大跨度廠房主梁起吊點(diǎn)的優(yōu)化計(jì)算

羅曉風(fēng)　胡銘　余紹洋　徐鑫

摘要在大跨度廠房主梁的現(xiàn)場(chǎng)起吊拼裝過(guò)程中，為使其水平方向變形最小，需要選擇合適的起吊點(diǎn)，以使主梁的安裝孔位接近設(shè)計(jì)安裝位置。為此，本文介紹用ANSYS軟件預(yù)先計(jì)算并優(yōu)化起吊點(diǎn)位置的方法，以提高實(shí)際工作效率。

關(guān)鍵詞 主梁 吊裝 水平變形

中圖分類(lèi)號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.07.080

0引言

由于施工場(chǎng)地及制造條件的原因，大跨度工業(yè)廠房的主梁安裝過(guò)程，一般是將主梁先分段在工廠加工，運(yùn)到工地，焊接成整體，再吊裝到位，并固定于基礎(chǔ)梁上，完成主體安裝。在以往的吊裝過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于主梁的跨度較大，剛度較小，主梁在自重作用下水平變形較大，主梁與基礎(chǔ)梁的安裝孔位置相差較大，不得不憑經(jīng)驗(yàn)在現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)地尋找合適的吊點(diǎn)位置。為解決該問(wèn)題，擬先用有限元軟件計(jì)算，大致確定起吊點(diǎn)位置及起吊點(diǎn)的一般規(guī)律，找到合理起吊點(diǎn)的一般方法。

1計(jì)算模型及計(jì)算方法

以某跨度50m工字型截面工業(yè)廠房主梁為例，如圖1。本文用ANSYS軟件進(jìn)行計(jì)算。

1.1建模

根據(jù)單根主梁實(shí)際吊裝工作狀態(tài)，選用beam3平面梁?jiǎn)卧ｋm然用空間梁?jiǎn)卧鼫?zhǔn)確，但會(huì)增加建模的復(fù)雜程度，而且提高的計(jì)算精度有限。在工程計(jì)算上，選用beam3平面梁?jiǎn)卧凶銐虻木取?/p>

材料參數(shù)為：彈性模量E=2.1x10¹¹（N/m²），密度ρ=7850（kg/m³），泊松比ε=0.3。單位全部采用國(guó)際單位，長(zhǎng)度單位取m，力的單位取牛頓Ⅳ。

實(shí)常數(shù)：工字鋼截面參數(shù)為800×800×8×8。在ANSYS中，選擇工字鋼截面形狀，輸入該組數(shù)據(jù)后，即可獲得截面面積及慣性矩，再將截面面積及慣性矩輸入梁?jiǎn)卧獙?shí)常數(shù)項(xiàng)中。

生成幾何模型：由于模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用由底向上的方式建模。即：先由幾何參考生成關(guān)鍵點(diǎn)，再由關(guān)鍵點(diǎn)生成線的方式，建立模型。網(wǎng)格劃分為0.1m。

1.2施加載荷及約束

起吊過(guò)程中，只有主梁的自重。重力作為載荷，重力加速度取g=9.8（m/s²）。根據(jù)起吊的特點(diǎn)，在主梁兩側(cè)的起吊點(diǎn)處設(shè)置垂直方向的位移約束，在主梁的中點(diǎn)處設(shè)置水平方向的位移約束。為使主梁平穩(wěn)起吊，起吊點(diǎn)應(yīng)基本對(duì)稱(chēng)布置。

本文的目的要尋找最合適的起吊點(diǎn)，使主梁的水平變形最小。所以，分別設(shè)置兩點(diǎn)起吊及四點(diǎn)起吊方式進(jìn)行比較。

13模型求解及計(jì)算結(jié)果

選擇靜力狀態(tài)及current LS方式求解。圖2是兩點(diǎn)起吊方式中，兩吊點(diǎn)均距兩端1/2處的水平變形顯示圖。

表1是兩點(diǎn)起吊方式中主梁的水平變形。表中起吊點(diǎn)位置是指，主梁一側(cè)上分別距端部1/3、1/2、2/3三種位置之一，主梁另一側(cè)起吊點(diǎn)對(duì)稱(chēng)設(shè)置。

為對(duì)比，仍在距端部1/3、1/2、2/3處的特殊位置上，對(duì)稱(chēng)選擇四個(gè)起吊點(diǎn)計(jì)算。

表2是四點(diǎn)起吊方式中主梁的水平變形。表中起吊點(diǎn)位置是指，主梁一側(cè)上第一及第二起吊點(diǎn)的位置分別在距端部1/3、1/2、2/3三種位置之一，主梁另一側(cè)起吊點(diǎn)對(duì)稱(chēng)設(shè)置。

其中，四個(gè)起吊點(diǎn)均對(duì)稱(chēng)距兩端1/3，2/3處的水平變形如圖3。

通過(guò)以上模擬計(jì)算，可以知道，距兩端1/3，2/3處設(shè)置四點(diǎn)起吊的方式，水平變形最小，是目前最優(yōu)的起吊方式。而且這種起吊方式中，由于四個(gè)起吊點(diǎn)基本均勻?qū)ΨQ(chēng)分布，四個(gè)起吊點(diǎn)處的約束反力基本相近，有利于主梁的平穩(wěn)起吊，較為理想。

2結(jié)論

ANSYS軟件是一款工程上得到廣泛應(yīng)用的軟件，其計(jì)算結(jié)果的可靠性已為大量工程實(shí)踐所證實(shí)。用ANSYS軟件計(jì)算大跨度廠房主梁起吊過(guò)程中的水平變形，具有操作簡(jiǎn)單，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)本例計(jì)算可知，兩點(diǎn)起吊條件下，總的水平變形較大，而且垂直變形更大（未列出），都不利于主梁吊裝到位進(jìn)行安裝。四點(diǎn)吊裝條件下，水平變形較小，是一般規(guī)律。在四點(diǎn)起吊的條件下，又以在一側(cè)的1/3及2/3兩點(diǎn)處設(shè)置起吊點(diǎn)最優(yōu)。

因?yàn)樵谲浖线M(jìn)行模擬計(jì)算，所以，可以很方便地設(shè)置多種計(jì)算條件，如本文中分別設(shè)置兩點(diǎn)及四點(diǎn)起吊方式，起吊點(diǎn)設(shè)置在不同位置處。因而容易從多次選擇的起吊點(diǎn)中，優(yōu)選出水平變形最小的起吊點(diǎn)，作為實(shí)際起吊時(shí)的重要參考點(diǎn)。

本文側(cè)重于介紹一種方法，供實(shí)際施工作為參考。由于模型計(jì)算及實(shí)際操作中總是具有一定的誤差。所以，在實(shí)際施工中，應(yīng)根據(jù)優(yōu)選起吊點(diǎn)再作小范圍的調(diào)整，可快速找到實(shí)際最佳起吊點(diǎn)，并為以后類(lèi)似的起吊施工提供較好的工程經(jīng)驗(yàn)。