
原JQ300t架桥机用于嘉绍大桥钢箱梁的架设,为幅度固定的架桥机,其幅度为11.85m,由金属框架、锚固机构、吊具、起升机构、纵移机构等部分组成。为节约成本,对设备再次利用,根据湾跨海大桥钢混梁的架设特点,改造为变幅架桥机,幅度分别为7.4m、6.6m和5.45m,采用伸缩套筒对架桥机进行变幅,为改造后的JQ300t架桥机整体立面图。
JQ300t架桥机为步履式变幅桥面架桥机,具有提升3种幅度下的钢混梁、步履行走和尾端锚固等功能。金属框架下方有顶升油缸和纵移油缸,两个油缸交替运行,实现纵移行走;起吊钢混梁时,顶升油缸收缩,尾部锚固;变幅机构为伸缩套筒结构,由内拉杆和外拉杆以及销轴组成,通过伸缩套筒,插入销轴固定来调节幅度;每个吊装幅度下,两个销轴同时受力。分析变幅伸缩套筒机构时,首先建立架桥机的整体有限元模型,对3种变幅工况进行有限元分析,通过后处理,提取简化的伸缩套筒轴力,然后再建立细化的伸缩套筒装配体模型,添加3种幅度下的最大轴力,对其进行强度和刚度分析。
在使用有限元分析问题时,如果直接对真实结构进行建模分析,分析时复杂程度高,分析工作量大,在对JQ300t架桥机进行分析时,进行适当简化。采用有 限元计算软件Femap With Nastran建立JQ300t架桥机整体计算模型,整体金属框架使用螺栓进行联接,建模时直接用BEAM单元代替金属框架箱梁,节点之间直接连接,忽略了螺栓孔和主梁翼缘等细小结构。4台起升卷扬机采用MASS单元以质点的形式模拟;卷扬机与底座连接采用RBE2单元模拟;前斜撑与前支座采用铰接(释放销轴方向自由度);前上拉杆与前斜撑和立柱采用铰接(释放销轴方向自由度);后拉杆与锚固座之间采用铰接(释放销轴方向自由度)。
模型中所加荷载为有风工作状态下吊装载荷,有3种吊装工况:1)5.45m幅度下吊装梁块;2):6.6m幅度下吊装梁块;3)7m幅度下吊装最重梁块。梁块重量为300t,动载荷系数为1.1,工作风速六级,风压为250N/m2。风载荷以重力加速度形式添加在沿架桥方向。
对分别建立的3种幅度的有限元模型,进行分析。通过软件的后处理功能,分别提取3种工况下的伸缩套筒变幅机构的轴力。5.5m、6.6m、7m幅度下吊装时变幅机构轴力分别为92t、110t和123t。在进行变幅机构细化模型分析时,使用最不利工况,即7m幅度下吊装时的123t变幅力作为添加载荷。
变幅机构为箱梁套筒结构,内外箱梁套筒材料为Q345B,工作风压下的安全系数为1.34,σs/1.34=257MPa。销轴材料为40Cr,σs/1.34=366MPa。箱梁套筒的三维装配模型在Femap With Nastran中建立。划分网格时内拉杆、外拉杆和销轴均为六面体单元,每个销轴与内外拉杆之间共有4个接触面;销轴与内外拉杆之间的接触面为接触单元,销轴属性为Master,内外拉杆的属性为Slave,截面之间的摩擦因数为0.3,为模拟套筒变幅机构,在变幅力方向上均匀受力,外拉杆尾部平面为固定,另一侧内拉杆面中心点建立一个中心节点,中心节点与周围节点建立RBE2单元(为刚性面),提取的最大拉力123t添加在面中心的节点上。
从最大变幅力下的套筒变幅机构整理应力分布图看,最大综合应力为147.6MPa,小于许用应力257MPa内拉杆的应力从接近套筒口到远离套筒口应力越来越小;外拉杆从接近套筒口到远离套筒口应力越来越大;销轴的最大综合应力 47.2MPa,小于许用应力366MPa;从靠近拉杆腹板外边缘到内边缘,应力开始增大,然后逐渐减小,中间一段处于均布状态。
杭州那泰科技有限元分析公司利用大型有限元分析软件Femap With Nastran对JQ300t架桥机3种工况下的变幅机构装配体进行有限元静力学分析,得出该结构强度和刚度均满足设计规范要求,并有较大安全裕度,在施工中能够安全使用;这种从整体到局部的分析方法,对类似的分析计算具有一定的参考价值。
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