造桥机高腹板箱形截面主梁结构优化设计计算

维普资讯 http://www.cqvip.com 造桥机高腹板箱形截面主梁结构优化设计计算　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｈｉｇｈ　Ｗｅｄ　Ｔｒｕｎｋ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　Ｇｉｒｄｅｒ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｏｐｔｉｍｕｍ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｏｖｅｒｈｅａｄ　Ｌａｕｎｃｈｉｎｇ　Ｇａｎｔｒｙ　一山东省泰安市公路局摘徐中富／ＸＵ　Ｚｈｏｎｇｆｕ　要：本文利用大型通用有限元软件ＡＮＳＹＳ优化设计模块，对造桥机的高腹板箱形截面主梁进行参数优化设计　在满足刚度与强度设计要求下，以主梁重量为优化目标，优化后的主梁用钢料比原设计少８．７５％。　关键词：造矫机高腹板箱形截面主梁优化设计　Ａ　造桥机，又称滑移支架系统（Ｍｏｖａｂｌｅ　Ｓｃａｆｆｏｌｄｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）是现代桥梁施工技术中的先进设备。利用造　桥机墩顶原位造梁，工艺先进，施工方法简单可靠，适　用范围广，节省圬工数量多，因而能够比较大地节省　工程投资。由于它可实现整跨桥梁整体浇筑，从而使　桥梁施工质量和桥梁整体强度和刚度大为提高ｌｌ　Ｉ，见　ｆ　图１。造桥机共有两根主梁，主梁结构形式一般为高腹　板箱梁结构．在桥梁浇注过程中，主梁设计以刚度控制，　且主梁材料重量占总设备的比重较大，因此希望以主　梁重量为优化目标，对主梁截面参数进行优化设计。　ｊｊ　’　Ｄ　图２主梁截面优化参数　即：　＝ＦＡ　Ｂ　ｃ　Ｃ２　Ｃ３　Ｄ　Ｄ２　Ｄ３　Ｅ　Ｅ２　Ｅ３１　为了减少计算量，主粱构件的长度不作为优化设　计变量。　（２）目标函数（ＯＢＪ）为主梁的总重量，等价于主　梁用钢量总体积。本优化取用钢量总体积为目标函数　图ｌ造桥机　ＶＯＬＵＭＥ。　（３）约束函数为：　ｌ　用ＡＮＳＹＳ软件对滑移支架系统的主梁优化　设计　以　梁的重量为优化目标，在满足强度和刚度要　求的前提下．优化主梁的横截面几何形状。　优化数学模型具体的表述为：　３４５　ＳＥＱＶ　Ｙｍ　≤『ｏ－１：　＝２３０（ＭＰａ）　≤［Ｕｇｌ：０．０７（ｍ）　其中：ＳＥＱＶ一主梁最大总应力　ＵＹ　一主梁最大竖向净变形　（１）设计变量（ＤＶ）包括主梁矩形截面两侧板中　心宽度Ａ及主梁矩形截面高Ｂ，整个主梁由主梁构件　（一）、主梁构件（二）和主梁构件（三）通过高强螺栓　主梁钢板材料为ｌ６Ｍｎ，ｆ　１为其许用应力值　［ＵＩｑ为许用竖向净变形，取值根据挠跨比１／７００确定　优化数学模型建立完后，在ＡＮＳＹＳ中参数化建立　连接而成，因此设计变量还包括盖板板厚Ｃ　、Ｃ　、Ｃ　，　有限元计算模型。采用以下简化处理方法建立主梁的　侧板扳厚Ｄ　、Ｄ，、Ｄ，和底板板厚Ｅ．、Ｅ　、Ｅ　，见图２。　优化模型：①由于侧板上的纵向筋对主梁的强度与刚　９４　Ｃｍ　２００８．０８　维普资讯 http://www.cqvip.com

度影响不大，建立优化计算模型时不考虑；②同前，圈　筋对主梁的强度和刚度影响不大，建立优化计算模型　时不考虑；③采用面积等效的方法，将盖板和底板上　的纵向筋的截面面积等效到盖板和底板上，如图３；④　作用在主梁横梁上的载荷等效为两个集中力分别作用　在主梁的两侧腹板的顶部。通过以上对主梁有限元计　算模型的处理后，主梁的优化计算模型建立如图４。　Ａ　＋　Ｊｒ　∞　∽　＋　≤　Ｎ　∽　山　＋　山　Ｓ　纵向筋１的横截面面积Ｓ　一纵向筋２的横截面面积　Ｓ　纵向筋３的横截面而积Ｓ　一主梁滑板的横截面而积　图３主梁优化截面等效模型　数学模型为：ｍｉｎＶＯＬＵＭＥ（Ｘ）　使满足于：　ｆ　ＳＥＱＶ＜『ｏ］＝２３０ＭＰａ　ｙｍ　＜『∽　］＝０．０７ｍ　其中　＝　Ｂ　Ｃ　ｃ２　Ｃ３　Ｄ　Ｄ２　Ｄ３　Ｅ　Ｅ３丁ｌ　初始值（单位：ｍ）为：　（　）　＝『１．２　２．４８　０．０２　０．０２　０．０１　０．０１　０．０１　０．０２　０．０２　０．０２１　Ａ∈『０．５，２．５］，Ｂ∈『１．５，３．５］，Ｃ　∈『０．００５，０．０４］，　Ｇ∈ｆ０．００５，０．０４１，Ｃ　∈『０．００５，０．０４１，Ｄ　∈ｆ０．００５，　０．０４］，　∈『０．００５，０．０４］，Ｄ　∈『０．００５，０．０４］，Ｅ　∈　『０．００５，０．０４］，Ｅ∈『０．００５，０．０４］，Ｅ　∈『０．００５，０．０４］　根据以上模型建立ＡＮＳＹＳ优化模块可用的分析文　件和优化数据文件，经过ＡＮＳＹＳ优化迭代后，迭代计　算得出最优可行解如下：　ＳＥＴ　１６　ｆ　ＦＥＡＳＩＢＬＥ　１：　ＳＥＱＶ（ＳＶ）＝　图４主梁有限元优化模型　０．１７０ｌｌＥ＋０９，ＵＹ（ＳＶ）＝一０．６９５９６Ｅ一０１，Ａ（ＤＶ）＝　１．２０９０，Ｂ（ＤＶ）＝２．４７９３，Ｃ１（ＤＶ）＝０．１９９７７Ｅ一０１，　Ｃ２（ＤＶ）＝０．１９９６７Ｅ一０１，Ｃ３（ＤＶ）＝０．１６１６３Ｅ一０１，Ｄ１　（ＤＶ）：０．９４８９５Ｅ一０２，Ｄ２（ＤＶ）＝０．８２６３２Ｅ一０２，　Ｄ３（ＤＶ）＝０．９８２８６Ｅ一０２，Ｅ１（ＤＶ）＝０．１６１５６Ｅ一０１．　Ｅ２（ＤＶ）＝０．１９７０１Ｅ一０ｌ，　Ｅ３（ＤＶ）＝０．１４１３４Ｅ一０１，ＶＯＬＵＭＥ（ＯＢＪ）－－４．６１９８　１、最优可行解Ｓ　Ｅ　Ｔ　１　６计算得主梁耗材体积　（ｖＯＬｕＭＥ）为，而原设计耗材体积（ｖＯＬｕＭＥ）为，　优化后的体积比原设计少了８．７５％。　２主梁优化前后计算对比　根据优化计算结果，结合实际钢板的厚度型号，查　机械设计手册　，最终设计变量取值为：　Ａ＝１．２ｍ，Ａ　２．４８ｍ，Ｃ１＝０．０２ｍ，Ｃ２　０．０２ｍ，Ｃ３＝０．　０１６ｍ，Ｄ１＝０．０１ｍ，Ｄ２＝０．０１ｍ，Ｄ３＝０．０１ｍ，Ｅｌ＝０．０１ｍ，　Ｅ２　０．０２ｍ，Ｅ３＝０．０１５ｍ。　以上数据与原设计值比较，主梁箱梁的外形尺寸　不变，只是部分钢板厚度改变，由于ＡＮＳＹＳ的强大的　参数化实体建模功能，因此不需重新建立有限元模型，　只改变壳体单元的即可。　由以上计算可得出，主梁优化后，主梁刚度虽有　所下降，但仍满足许用要求，见表１。　表１优化前后计算结果对比　最大总应力ＭＰａ　最大竖向总变形ｃｍ　最大净变形ｃｍ　优化前计算　２１　３　７．１　８８　６．５７２２　优化后计算　２１　３　７．３　７　设计许用值　２３Ｏ　　｜７　２００８．０８建设机械技术与管理９５　维普资讯 http://www.cqvip.com

两种新型的施工升降机安全装置　Ｔｗｏ　Ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　Ｎｅｗ・ｓｔｙｌｅ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　ｏｆ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｈｏｉｓｔ　■浙江省建设机械集团有限公司　方仙兵／ＦＡＮＧ　Ｘｉａｎｂｉｎｇ韩连奎／ＨＡＮ　Ｌｉａｎｋｕｉ　施工升降机是一种用吊笼载人、载物，沿导轨架　起作上下运动（该电缆称作随行电缆）。现有技术中，　作垂直运输的施工机械，主要用于高层建筑的施工与　沿吊笼的全行程，每隔一定的高度均装有电缆导向架，　维修。该设备现有的安全装置不仅有上下限位开关、极　以保证电缆的运行轨迹．如图ｌ所示。　限开关、多处开门开关、松断绳开关等机电联锁装置，　但因建筑施工环境比较差，经常碰到刮大风的情　而且还有限速安全器和各种机械锁钩，可以说安全装　况，随行电缆很可能从导向架的橡胶挡板中滑出，挂　置已经非常多了。但是本文作者通过多年的实践，认　在建筑物的凸出部位或脚手架钢管等物体上，也可能　为以下两种安全装置也是必不可少的。　勾住电缆导向架，因此时吊笼运行的位置较高，司机　很难发现异常情况，造成电缆线拉断、机械损坏、导　ｌ电缆保护装置　施工升降机在吊笼运行的过程中，电缆随吊笼一　轨架带电等情况，引发安全事故。　本文介绍的升降机电缆保护装置，结构如图２所　示。其特征在于：包括电缆夹紧装置、杠杆体、铰链、　行程开关、底架和弹簧。电缆夹紧装置安装在杠杆体　的一端上，用于夹紧电缆。杠杆体中问通过铰链连接　在底架上，杠杆体另一端通过弹簧连接在底架上。在　底架的一端还设置有行程开关，因不同规格和不同长　度电缆的重量不同，因此行程开关的触杆与杠杆体的　距离可以调节，也可以改变弹簧的刚度来控制杠杆体　行　开笑　图１　图２　３结论　设计提供参考。　参考文献　道建筑技术．２００２（６）　收稿日期：２Ｏ０８　０５　１　８　（１）本论文对主梁设计采用了现代设计方法。传　机辅助设计，利用了有限单元法和优化设计方法，通　统的设计方法效率低、目标不明确，本论文采用计算　１．王立新．移动支架造桥系统在我国铁路上的应用与展望ｆＪ］．铁　过计算分析可知，得出了较合理和准确的计算结果。　（２）本文提供的计算方法可为其他同类型造桥机的　９６　ｃ￣ｎ＇Ｍ　２００８．０８　通讯地址：山东省泰安市青年路１　０　２号