塔式起重機(jī)附著桿優(yōu)化方案分析

趙 欣，王福國，羅 冰，李艷霞，劉光偉

(1.北京永茂建工機(jī)械制造有限公司，北京 101300；2.中國建筑科學(xué)研究院 建筑機(jī)械化研究分院，河北 廊坊 065000)

目前，塔式起重機(jī)附著桿布置形式通常采用三桿體系和四桿體系。由于附著桿的內(nèi)力計(jì)算十分繁瑣，尤其四桿體系為超靜定結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)理論公式更加困難。因此如果能通過對影響附著桿內(nèi)力的各項(xiàng)因素進(jìn)行定性分析，找出附著桿內(nèi)力的變化趨勢，即不用通過計(jì)算，也能對附著桿的內(nèi)力有大致的了解，對合理布置塔機(jī)的位置和選擇合適的附著桿布置形式有重要意義，避免造成后期施工的不便。

本文以ST8075塔機(jī)為例進(jìn)行受力分析，附著支反力P=65t；附著框?qū)挾葹閍；附著框距離墻體距離為h；兩側(cè)附著桿與墻體夾角為α；保證附著框距離墻體距離不變的前提下，通過調(diào)整附著桿的長度來實(shí)現(xiàn)附著角α的變化。

1 三桿體系附著桿的計(jì)算模型

三桿體系附著桿計(jì)算模型如圖1所示，于是可得各附著桿軸力分別為

式中：l1、l2和l3分別為附著桿1、附著桿2和附著桿3的長度。由圖1可知

于是可得附著桿隨角度α變化的受力曲線，如圖2所示。

從公式(1)、(2)、(3)可知，附著桿的長度對附著桿的軸力影響相對較小，角度對附著桿內(nèi)力影響很大。由圖2可知，附著桿軸力隨著角度的增加急速減小。當(dāng)α≥30°時(shí)，各附著桿內(nèi)力變化趨向平穩(wěn)；附著桿1隨著角度的增加，其軸力逐漸減?。桓街鴹U2隨著角度的增加，軸力逐漸減小，當(dāng)α≥50°時(shí)，軸力開始逐漸增大；當(dāng)α=45°時(shí)，附著桿3軸力近似為0，而后隨著角度的增加而變大；因此為了減小附著桿內(nèi)力，建議附著角宜控制在40～55°之間。

2 四桿體系附著桿的計(jì)算模型

2.1 附著框兩側(cè)布置附著桿

四桿體系附著桿兩側(cè)布置計(jì)算模型如圖3所示，因其結(jié)構(gòu)形式為超靜定結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)理論公式比較繁瑣。本文借助通用有限元軟件Ansys計(jì)算分析四桿體系下各附著桿內(nèi)力的變化趨勢，如圖4所示。因其附著桿布置為對稱布置，因此只需分析一側(cè)附著桿即可。

由圖4可以看出，附著桿的長度對內(nèi)力的影響很小，附著桿內(nèi)力的大小受附著角a的影響很大。當(dāng)附著角α≥65°時(shí)，附著桿內(nèi)力隨著角度的增大急劇增大；當(dāng)附著角α≤20°時(shí)，附著桿內(nèi)力隨著角度的減小逐漸增大；當(dāng)附著角α≈20°時(shí)，附著桿1和附著桿2內(nèi)力基本相等；當(dāng)附著角20°≤α≤35°時(shí)，附著桿1內(nèi)力逐漸減小，附著桿2內(nèi)力略有增加，但因?yàn)楦街鴹U長度過長，增加了長細(xì)比的影響，故其承載能力會(huì)降低很多，因此建議附著角α宜控制在35～50°之間。

2.2 附著框單側(cè)布置附著桿

四桿體系附著桿單側(cè)布置計(jì)算模型如圖5所示，各附著桿內(nèi)力的變化趨勢，如圖6所示。因其附著桿布置為對稱布置，因此只需分析一側(cè)附著桿即可。

由圖6可以看出，附著桿的長度對內(nèi)力的影響很小，附著桿內(nèi)力的大小受附著角α的影響很大。當(dāng)附著角α≥60°時(shí)，附著桿內(nèi)力隨著角度的增大急劇增大；當(dāng)附著角α≤20°時(shí)，附著桿內(nèi)力隨著角度的減小逐漸增大，附著桿1和附著桿2內(nèi)力趨向相等；當(dāng)附著角20°≤α≤55°時(shí)，附著桿2內(nèi)力急劇減小，附著桿1內(nèi)力緩慢增加，因此建議附著角α宜控制在35～60°之間。

2.3 附著框?qū)遣贾酶街鴹U

四桿體系附著桿對角布置計(jì)算模型如圖7所示，各附著桿內(nèi)力的變化趨勢如圖8所示。因其附著桿布置為對稱布置，因此只需分析一側(cè)附著桿即可。

由圖8可以看出，附著桿的長度對內(nèi)力的影響很小，附著桿內(nèi)力的大小受附著角α的影響很大。當(dāng)附著角α≥65°時(shí)，附著桿內(nèi)力隨著角度的增大逐漸增大；當(dāng)附著角α≤20°時(shí)，附著桿內(nèi)力隨著角度的減小急劇增大；當(dāng)附著角30°≤α≤60°時(shí)，附著桿內(nèi)力變化平穩(wěn)，因此建議附著角α宜控制在35～60°之間。

3 結(jié) 論

綜上所述，設(shè)計(jì)附著桿時(shí)應(yīng)考慮以下因素。

1）三桿體系結(jié)構(gòu)型式簡單便于安裝，且易得到通用的附著桿內(nèi)力公式；四桿體系為超靜定結(jié)構(gòu)，安裝難度大，需借助有限元軟件對附著桿內(nèi)力進(jìn)行受力分析。

2）相同外載荷條件下四桿體系附著桿內(nèi)力比三桿體系附著桿受力??；四桿體系附著桿單側(cè)布置比兩側(cè)布置內(nèi)力變化平穩(wěn)。

3）塔身和建筑物之間的距離和附著桿的長度，對附著桿內(nèi)力影響不大。

4）三桿體系附著角α的合理角度在40～55°之間，四桿體系附著角α的合理角度為35～50°之間，附著角α過小，附著桿過長，增加了長細(xì)比的影響，故其承載能力會(huì)降低很多。因此，當(dāng)附著角控制在40～55°之間時(shí)，建議采用三桿體系布置，其它情況建議采用四桿體系布置。

[1]GB/T 13752-1992，塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]宋曼華，柴 昶，武人岱.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].北京：機(jī)械工程出版社，2003.