)度滿(mǎn)足；由于L1的斷面與L2的相同，受力小于L2的情況，所以滿(mǎn)足各項(xiàng)要求。2.4吊梁的結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算吊梁(1300mm×900mm×30mm×20mm抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算：(1)截面慣性矩：I=(900×13003-860×12403)/12=2.81336×1010(2)截面抵抗矩：W=2.81336×1010/650=4.32822×107(3)最大拉應(yīng)力計(jì)算：σ=M/W=3835.25×103×6155/(4×4.32822×107)=136.35N/mm2<205N/mm2所以抗彎強(qiáng)度滿(mǎn)足。穩(wěn)定性：由于箱形截面的h/b0＝1300/900<6，且L/b0=700/900<95(Q235-B)，故不必算?？辜魪?qiáng)度計(jì)算：最大剪力發(fā)生在支座處：Q=V=1615KN面積矩S=900×30×635+1240×20×620×2=47897000mm3τ＝Q*S/Ib=(1177.214×103×47897000)/(2.81336×1010×40)＝68.73N/mm2<120N/mm2，抗剪強(qiáng)度滿(mǎn)足。

第3章有限元模型的建立3.1有限元分析過(guò)程簡(jiǎn)介有限元法是將所探討的工程系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成一個(gè)有限元系統(tǒng)，該有限元系統(tǒng)由節(jié)點(diǎn)及單元所組合而成，以取代原有的工程系統(tǒng)，有限元系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)化成一個(gè)數(shù)學(xué)模式，并根據(jù)該數(shù)學(xué)模式，進(jìn)而得到該有限元系統(tǒng)的解答，并通過(guò)節(jié)點(diǎn)、單元表現(xiàn)出來(lái)。完整有限元模型除了節(jié)點(diǎn)、單元外，還包含工程系統(tǒng)本身所具有的邊界條件，包含約束條件、外力的負(fù)載等[5]。有限元系統(tǒng)根本構(gòu)成(1)節(jié)點(diǎn)就是所考慮工程系統(tǒng)中的一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)位置，構(gòu)成有限元系統(tǒng)的最根本對(duì)象。具有其物理意義的自由度，該自由度為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受到外力后，系統(tǒng)的反響。自由度可為位移、溫度、電壓等，依不同類(lèi)型問(wèn)題而定，節(jié)點(diǎn)上為施加集中力所在，例如力、力矩、熱流、溫度等。(2)單元單元是節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)所連接而成，單元的組合由各節(jié)點(diǎn)相互連接，并構(gòu)成結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模式的剛度矩陣。不同特性的工程系統(tǒng)，可選用不同種類(lèi)的單元，ANSYS提供一百多種單元，故在使用時(shí)必須慎重選擇單元型號(hào)，并了解單元特性，方能運(yùn)用自如。(3)自由度節(jié)點(diǎn)一定具有某種程度的自由度，以表示該工程系統(tǒng)受到外力后的反響結(jié)果，任何單元在數(shù)學(xué)模式轉(zhuǎn)換時(shí)依其自由度而定，每種單元的節(jié)點(diǎn)在單元表中皆有詳細(xì)說(shuō)明。有限元系統(tǒng)的建立，是利用節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)組成單元相接而成，其幾何外型與工程系統(tǒng)相同，故連接兩單元的節(jié)點(diǎn)必為共同的節(jié)點(diǎn)，分別屬于各單元具有相同自由度的反響，單元與單元連接的邊，必為共同的邊。ANSYS有限元分析過(guò)程ANSYS有限元分析過(guò)程主要包括三個(gè)步驟：創(chuàng)立有限元模型——前處理：(1)創(chuàng)立或輸入幾何模型；(2)定義材料屬性；(3)定義實(shí)常數(shù)(要根據(jù)單元的幾何特性來(lái)設(shè)置，有些單元沒(méi)有實(shí)常數(shù))；(4)定義單元類(lèi)型；(5)劃分單元。施加載荷并求解——求解：(1)施加約束條件；(2)施加荷載；(3)求解。查看分析結(jié)果——后處理：(1)查看分析結(jié)果；(2)檢驗(yàn)結(jié)果的正確性[6]。3.2實(shí)體建模的建立前言實(shí)體建模既可以在ANSYS軟件中創(chuàng)立，也可以從CAD軟件中畫(huà)好之后導(dǎo)入進(jìn)ANSYS。直接輸入幾何實(shí)體可以提高建模的速度，但有些情況下實(shí)體模型必須在ANSYS軟件中建立。另外，一個(gè)只有面及面以下層次組成的實(shí)體，如殼或二維平面模型，在ANSYS軟件中仍稱(chēng)為實(shí)體。實(shí)體的層次從低到高：關(guān)鍵點(diǎn)→線→面→體。關(guān)鍵點(diǎn)是實(shí)體的根底，線由點(diǎn)生成，面由線生成，體由面生成。這個(gè)層次的順序與模型怎樣建立無(wú)關(guān)。ANSYS不允許直接刪除或修改與高層次相連接的低層次實(shí)體，即如果高一級(jí)的實(shí)體存在，那么低一級(jí)的與之依附的實(shí)體不能刪除。建立實(shí)體模型可以通過(guò)三個(gè)途徑：(1)由下往上法由建立最低單元點(diǎn)逐步至建立最高單元的體積，即建立點(diǎn)，再由點(diǎn)連接建立線段，然后由線段組合建立面積，最后由面積組合建立體積。(2)由上往下法由上而下法為直接建立較高單元對(duì)象，其所相對(duì)應(yīng)較低單元對(duì)象一起產(chǎn)生，對(duì)象單元上下順序依次為體積、面積、線段及點(diǎn)[7]。(3)混合以上兩種方法嚴(yán)格來(lái)講，建立有限元模型的方法沒(méi)有一定的定那么，只是依據(jù)個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)，但最重要的是考慮想要獲得什么樣的有限元模型，即進(jìn)行自動(dòng)網(wǎng)格劃分時(shí)，要產(chǎn)生自由網(wǎng)格或?qū)?yīng)網(wǎng)格。自由網(wǎng)格劃分時(shí)，實(shí)體模型的建立比擬簡(jiǎn)單，只要所有面積或體積能結(jié)合成一體即可。對(duì)應(yīng)網(wǎng)格劃分時(shí)，平面結(jié)構(gòu)一定要四邊形或三邊形面積相接而成，立體結(jié)構(gòu)一定要六面體相接而成。建立實(shí)體模型整個(gè)提升系統(tǒng)由主塔、提升塔架、提升索和平衡索組成。天橋主塔為鋼結(jié)構(gòu)單斜塔，主塔為矩形變截面鋼塔，主塔傾斜段斜長(zhǎng)53.63m，截面尺寸自根部4m×2.5m變化到頂部3m×2.5m；水平段總長(zhǎng)為14.23m，截面尺寸自根部3.5m×2.5m變化到頂部1.5m×2.5m。提升塔架主體采用直徑630mm的鋼管，鋼管板厚16mm，形成獨(dú)立的管撐立柱，提升架每側(cè)由三個(gè)管撐立柱形成等邊三角形，利用75mm×75由于具體建模的過(guò)程較繁瑣，操作簡(jiǎn)單，因此在下面只展示了模型。圖3-1主塔模型上圖為主塔的幾何實(shí)體模型，該模型總共270個(gè)面元素組成，內(nèi)部加橫隔板，圖3-1主塔模型圖3-2提升塔架模型圖3-2提升塔架模型上圖為提升塔架的幾何實(shí)體模型。塔架頂部有分配梁、聯(lián)系梁和吊梁。塔架總高為40m。圖3-3整體模型圖3-3整體模型上圖為整個(gè)提升系統(tǒng)在拼裝完成后的初始位置的幾何實(shí)體模型，主塔與地面的夾角為9°。

3.3材料設(shè)置與網(wǎng)格劃分前言實(shí)體模型建立之后，對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，從而建立有限元模型。對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分過(guò)程包括三個(gè)步驟：(1)定義單元屬性單元屬性包括單元類(lèi)型(elementtype)、定義實(shí)常數(shù)(realconstants)、定義材料特性(materialprops)。(2)定義網(wǎng)格生成控制(即設(shè)定網(wǎng)格建立所需的參數(shù))主要用于定義對(duì)象邊界(即線段)元素的大小與數(shù)目。這一步非常重要，它將直接影響分析時(shí)的正確性和經(jīng)濟(jì)性。一般來(lái)說(shuō)，網(wǎng)格越細(xì)得到的結(jié)果越好，但網(wǎng)格太細(xì)會(huì)占用大量的分析時(shí)間，造成資源浪費(fèi)，同時(shí)太細(xì)的網(wǎng)格在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中，常會(huì)造成劃分不同網(wǎng)格時(shí)的連接困難，這一點(diǎn)需要特別注意。(3)生成網(wǎng)格完成以上兩個(gè)步驟就可以進(jìn)行網(wǎng)格劃分，產(chǎn)生網(wǎng)格，建立有限元模型。如果不滿(mǎn)意網(wǎng)格劃分的結(jié)果，可以去除已經(jīng)生成的網(wǎng)格，并重新進(jìn)行以上兩個(gè)步驟，直到滿(mǎn)意為止。ElementType確定單元類(lèi)型確定單元類(lèi)型是很重要的。在結(jié)構(gòu)靜力分析中要用到的典型單元類(lèi)型有：線單元、殼單元、實(shí)體單元(包括2D和3D單元)等。從單元類(lèi)別上講，ANSYS提供了許多不同類(lèi)別的單元。經(jīng)常采用的單元有：線單元：(1)梁?jiǎn)卧河糜诼菟?，薄壁管件，C型截面構(gòu)件，角鋼或細(xì)長(zhǎng)薄膜構(gòu)件等模型。(2)桿單元：用于彈簧，螺桿，預(yù)應(yīng)力螺桿和薄膜桁架等模型。(3)彈簧單元：用于彈簧、螺桿，或細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，或通過(guò)剛度等效替代復(fù)雜結(jié)構(gòu)等模型。殼單元：(1)殼單元用于薄板或曲面模型。(2)殼單元分析應(yīng)用的根本原那么是每塊面板的主尺寸不低于其厚度的十倍。二維實(shí)體單元：二維實(shí)體單元必須在全局直角坐標(biāo)x-y平面內(nèi)建立模型，用于模擬實(shí)體的截面，所有的荷載均作用在x-y平面內(nèi)，并且其響應(yīng)(位移)也在x-y平面內(nèi)。單元的特性為：(1)平面應(yīng)力：平面應(yīng)力假定沿z方向的應(yīng)力等于零(當(dāng)z方向上的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于x和y方向上的尺寸才有效，沿z方向的應(yīng)變不等于零，沿z方向允許選擇厚度)，平面應(yīng)力分析是用來(lái)分析諸如承受面內(nèi)載荷的平板，承受壓力或離心荷載的薄盤(pán)等結(jié)構(gòu)。(2)平面應(yīng)變：平面應(yīng)變假定沿z方向的應(yīng)變等于零(當(dāng)z方向上的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于x和y方向上的尺寸才有效，沿z方向的應(yīng)力不等于零)，平面應(yīng)變分析適用于分析等截面細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)諸如結(jié)構(gòu)梁。(3)軸對(duì)稱(chēng)：軸對(duì)稱(chēng)假定三維實(shí)體模型及其載荷是由二維橫截面繞y軸旋轉(zhuǎn)360度形成的(對(duì)稱(chēng)軸必須和整體y軸重合，不允許有負(fù)的x坐標(biāo)。y方向是軸向，x方向是徑向，z方向是周向。周向位移是零，周向應(yīng)力和應(yīng)變十清楚顯)。軸對(duì)稱(chēng)分析用于壓力容器，直管道，桿等結(jié)構(gòu)。(4)諧單元：諧單元是一種特殊情形的軸對(duì)稱(chēng)，因?yàn)檩d荷不是軸對(duì)稱(chēng)的。(將軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)承受的非對(duì)稱(chēng)載荷分解成傅立葉級(jí)數(shù)，傅立葉級(jí)數(shù)的每一局部獨(dú)立進(jìn)行求解，然后再合并到一起。這種簡(jiǎn)化處理本身不具有任何近似)。諧單元分析用于非對(duì)稱(chēng)的載荷結(jié)構(gòu)，如承受力矩的桿件。三維實(shí)體單元：(1)用于那些由于幾何形狀、材料、載荷或分析要求考慮細(xì)節(jié)等原因造成無(wú)法采用更簡(jiǎn)單單元進(jìn)行建模的結(jié)構(gòu)。(2)用于從三維CAD系統(tǒng)轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的幾何模型，把它轉(zhuǎn)化為二維或殼體需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力。單元包含有階數(shù)。單元的階數(shù)是指單元形函數(shù)的多項(xiàng)式階數(shù)。形函數(shù)總是根據(jù)給定的單元特性開(kāi)設(shè)定的。每一個(gè)單元形函數(shù)反映單元真實(shí)特性的程度，直接影響求解精度。線性單元(一次單元)：(1)線性單元內(nèi)的位移按線性變化，故在大多數(shù)情況下，單個(gè)單元上的應(yīng)力是不變的。(2)線性單元對(duì)單元扭曲變形很敏感。(3)為了保證求解精度，在應(yīng)力梯度較大的地方應(yīng)該劃分大量的單元。二次單元：(1)二次單元內(nèi)的位移是二次變化的，故單個(gè)單元上的應(yīng)力狀態(tài)是線性變化的。(2)二次單元在描述曲線邊界或曲面時(shí)，要比線性單元更精確，而對(duì)單元扭曲變形不敏感。(3)通常情況，它與線性單元相比，采用的單元個(gè)數(shù)和自由度個(gè)數(shù)較少，而得到的結(jié)果精度較高。要得到高精度的應(yīng)力，可采用二次單元。P-單元：P-單元內(nèi)的位移是從二階到八階變化的，而且具有求解收斂自動(dòng)控制的功能。根據(jù)各個(gè)構(gòu)件的受力情況，確定單元類(lèi)型如下：提升索和平衡索采用Link10單元；主塔各個(gè)面及橫隔板采用Shell63單元；提升塔架根據(jù)受力的不同采用了Link8和Beam4兩種單元。幾何模型網(wǎng)格劃分當(dāng)單元屬性及網(wǎng)格所需的參數(shù)定義后，便可以對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格化。線元素由線段網(wǎng)格產(chǎn)生，平面元素由面積網(wǎng)格產(chǎn)生，立體元素由體積網(wǎng)格產(chǎn)生。網(wǎng)格可分為自由網(wǎng)格和映射網(wǎng)格。在對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分之前，要確定采用自由網(wǎng)格還是映射網(wǎng)格進(jìn)行分析，這是非常重要的。自由網(wǎng)格對(duì)實(shí)體模型無(wú)特殊要求，對(duì)任何幾何模型，規(guī)那么的或是不規(guī)那么的，都可以進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并且沒(méi)有特定的準(zhǔn)那么。所用單元形狀取決于對(duì)面還是對(duì)體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，自由面網(wǎng)格可以只由四邊形單元組成，也可以只由三角形單元組成，或由兩者混合組成；自由體網(wǎng)格一般限定為四面體單元。映射網(wǎng)格劃分要求面或體是有規(guī)那么的形狀，而且必須遵循一定的準(zhǔn)那么。與自由網(wǎng)格相比，映射面網(wǎng)格只包含四邊形或三角形單元；而映射體網(wǎng)格只包含六面體單元。映射網(wǎng)格具有規(guī)那么形狀，單元成排規(guī)那么排列。對(duì)平面2-D結(jié)構(gòu)而言，假設(shè)為四邊形結(jié)構(gòu)，那么用映射網(wǎng)格劃分時(shí)，其對(duì)應(yīng)邊的線段分割數(shù)目一定相等，而用自由網(wǎng)格劃分時(shí)，其對(duì)應(yīng)邊的線段分割數(shù)目不一定相等。假設(shè)為三角形結(jié)構(gòu)，那么用映射網(wǎng)格劃分時(shí)，其三邊線段分割數(shù)目一定相等且為偶數(shù)，而且自由網(wǎng)格劃分是，其對(duì)應(yīng)邊線段分割數(shù)目一定不相等。對(duì)3-D結(jié)構(gòu)而言，映射網(wǎng)格劃分時(shí)，其對(duì)應(yīng)邊的線段分割數(shù)目一定相等，而自由網(wǎng)格劃分時(shí)那么不一定。在網(wǎng)格的劃分過(guò)程中，由于提升索、平衡索、鋼管支撐以及連接鋼管的角鋼均定義為L(zhǎng)ink單元，因此根據(jù)其受力一個(gè)線元素為一個(gè)線單元；吊梁、聯(lián)系梁和分配梁采用了Beam單元，在劃分單元時(shí)，每0.25m長(zhǎng)度劃分為一個(gè)單元；主塔由270個(gè)面組成，定義為殼單元Shell63，在劃分網(wǎng)格時(shí)用了自由網(wǎng)格劃分的方法。已建立好的實(shí)體模型由面元素和線元素、點(diǎn)元素組成，對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的結(jié)果如下：圖3-4有限元模型示意圖圖3-4有限元模型示意圖上圖為主塔網(wǎng)格劃分的細(xì)部圖，采用了自由網(wǎng)格劃分的方法。圖3-5有限元模型圖3-5有限元模型上圖為整個(gè)提升系統(tǒng)的有限元模型。共包含25859個(gè)單元。

3.4總結(jié)整個(gè)有限元模型，總共包含了25859個(gè)單元。在建立有限元模型時(shí)，需要注意的幾個(gè)問(wèn)題如下：(1)定義為L(zhǎng)ink8和Link10的塔架以及提升索和平衡索，一個(gè)線元素為一個(gè)線單元；(2)各種參考號(hào)的對(duì)應(yīng)，即材料、實(shí)常數(shù)、截面形狀等在劃分單元時(shí)必須同為一個(gè)單元的；(3)保證連接兩單元的節(jié)點(diǎn)必為共同的節(jié)點(diǎn)，分別屬于各單元具有相同自由度的反響，面單元與面單元連接的邊，必為共同的邊。

第4章加載與求解4.1簡(jiǎn)介在建立有限元模型之后，就可以根據(jù)結(jié)構(gòu)在工程實(shí)際中的應(yīng)用情況為其指定位移邊界條件和載荷，并選擇適宜的求解器對(duì)其求解得到需要的結(jié)果。加載和求解過(guò)程是ANSYS有限元分析中一個(gè)非常重要的局部，它主要包括確定分析類(lèi)型和分析選項(xiàng)、施加荷載到幾何模型、確定荷載步選項(xiàng)、選擇求解的方式和開(kāi)始求解分析運(yùn)算。在ANSYS軟件中，可以進(jìn)行以下類(lèi)型的分析：靜態(tài)分析、瞬態(tài)分析、諧分析、模態(tài)分析、譜分析、屈曲分析和子結(jié)構(gòu)分析等。有限元分析的主要目的是檢查結(jié)構(gòu)或構(gòu)件對(duì)一定荷載條件的響應(yīng)。因此，在分析中指定適宜的荷載條件是關(guān)鍵的一步。可以用各種方式對(duì)模型加載，而且可以借助于荷載步選項(xiàng)，控制在求解中荷載如何使用。荷載定義及分類(lèi)在ANSYS中，“l(fā)oads〞包括邊界條件和外部或內(nèi)部作用力函數(shù)，在不同的學(xué)科中，荷載的定義有：結(jié)構(gòu)分析：位移、力、壓力、溫度(熱應(yīng)變)、重力。熱分析：溫度、熱流率、對(duì)流、內(nèi)部熱生成、無(wú)限遠(yuǎn)面。磁場(chǎng)分析：磁勢(shì)、磁流通、磁電流段、源流密度、無(wú)限遠(yuǎn)面。電場(chǎng)分析：電勢(shì)(電壓)、電流、電荷、電荷密度、無(wú)限遠(yuǎn)面。流體分析：速度、壓力。在ANSYS中，荷載主要分為六大類(lèi)：DOF約束(自由度約束)、力、外表荷載、體荷載、慣性力及耦合場(chǎng)荷載。它們的含義為：DOF約束：用戶(hù)指定某個(gè)自由度為值。在結(jié)構(gòu)分析中約束是位移，熱分析中約束是溫度和熱流量等。力：作用在幾何模型上的集中荷載。如結(jié)構(gòu)分析中的集中力和力矩，熱分析中的熱流率，磁場(chǎng)分析中的電流段。外表荷載：作用在某個(gè)外表上的分布荷載。如結(jié)構(gòu)分析中的壓力，熱分析中的對(duì)流和熱流量。體荷載：作用在體積或場(chǎng)域內(nèi)。如結(jié)構(gòu)分析中溫度，熱分析中的熱生產(chǎn)率，磁場(chǎng)分析中的電流密度。慣性荷載：結(jié)構(gòu)質(zhì)量或慣性引起的荷載。如重力加速度、角速度和角加速度等，主要在結(jié)構(gòu)分析中使用。耦合場(chǎng)荷載：它是一個(gè)特殊的情況，從一種分析得到的結(jié)果用作為另一分析的荷載。如熱分析中得到的節(jié)點(diǎn)溫度可作為結(jié)構(gòu)分析中的體荷載施加到每一個(gè)節(jié)點(diǎn)。實(shí)體模型載荷與有限元模型載荷的優(yōu)缺點(diǎn)在施加荷載時(shí)，可將大多數(shù)荷載施加于實(shí)體模型(關(guān)鍵點(diǎn)、線或面)或是有限元模型(節(jié)點(diǎn)和單元)上。由于求解期望所有荷載應(yīng)依據(jù)有限元模型，因此無(wú)論怎樣指定荷載，在開(kāi)始求解時(shí)，軟件都自動(dòng)將這些荷載轉(zhuǎn)換到節(jié)點(diǎn)或單元上。當(dāng)荷載施加在實(shí)體模型上時(shí)，它具有以下優(yōu)缺點(diǎn)：(1)優(yōu)點(diǎn)：實(shí)體模型荷載獨(dú)立于有限元網(wǎng)格。即：用戶(hù)可以改變單元網(wǎng)格而不影響施加的荷載。這將允許用戶(hù)更改網(wǎng)格并進(jìn)行網(wǎng)格敏感性研究而不必每次重新施加荷載；與有限元模型相比，實(shí)體模型通常包括較少的實(shí)體。因此選擇實(shí)體模型的實(shí)體并在這些實(shí)體上施加荷載要容易得多，尤其在通過(guò)圖形拾取時(shí)。(2)缺點(diǎn)：ANSYS網(wǎng)格劃分命令生成的單元處于當(dāng)前激活的單元坐標(biāo)系中，網(wǎng)格劃分命令生成的節(jié)點(diǎn)使用整體直角坐標(biāo)系，因此實(shí)體模型和有限元模型可能具有不同的坐標(biāo)系和加載方向；在簡(jiǎn)化分析中，實(shí)體模型不很方便。其中，荷載施加于主自由度。(用戶(hù)只能在節(jié)點(diǎn)而不能在關(guān)鍵點(diǎn)定義主自由度)；施加關(guān)鍵點(diǎn)約束很棘手，尤其是當(dāng)約束擴(kuò)展選項(xiàng)被使用時(shí)。(擴(kuò)展選項(xiàng)允許用戶(hù)將一約束特性擴(kuò)展到通過(guò)一條直線連接的兩關(guān)鍵點(diǎn)之間的所有節(jié)點(diǎn)上)；不能顯示所有實(shí)體模型荷載。當(dāng)荷載施加在有限元模型上時(shí)，它具有以下優(yōu)缺點(diǎn)：(1)優(yōu)點(diǎn)：在簡(jiǎn)化分析中不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題，因?yàn)榭蓪⒑奢d直接施加在主節(jié)點(diǎn)；不必?fù)?dān)憂(yōu)約束擴(kuò)展，可簡(jiǎn)單地選擇所有所需節(jié)點(diǎn)，并指定適當(dāng)?shù)募s束。(2)缺點(diǎn)：任何有限元網(wǎng)格的修改都使荷載無(wú)效，需要?jiǎng)h除先前的荷載并在新網(wǎng)格上重新施加荷載；不便使用圖形拾取施加荷載。除非僅包含幾個(gè)節(jié)點(diǎn)或單元。

可能出現(xiàn)的問(wèn)題在可能產(chǎn)生不定解或非唯一解的分析中，當(dāng)求解方程的主元為負(fù)或零時(shí)會(huì)出現(xiàn)所謂的奇異解。下述條件有可能會(huì)導(dǎo)致求解過(guò)程出現(xiàn)奇異：(1)約束條件缺乏，有可能存在剛體位移；(2)材料特性為負(fù)，如在瞬態(tài)分析中的密度或溫度；(3)連接點(diǎn)無(wú)約束，單元排列可能會(huì)引起奇異性；(4)彎曲。當(dāng)應(yīng)力剛化效果為負(fù)(受壓)時(shí)，結(jié)構(gòu)受載后變?nèi)?。假設(shè)結(jié)構(gòu)變?nèi)醯絼偠葴p小到零或負(fù)值時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)奇異解；(5)零剛度矩陣(在行或列上)。如果剛度確實(shí)為零，線性或非線性分析都會(huì)忽略所加的荷載。4.2提升塔架的風(fēng)荷載計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)荷載在露天工作的起重機(jī)應(yīng)考慮風(fēng)荷載并認(rèn)為風(fēng)荷載是一種沿任意方向的水平力。起重機(jī)風(fēng)荷載分為工作狀態(tài)風(fēng)荷載和非工作狀態(tài)風(fēng)荷載兩類(lèi)。工作狀態(tài)風(fēng)荷載是起重機(jī)在正常工作情況下所能承受的最大計(jì)算風(fēng)力。非工作狀態(tài)風(fēng)荷載是起重機(jī)非工作時(shí)所受的最大計(jì)算風(fēng)力(如暴風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)力)。風(fēng)荷載的計(jì)算風(fēng)荷載按下式計(jì)算：(4-1)(4-1)式中，——作用在起重機(jī)上或物品上的風(fēng)荷載(N)；——風(fēng)力系數(shù)；——風(fēng)壓高度變化系數(shù)；——計(jì)算風(fēng)壓()；——起重機(jī)或物品垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積()[8]。在計(jì)算起重機(jī)風(fēng)荷載時(shí)，應(yīng)考慮風(fēng)對(duì)起重機(jī)是沿著最不利方向作用的。

計(jì)算風(fēng)壓q(4-2)(1)風(fēng)壓與空氣密度和風(fēng)速有關(guān)，可按下式計(jì)算：(4-2)式中，——計(jì)算風(fēng)壓()；——計(jì)算風(fēng)速()。(2)計(jì)算風(fēng)壓分三種：，，是起重機(jī)正常工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓，用于選擇電動(dòng)機(jī)功率的阻力計(jì)算及機(jī)構(gòu)零部件的發(fā)熱驗(yàn)算；是起重機(jī)工作狀態(tài)最大計(jì)算風(fēng)壓，用于計(jì)算機(jī)構(gòu)零部件和金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛性及穩(wěn)定性，驗(yàn)算驅(qū)動(dòng)裝置的過(guò)載能力及整機(jī)工作狀態(tài)下的抗傾覆穩(wěn)定性；是起重機(jī)非工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓，用于驗(yàn)算此時(shí)起重機(jī)機(jī)構(gòu)零部件及金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、整體抗傾覆穩(wěn)定性和起重機(jī)的防風(fēng)抗滑平安裝置和錨定裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算。不同類(lèi)型的起重機(jī)按具體情況選取不同的計(jì)算風(fēng)壓值。(3)室外工作的起重機(jī)的計(jì)算風(fēng)壓如下表所示：表4-1起重機(jī)計(jì)算風(fēng)壓()地區(qū)工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓非工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓內(nèi)陸0.6150500-600沿海250600-1000臺(tái)灣省及南海諸島2501500風(fēng)壓高度變化系數(shù)Kh起重機(jī)的工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓不考慮高度變化(=1)。所有起重機(jī)的非工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓均需考慮高度變化。風(fēng)壓高度變化系數(shù)如下表所示。表4-2風(fēng)壓高度變化系數(shù)離地(海)面高度()20304050607080陸上1.001.231.391.511.621.711.791.86海上及海島1.001.151.251.321.381.431.471.52注：計(jì)算起重機(jī)風(fēng)荷載時(shí)，可沿高度劃分成20m高的等風(fēng)壓區(qū)段，以各段中點(diǎn)高度的系數(shù)乘以計(jì)算風(fēng)壓。風(fēng)力系數(shù)C風(fēng)力系數(shù)與結(jié)構(gòu)物的體型、尺寸等有關(guān)，按以下各種情況決定：(1)一般起重機(jī)單片結(jié)構(gòu)和單根構(gòu)件的風(fēng)力系數(shù)如下表所示：圖4-3單片結(jié)構(gòu)的風(fēng)力系數(shù)序號(hào)結(jié)構(gòu)型式1型鋼制成的平面桁架(充實(shí)率=0.3-0.6)1.62型鋼、鋼板、型鋼梁、鋼板梁和箱梁截面構(gòu)件510203040501.31.41.61.71.81.93圓管及管結(jié)構(gòu)＜13710131.31.21.00.90.74封閉的司機(jī)室、機(jī)器房、平衡重、鋼絲繩及物品等注：表中為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的長(zhǎng)度，為其迎風(fēng)面的高度()；為計(jì)算風(fēng)壓()；為管子外徑()。(2)兩片平行平面桁架組成的空間結(jié)構(gòu)，其整體結(jié)構(gòu)的風(fēng)力系數(shù)可取單片結(jié)構(gòu)的風(fēng)力系數(shù)，而總的迎風(fēng)面積應(yīng)按中公式計(jì)算。(3)風(fēng)朝著矩形截面空間桁架或箱形結(jié)構(gòu)的對(duì)角線方向吹來(lái)，當(dāng)矩形截面的邊長(zhǎng)比小于2時(shí)，計(jì)算的風(fēng)荷載取為風(fēng)向著矩形長(zhǎng)邊作用時(shí)所受風(fēng)力的1.2倍；當(dāng)矩形截面的邊長(zhǎng)比等于或大于2時(shí)，取為風(fēng)向著矩形長(zhǎng)邊作用的風(fēng)力。(4)三角形截面的空間桁架的風(fēng)荷載，可取為該空間桁架垂直于風(fēng)向的投影面積所受風(fēng)力的1.25倍計(jì)算。迎風(fēng)面積A起重機(jī)結(jié)構(gòu)和物品的迎風(fēng)面積應(yīng)按最不利迎風(fēng)方位計(jì)算并取垂直于風(fēng)向平面上的投影面積。(1)單片結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積為：(4-3)(4-3)式中，——結(jié)構(gòu)或物品的外輪廓面積，如以下圖，()；——結(jié)構(gòu)的充實(shí)率，即，如表所示。圖4-1結(jié)構(gòu)或物品的面積輪廓尺寸示意圖表4-4結(jié)構(gòu)的充實(shí)率受風(fēng)結(jié)構(gòu)類(lèi)型和物品充實(shí)率實(shí)體結(jié)構(gòu)和物品1.0機(jī)構(gòu)型鋼制成的桁架鋼管桁架結(jié)構(gòu)(2)對(duì)兩片并列等高的型式相同的結(jié)構(gòu)，考慮前片對(duì)后一片的擋風(fēng)作用，其總迎風(fēng)面積為：(4-4)(4-4)式中，——前片結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積；——后片結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積；——兩片相鄰桁架前片對(duì)后片的擋風(fēng)折減系數(shù)，它與第一片(前片)結(jié)構(gòu)的充實(shí)率及兩片桁架之間的間隔比有關(guān)，相關(guān)圖表如下：圖4-2并列結(jié)構(gòu)的間隔比表4-5桁架結(jié)構(gòu)擋風(fēng)折減系數(shù)0.10.20.30.40.50.6間隔比10.840.700.570.400.250.1520.870.750.620.490.330.2030.900.780.640.530.400.2840.920.810.650.560.440.3450.940.830.670.580.500.4160.960.850.680.600.540.46(3)物品的迎風(fēng)面積：吊運(yùn)的物品的迎風(fēng)面積應(yīng)按其實(shí)際輪廓尺寸在垂直于風(fēng)向平面上的投影來(lái)決定。物品的輪廓尺寸不明確時(shí)，允許采用近似方法加以估算[9]。4.3起重塔架的風(fēng)荷載計(jì)算過(guò)程根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，起重塔架(總高度為40m)在計(jì)算風(fēng)荷載時(shí)，可沿高度劃分成20m高的等風(fēng)壓區(qū)段，即1-20m和20-40m兩段分別進(jìn)行計(jì)算。由于要研究提升塔架在提升主塔過(guò)程中強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等問(wèn)題的校核，故計(jì)算風(fēng)壓取為工作狀態(tài)下內(nèi)陸的取值，即。并且風(fēng)壓高度變化系數(shù)取中點(diǎn)高度的值進(jìn)行計(jì)算。1-20m的風(fēng)荷載計(jì)算(1)角鋼的風(fēng)荷載計(jì)算：根據(jù)上面的分析；取塔架10m處的值，即；，即型鋼制成的平面桁架的風(fēng)力系數(shù)；整個(gè)塔架在最不利風(fēng)向上有重疊的局部，考慮前片對(duì)后一片的擋風(fēng)作用，并且前片與后片并非并列平行，而是之間有60°的夾角，鑒于這種情況，其面積的計(jì)算取單片和并列的中間值，具體計(jì)算如下：?jiǎn)纹Y(jié)構(gòu)：兩片并列結(jié)構(gòu)：因此保守起見(jiàn)，取迎風(fēng)面積為。故：將力分配到桁架的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的力為200。(2)鋼管的風(fēng)荷載計(jì)算：與角鋼的計(jì)算相同，；取塔架10m處的值，即；風(fēng)力系數(shù)?。?。故：將力分配到各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的力為165.38。20-40m的風(fēng)荷載計(jì)算(1)角鋼的風(fēng)荷載計(jì)算：根據(jù)上面的分析；取塔架30m處的值，即；，即型鋼制成的平面桁架的風(fēng)力系數(shù)；整個(gè)塔架在最不利風(fēng)向上有重疊的局部，考慮前片對(duì)后一片的擋風(fēng)作用，并且前片與后片并非并列平行，而是之間有60°的夾角，鑒于這種情況，其面積的計(jì)算取單片和并列的中間值，具體計(jì)算如下：?jiǎn)纹Y(jié)構(gòu)：兩片并列結(jié)構(gòu)：因此保守起見(jiàn)，取迎風(fēng)面積為。故：得到桁架每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的力為278N。(2)鋼管的風(fēng)荷載計(jì)算：與角鋼的計(jì)算相同，；取塔架30m處的值，即；風(fēng)力系數(shù)?。?。故：將力分配到各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的力為229.87N。4.4單斜塔的風(fēng)荷載計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值及根本風(fēng)壓垂直于建筑物外表上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下述公式計(jì)算。(1)當(dāng)計(jì)算主要承重結(jié)構(gòu)時(shí)：(4-5)(4-5)式中，——風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)；——高度處的風(fēng)振系數(shù)；——風(fēng)荷載體型系數(shù)；——風(fēng)壓高度變化系數(shù)；——根本風(fēng)壓(kN/m2)。(2)當(dāng)計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)：(4-6)(4-6)式中，——高度處的陣風(fēng)系數(shù)。根本風(fēng)壓應(yīng)按建筑結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)按照50年一遇的風(fēng)壓采用，但是不得小于0.3kN/m2。風(fēng)壓高度變化系數(shù)對(duì)于平坦或稍有起伏的地形，風(fēng)壓高度變化系數(shù)應(yīng)根據(jù)地面粗糙度類(lèi)別按下表確定。地面粗糙度可分為A、B、C、D四類(lèi)：A類(lèi)指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；B類(lèi)指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比擬稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)；C類(lèi)指有密集建筑群的城市市區(qū)；D類(lèi)指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。表4-6風(fēng)壓高度變化系數(shù)離地面或海平面高度(m)地面粗糙度類(lèi)別ABCD5101520304050601.171.381.521.631.801.922.032.121.001.001.141.251.421.561.671.770.740.740.740.841.001.131.251.350.620.620.620.620.620.730.840.93風(fēng)荷載體型系數(shù)對(duì)于單斜塔的風(fēng)荷載體型系數(shù)，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)按照封閉式落地雙坡屋面的類(lèi)別來(lái)取值，具體如下：0°030°+0.2中間按差值計(jì)算≥60°中間按差值計(jì)算+0.8-0.5-0.5圖圖4-3風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)振系數(shù)對(duì)于根本自振周期大于0.25s的工程結(jié)構(gòu)，如房屋、房屋及各種高聳結(jié)構(gòu)，以及對(duì)于高度大于30m且高度比大于1.5的高柔房屋，均應(yīng)考慮風(fēng)壓脈動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)發(fā)生順風(fēng)向風(fēng)振的影響。風(fēng)振計(jì)算應(yīng)按隨即振動(dòng)理論進(jìn)行，結(jié)構(gòu)的自振周期應(yīng)按結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算。對(duì)于一般懸臂型結(jié)構(gòu)，例如構(gòu)架、塔架、煙囪等高聳結(jié)構(gòu)，以及高度大于30m，高寬比大于1.5且可忽略扭轉(zhuǎn)影響的高層建筑，均可僅考慮第一振型的影響，結(jié)構(gòu)在z高度處的風(fēng)振系數(shù)可按下式計(jì)算：(4-7)(4-7)式中，——脈動(dòng)增大系數(shù)；——脈動(dòng)影響系數(shù)；——振型系數(shù)；——風(fēng)壓高度變化系數(shù)。4.5單斜塔風(fēng)荷載的計(jì)算過(guò)程根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)全國(guó)各城市的50年一遇風(fēng)壓，可查得天津市50年一遇的風(fēng)壓為0.50kN/m2；風(fēng)振系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值為；風(fēng)壓高度變化系數(shù)選擇D類(lèi)，即有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)，單斜塔在提升過(guò)程中，分別取五個(gè)不同的提升角度進(jìn)行風(fēng)荷載的計(jì)算，即9°、20°、30°、40°、46°。9°為提升前的主塔初始位置，46°為提升到位時(shí)的最終位置，其風(fēng)壓高度變化系數(shù)如下表：表4-7不同角度風(fēng)壓高度變化系數(shù)提升角度(°)主塔離地面的高度(m)風(fēng)壓高度變化系數(shù)9°7.120.6220°15.560.6230°22.750.6240°29.250.6246°32.730.65風(fēng)荷載體型系數(shù)，在不同的角度也有不同的取值，如下表所示：表4-8不同角的風(fēng)荷載體形系數(shù)提升角度(°)風(fēng)荷載體型系數(shù)9°0.06020°0.13330°0.20040°0.26746°0.307(1)主塔在9°時(shí)的風(fēng)荷載計(jì)算：將此風(fēng)荷載分解為垂直于主塔和平行于主塔的兩個(gè)分力，得：垂直分力：2.91平行分力：18.37由于平行于主塔的風(fēng)荷載對(duì)主塔提升的影響很小，故可忽略不計(jì)。(2)主塔在20°時(shí)的風(fēng)荷載計(jì)算：將此風(fēng)荷載分解為垂直于主塔和平行于主塔的兩個(gè)分力，得：垂直分力：14.10平行分力：38.74由于平行于主塔的風(fēng)荷載對(duì)主塔提升的影響很小，故可忽略不計(jì)。(3)主塔在30°時(shí)的風(fēng)荷載計(jì)算：將此風(fēng)荷載分解為垂直于主塔和平行于主塔的兩個(gè)分力，得：垂直分力：31.00平行分力：53.69由于平行于主塔的風(fēng)荷載對(duì)主塔提升的影響很小，故可忽略不計(jì)。(4)主塔在40°時(shí)的風(fēng)荷載計(jì)算：將此風(fēng)荷載分解為垂直于主塔和平行于主塔的兩個(gè)分力，得：垂直分力：53.20平行分力：63.41由于平行于主塔的風(fēng)荷載對(duì)主塔提升的影響很小，故可忽略不計(jì)。(5)主塔在46°時(shí)的風(fēng)荷載計(jì)算：將此風(fēng)荷載分解為垂直于主塔和平行于主塔的兩個(gè)分力，得：垂直分力：71.78平行分力：69.31由于平行于主塔的風(fēng)荷載對(duì)主塔提升的影響很小，故可忽略不計(jì)。上述的計(jì)算值均為主塔所受力的標(biāo)準(zhǔn)值，其設(shè)計(jì)值均應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)乘以荷載分項(xiàng)系數(shù)，即活荷載的荷載分項(xiàng)系數(shù)1.4，具體值如下表所示：表4-9不同角度風(fēng)荷載()提升角度垂直分力的標(biāo)準(zhǔn)值垂直分力的設(shè)計(jì)值9°2.914.0720°14.1019.7430°31.0043.4040°53.2074.4846°71.78100.494.6附錄在上述的計(jì)算過(guò)程中，提升塔架的風(fēng)荷載計(jì)算依據(jù)?GB3811-83起重機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?，主塔的風(fēng)荷載計(jì)算依據(jù)?建筑結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)GB50009_2001?。4.7總結(jié)本章對(duì)加載和求解的一些根本的概念做了相應(yīng)的了解，重點(diǎn)在于掌握起重機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和建筑結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)，以到達(dá)明確如何計(jì)算提升塔架和單斜塔主塔風(fēng)荷載的目的。

第5章結(jié)果數(shù)據(jù)的分析5.1后處理器簡(jiǎn)介后處理器是指檢查并分析求解的結(jié)果的相關(guān)操作。這可能是分析中最重要的一環(huán)節(jié)之一，因?yàn)槿魏畏治龅淖罱K目的都是為了研究作用在模型上的載荷是如何影響設(shè)計(jì)的。檢查分析結(jié)果可使用兩個(gè)后處理器：POST1(通用后處理器)和POST26(時(shí)間歷程后處理器)。POST1允許檢查整個(gè)模型在某一載荷步和子步(或?qū)δ骋惶囟〞r(shí)間點(diǎn)或頻率)的結(jié)果。POST26可以檢查模型的指定節(jié)點(diǎn)的某一結(jié)果項(xiàng)相對(duì)于時(shí)間、頻率或其他結(jié)果項(xiàng)的變化。需要注意的是ANSYS的后處理器僅是用于檢查分析結(jié)果的工具。要判斷一個(gè)分析的結(jié)果是否正確，或是對(duì)結(jié)果進(jìn)行解釋?zhuān)匀恍枰こ膛袛嗄芰?。在求解時(shí)，ANSYS將結(jié)果寫(xiě)入結(jié)果文件，進(jìn)行后處理時(shí)，結(jié)果文件必須存在且可用。結(jié)果文件名的后綴取決于分析類(lèi)型，對(duì)于結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果，文件的后綴為RST。在求解時(shí)，ANSYS將計(jì)算兩種類(lèi)型的結(jié)果數(shù)據(jù)：根本數(shù)據(jù)包含計(jì)算得到的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的自由度解：比方結(jié)構(gòu)分析的節(jié)點(diǎn)位移、熱力分析的溫度等。這些被稱(chēng)為nodalsolution(節(jié)點(diǎn)解)數(shù)據(jù)。派生數(shù)據(jù)是由根本數(shù)據(jù)推導(dǎo)得到的數(shù)據(jù)，如結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)力和應(yīng)變；通常計(jì)算得到的派生數(shù)據(jù)是單元的以下位置的數(shù)據(jù)：每個(gè)單元的所有節(jié)點(diǎn)；每個(gè)單元的所有積分點(diǎn)或是每個(gè)單元的質(zhì)心。派生數(shù)據(jù)稱(chēng)為elementsolution(單元解)數(shù)據(jù)。5.2結(jié)果的圖形和列表顯示提升角度為9°以下圖為主塔在地面拼裝完成后的單元整體效果圖。主塔傾斜段與地面之間的夾角呈9°。約束情況如下圖，塔架與地面固結(jié)，約束其所有的自由度；主塔可以繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)，約束其所有的線位移和繞y軸和z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；平衡索與地面鉸結(jié)，約束其所有的線位移。施加在整個(gè)系統(tǒng)上的力有：系統(tǒng)的自重、塔架的風(fēng)荷載、主塔的風(fēng)荷載以及吊梁上由千斤頂產(chǎn)生的集中力。圖5-19圖5-19°整體效果圖以下圖為提升系統(tǒng)在提升角度為9°時(shí)的變形圖，從此圖可以看出最大位移為DMX=0.16784m，出現(xiàn)在主塔水平段距離頂部1/5的地方；沿y軸的最大位移為Uy=0.14378m，出現(xiàn)在吊梁中點(diǎn)附近。圖5-圖5-29°整體變形圖圖5-圖5-39°整體應(yīng)力圖上圖為提升系統(tǒng)的應(yīng)力云圖。從圖中可以看出，最小應(yīng)力為SMN=13904MPa，最大應(yīng)力為SMX=355MPa。最大應(yīng)力出現(xiàn)在提升索與主塔連接的地方，由于計(jì)算的簡(jiǎn)化，存在應(yīng)力集中。圖5-圖5-49°吊梁變形圖上圖為吊梁變形圖，從圖中可以看出吊梁發(fā)生了較大的變形，其位移為Uy=0.14375m，Uz=-0.16418E-01m，總位移為0.14469m，但并未超出允許值。圖5-圖5-59°軸向應(yīng)力圖上圖可以看出，提升索的軸向應(yīng)力最大，為MAX=430MPa，平衡索次之，塔架整體處于受壓狀態(tài)。圖5-圖5-69°梁y軸剪力圖從上圖可以看出，吊梁的剪力值最大為MAX=2140kN。圖5-圖5-79°梁y軸彎矩圖從梁y軸彎矩圖可以看出，吊梁中點(diǎn)的彎矩最大，為MAX=-8130kN·m。圖5-圖5-89°梁z軸彎矩圖從上圖可以看出，吊梁中點(diǎn)處的彎矩值仍為最大，MAX=1400kN·m。梁y軸和z軸中點(diǎn)的彎矩均為最大，是提升索懸掛在吊梁中點(diǎn)的必然結(jié)果。另外此處還有一個(gè)重達(dá)300T的千斤頂產(chǎn)生的集中力。以上顯示的是提升角度為9°，即主塔剛脫離地面時(shí)的計(jì)算結(jié)果圖，主要有整體變形圖、應(yīng)力云圖、吊梁變形圖、軸向應(yīng)力圖、剪力圖和彎矩圖。從圖形中可以看出最大應(yīng)力為SMX=355MPa，發(fā)生在提升索和主塔連接的地方。由于建模的簡(jiǎn)化，將其連接處簡(jiǎn)化成了一個(gè)點(diǎn)，而實(shí)際的工程中應(yīng)該是一個(gè)面，因而存在應(yīng)力集中，其值超出了Q235鋼的屈服強(qiáng)度，無(wú)需考慮。但是其附近的應(yīng)力值仍較大，因此在實(shí)際的施工中應(yīng)該對(duì)局部應(yīng)力集中處采取有效的加固措施。從整體的變形圖可以看出，主塔水平段距離頂部1/5處的位移最大，最大位移為DMX=0.16784m。吊梁中點(diǎn)發(fā)生的總位移為0.14469m。下面列表顯示提升角度為9°時(shí)各個(gè)支座的反力值，包括塔架的反力值、主塔的反力值以及平衡索的反力值。表5-19°塔架支座反力NODEFx(N)Fy(N)Fz(N)Mx(N·m)My(N·m)Mz(N·m)186-37998-62091.43E+0600050616294-481202.64E+06000826-16551-28785-3.74E+05000114638542-54721.44E+06000146616195-28799-3.80E+050001786-14996-470622.58E+06000TOTAL1486-1644487.34E+06000表5-29°橋塔支座反力NODEFx(N)Fy(N)Fz(N)Mx(N·m)My(N·m)Mz(N·m)5465211971.86E+053.20E+0536.093.875484-240152.23E+053.33E+05-31.2915.065492371671.06E+051.76E+05-14.2413.02549315287629231.17E+0510.96-7.0354941038148708991923.41-2.325495467640806902850.61-0.495496-1793721587772-0.11-0.385497-50013678290237-0.840.375498-105324023999015-3.601.90549917E+05-10.915.735500-35633823181.74E+0512.83-12.46TOTAL-19379.13E+051.70E+062.9117.27表5-39°平衡索反力NODEFx(N)Fy(N)Fz(N)25292-26751-3.89E+05-2.69E+052529327201-3.95E+05-2.73E+05上面的反力列表顯示，整個(gè)系統(tǒng)在x軸向有很小的合力值，這是由于提升索在懸掛時(shí)并未懸掛在吊梁的中點(diǎn)，而是有很小的誤差引起的。圖5-920°單元與荷載整體效果圖提升角度為20圖5-920°單元與荷載整體效果圖上圖為單元與荷載整體效果圖，其中荷載包括塔架和主塔的風(fēng)荷載以及整個(gè)提升系統(tǒng)的自重。此時(shí)主塔與地面的夾角為20°。主塔的風(fēng)荷載隨著提升角度的變化而逐漸增大，此時(shí)其值為19.74。圖中顯示了提升塔架的風(fēng)荷載，可以很明顯的看出整個(gè)提升塔架分為兩個(gè)等分壓段，每段長(zhǎng)20m。以下圖為提升角度為20°時(shí)，整個(gè)提升系統(tǒng)的變形圖，從圖中可以看出最大位移為DMX=0.14756m，出現(xiàn)在主塔水平段距離頂部1/5的地方；沿y軸的最大位移為Uy=0.14611m，出現(xiàn)在吊梁中點(diǎn)附近。圖5-圖5-1020°整體變形圖圖5-圖5-1120°整體應(yīng)力圖上圖為提升角度為20°時(shí)提升系統(tǒng)的應(yīng)力云圖，從圖中可以看出最大應(yīng)力為SMX=398MPa，同樣發(fā)生在提升索與主塔連接的地方，如下面局部應(yīng)力圖所示：圖5-圖5-1220°局部應(yīng)力圖圖圖5-1320°吊梁變形圖上圖為吊梁變形圖，從圖中可以看出吊梁發(fā)生了較大的彎曲變形，其中點(diǎn)沿y軸的位移為Uy=0.14607m，較9°時(shí)的大。因此在施工中應(yīng)相應(yīng)的增大其抗彎剛度。圖5-圖5-1420°軸向應(yīng)力圖上圖可以看出，提升索的軸向應(yīng)力最大為MAX=397MPa，索力值較9°時(shí)的小。圖5-圖5-1520°梁z軸剪力圖上圖為吊梁、分配梁和聯(lián)系梁的z軸的剪力圖，吊梁的剪力值最大，為2930kN。圖5-圖5-1620°梁y軸彎矩圖圖5-圖5-1720°梁z軸彎矩圖上面兩圖可以看出，吊梁中點(diǎn)的彎矩最大，y軸彎矩為MAX=7870kN·m，z軸彎矩為MAX=1420kN·m。y軸彎矩值較9°的大，z軸的彎矩值較9°的小，這是提升索力隨提升角度變化而引起的。下面列表顯示提升角度為20°時(shí)各個(gè)支座的反力值，包括塔架的反力值、主塔的反力值以及平衡索的反力值。表5-420°塔架支座反力NODEFx(N)Fy(N)Fz(N)Mx(N·m)My(N·m)Mz(N·m)186-36769-62731.39E+0600050616641-485212.63E+06000826-16656-29485-4.23E+05000114637612-55361.40E