（河南省特種設(shè)備安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450008）

基于ANSYS的造橋機(jī)支撐托架建模及模態(tài)分析

孔維勝 陳 陽(yáng)

（河南省特種設(shè)備安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450008）

本文介紹了在ANSYS環(huán)境下進(jìn)行造橋機(jī)支撐托架建模及模態(tài)分析的一種方法。采用ANSYS軟件中的APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言建立了造橋機(jī)支撐托架有限元模型，避免了重復(fù)建模，提高了建立造橋機(jī)支撐托架模型的精確性和高效性。對(duì)支撐托架進(jìn)行了模態(tài)分析，確定其固有頻率和振型, 可以有效地避免共振的產(chǎn)生和降低噪聲提供理論依據(jù)。

造橋機(jī);模態(tài)分析;ANSYS

隨著橋梁技術(shù)不斷創(chuàng)新，現(xiàn)澆箱梁以其受力合理、造型美觀、型式多樣、整體性好的優(yōu)點(diǎn)，在公路橋梁施工中得到了廣泛地應(yīng)用，其施工技術(shù)更是日新月異，大量新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新工藝和新設(shè)備的不斷出現(xiàn)?，F(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)的更新主要反應(yīng)在模架施工之中，即采用造橋機(jī)施工。造橋機(jī)也稱移動(dòng)模架，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是一種先進(jìn)的施工方法，施工速度快，質(zhì)量好，適用范圍廣，綜合效益好，因此造橋機(jī)在橋梁建設(shè)上得到更廣泛的應(yīng)用。

1 建立造橋機(jī)支撐托架有限元模型

本文采用ANSYS軟件中的APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言建立造橋機(jī)支撐托架有限元模型，避免重復(fù)建模，提高了模型的精確性和高效性。

采用自下而上的方法建立造橋機(jī)支撐托架有限元模型，首先，使用命令（K）創(chuàng)建一系列關(guān)鍵點(diǎn)，使用命令（L）由關(guān)鍵點(diǎn)生成各構(gòu)件軸線。

然后，定義支撐托架各構(gòu)件的截面參數(shù)和材料參數(shù)，并對(duì)支撐托架各構(gòu)件進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

最后，建立下部弧形支座模型，利用自由度耦合的方法把下張拉梁與下部弧形支座進(jìn)行耦合。

最終建立造橋機(jī)支撐托架有限元模型，如圖2所示。

2 造橋機(jī)支撐托架模態(tài)分析

進(jìn)行支撐托架的模態(tài)分析時(shí)，首先需要對(duì)有限元模型施加慣性荷載、施加榫頭部分的節(jié)點(diǎn)約束和施加弧形板節(jié)點(diǎn)約束；然后進(jìn)行模態(tài)分析。模態(tài)分析可得到支撐托架的固有頻率, 取前十五階的模態(tài)計(jì)算結(jié)果在進(jìn)行模態(tài)分析, 如表1所示。

圖1 造橋機(jī)整體結(jié)構(gòu)

由模態(tài)分析結(jié)果可知：

1）第1-3階頻率整機(jī)及主要部件變形較小，對(duì)整機(jī)的動(dòng)態(tài)性能影響不太大，在分析中不予考慮；

2） 第 6、7、12階頻率均表現(xiàn)出橫梁在XOZ面內(nèi)擺動(dòng)（蛇形），即在水平面的振動(dòng)情況。6、7階頻率較低，受風(fēng)力影響時(shí)，如山區(qū)或架設(shè)高度較大時(shí)，對(duì)整機(jī)的影響性較大；12階頻率主要是由外斜撐剛度不足引起的；

3）第5、10階頻率均表現(xiàn)出整機(jī)在XOY平面內(nèi)上下擺動(dòng)。由于支撐托架上面的臺(tái)車橫向移動(dòng)時(shí)，后輔助支腿、前后支撐托架上的橫移油缸循環(huán)伸縮使兩側(cè)移動(dòng)模架向外橫移開(kāi)啟讓過(guò)墩寬，這種移動(dòng)臺(tái)車的移動(dòng)激振力對(duì)支撐托架有一定的影響；

4）第7、9、14均表現(xiàn)出立撐沿Z軸拱曲。主要是由于立撐剛度不足引起的；

5）通過(guò)以上結(jié)果分析，在造橋機(jī)施工過(guò)程中應(yīng)使臺(tái)車移動(dòng)、移動(dòng)模架橫移等的頻率盡量避開(kāi)使支撐托架發(fā)生加大變形的固有頻率，以免發(fā)生共振，影響施工安全和質(zhì)量。

結(jié)語(yǔ)

采用APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言建立造橋機(jī)支撐托架的有限元模型，解決了重復(fù)建模和模型導(dǎo)入所產(chǎn)生的兼容和誤差問(wèn)題，提高了建模的精確性和效率。對(duì)造橋機(jī)支撐托架進(jìn)行模態(tài)分析，確定其固有頻率和振型, 為使臺(tái)車移動(dòng)、移動(dòng)模架橫移等的頻率盡量避開(kāi)使支撐托架發(fā)生較大變形的固有頻率提供理論依據(jù)，避免共振的產(chǎn)生和降低噪聲，提高施工的安全性。

表1 支撐托架的各階固有頻率及振型

圖2 造橋機(jī)支撐托架有限元模型

[1] 王金諾，于蘭峰．起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)[M]．北京：中國(guó)鐵道出版社，2002

[2] 周長(zhǎng)城，胡仁喜，熊文波編著．ANSYS-11．0基礎(chǔ)與典型范例[M]．電子工業(yè)出版社，2007．10

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