自動(dòng)人行道支反力計(jì)算方法分析

陳義東

（中國聯(lián)合工程公司，浙江 杭州 310022）

0 引言

自動(dòng)人行道是現(xiàn)代建筑中常用的輸送乘客的一種特種設(shè)備，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮人行道各支點(diǎn)的支反力。在進(jìn)行自動(dòng)人行道產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)，生產(chǎn)廠家需要提供該設(shè)備的支反力。

本文介紹兩種支反力的計(jì)算方法：①采用ANSYS軟件進(jìn)行編程計(jì)算，準(zhǔn)確性非常高，耗費(fèi)時(shí)間長；②采用常用的繪圖軟件AutoCAD進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算的準(zhǔn)確性也是可接受的，簡單快捷。

1 ANSYS編程計(jì)算

ANSYS是采用APDL語言編寫程序并進(jìn)行運(yùn)算的，其一般編程解決問題的步驟是：建?！O(shè)置材料參數(shù)—?jiǎng)澐志W(wǎng)格—約束及加載—計(jì)算—后處理提取結(jié)果。其中耗費(fèi)時(shí)間比較長的是建模及加載過程。

對自動(dòng)人行道產(chǎn)品，其模型是自動(dòng)人行道的鋼結(jié)構(gòu)—桁架的建模。對人行道桁架，模型是比較規(guī)則的，將提升高度、角度、跨度等隨合同變化的參數(shù)設(shè)置為變量，以滿足不同合同的需求。對人行道桁架這樣的鋼結(jié)構(gòu)件，其零件都是由不同截面的薄壁方管、角鋼或者槽鋼組成，因此ANSYS建模采用自下而上的方式，即點(diǎn)—線—面—體的方式。建立好模型后為線、面按照實(shí)際情況賦予不同的截面，正確設(shè)置材料參數(shù)并劃分網(wǎng)格。

因?yàn)槭侵Х戳τ?jì)算，因此約束及加載是比較重要的。對人行道產(chǎn)品自重可以按照重力的方式加載，對乘客載荷則需要按照標(biāo)準(zhǔn)GB16899（EN115）的要求（5 000N/m2）進(jìn)行加載。另外，還要考慮上、下平層有集中質(zhì)量載荷，如上平層主機(jī)、主驅(qū)動(dòng)、扶手驅(qū)動(dòng)、控制系統(tǒng)、下平層梯路漲緊架等。

最后就是計(jì)算與查看結(jié)果。有了計(jì)算結(jié)果后，可以檢驗(yàn)建立的模型是否正確。因?yàn)榧虞d的載荷方向都是豎直方向，按照力平衡原理，支反力結(jié)果也應(yīng)該只有豎直方向，其他方向的應(yīng)該為0或近似為0。如果出現(xiàn)不等于0的情況，則往往是由于模型約束不正確造成的，可以調(diào)整約束方向直到正確為止。ANSYS計(jì)算模型一般的約束方式如圖1所示。圖1是人行道俯視簡圖，C1、C2處約束y方向，A1處約束y方向，A2處約束y和z方向，B1處約束x、y和z方向，B2處約束x和y方向。

圖1 ANSYS計(jì)算模型一般約束方式

2 AutoCAD計(jì)算方法

AutoCAD按照菜單欄/工具集/計(jì)算/撓度線路徑就可以完成支反力計(jì)算。具體計(jì)算步驟如下：

第一步：按照實(shí)際合同畫出人行道水平跨距線，定好各支點(diǎn)位置。

第二步：工具集/計(jì)算/慣性矩，先任意定義一個(gè)截面，計(jì)算出慣性矩?cái)?shù)據(jù)圖塊。

第三步：工具集/計(jì)算/撓度線，依據(jù)提示操作：選擇截面慣性矩?cái)?shù)據(jù)圖塊—指定起點(diǎn)—指定端點(diǎn)—進(jìn)入梁計(jì)算界面（如圖2所示）—選擇支撐（一端固定支撐，其他滑動(dòng)支撐）—選擇載荷（均布載荷，依據(jù)具體結(jié)構(gòu)輸入載荷系數(shù)）—顯示結(jié)果。

第四步：從顯示的撓度圖上讀出支反力數(shù)值。

第五步：考慮集中載荷，下平層端點(diǎn)支反力＋3kN，上平層端點(diǎn)支反力＋7kN～＋10kN。

3 實(shí)例分析比較

按照以上計(jì)算方法，列舉比較兩種計(jì)算方法的差異。設(shè)水平人行道跨距120m，中間支撐數(shù)量11個(gè)，每跨間距10m。AutoCAD計(jì)算模型如圖3所示。兩種計(jì)算方法支反力的計(jì)算結(jié)果及所用時(shí)間見表1。

4 結(jié)果分析

兩種計(jì)算方法計(jì)算結(jié)果顯示，用AutoCAD計(jì)算與ANSYS編程精確計(jì)算的結(jié)果最大差異僅8%，這在建筑土建施工是完全可以接受的。但兩種方法耗費(fèi)的時(shí)間差異巨大，因此，在人行道支反力計(jì)算時(shí)完全可以用AutoCAD計(jì)算方法代替編程計(jì)算方法，誤差很小，且節(jié)約大量時(shí)間。

圖2 梁計(jì)算界面

圖3 AutoCAD計(jì)算模型

表1 兩種計(jì)算方法支反力的計(jì)算結(jié)果