马红建



1700 t运梁车结构有限元分析

马红建

（中交隧道工程局有限公司 北京分公司，北京 100102）

为保证运梁车的作业安全，应用ANSYS 12.0软件对1700 t运梁车金属结构进行有限元分析计算。介绍了1700 t运梁车的组成结构及其14种作业工况，通过建立大刚度多级均载梁来准确模拟液压悬挂装置，基于APDL语言建立了1700 t运梁车结构的有限元模型。结合14种工况对1700 t运梁车金属结构进行强度计算及变形计算，采用极限状态设计法对强度计算结果进行判定，确保其结构的合理性。

运梁车；有限元；强度；ANSYS

运梁车是桥梁施工专用的重载运输设备，实现已制桥梁到桥梁施工现场的运输工作，运梁车可驮运30 m、40 m、46.5 m、53.5 m、60 m五种梁型完成作业，其中60 m梁重1700 t，本次计算针对60 m梁进行，1700 t运梁车金属结构主要采用Q345B、Q345C、Q390C、Q460B四种材料的板材焊接、销接及螺栓连接组成[1-2]。为保证运梁车结构的安全性，对其进行结构分析具有重要意义。本文通过一种新的建模方法，即建立大刚度多级均载梁来准确模拟液压悬挂装置，并对其进行了各种工况下的有限元计算，得到各工况下的应力及变形情况[3]。

1 运梁车结构的结构组成

运梁车整体结构图如图1所示，结构及桥梁质量如表1所示。

2 运梁车的有限元建模

2.1 几何模型

采用了BEAM189梁单元和MASS21集中质量单元建立运梁车的有限元模型，运梁车的结构采用BEAM189建立，60 m桥梁用MASS21建立，通过RBE3命令将MASS21的重力载荷传到前车架摆动梁及后车架承重梁的支撑处，为了模拟液压悬挂，在前车架两点支撑部分横梁、前车架单点支撑部分横梁、后车架两点支撑部分横梁及后车架单点支撑部分横梁处建立大刚度多级均载梁，如图2所示。加载时，结构重量及桥梁重量乘以技术文件规定的载荷系数及分项荷载系数[4-5]，部分工况施加了风载，应力计算结果直接与极限设计应力相比较。运梁车驮梁状态的有限元模型如图3所示。

表1 运梁车及桥梁质量

1.前车架承重梁2.前车架摆动梁3.前车架主梁前段4.前车架主梁中段5.前车架主梁后段6.前车架前支腿7.前车架两点支撑部分横梁8.前车架单点支撑部分横梁9.后车架承重梁10.后车架主梁前段 11.后车架主梁中段12.后车架主梁后段 13.后车架两点支撑部分横梁14.后车架超级支腿 15.后车架单点支撑部分横梁16.前车架（分为一号前车架、二号前车架） 17.后车架（分为一号后车架、二号后车架）

图2 运梁车约束处多级均载梁

图3 运梁车有限元模型

2.2 载荷处理

对运梁车所受载荷进行处理，将载荷简化等效施加在相应位置，如表2所示。

3 工况介绍及载荷分析

根据运梁车的实际作业情况结合文献[4-5]的规定，确定本次计算的工况及载荷组合，工况如表3所示。

计算载荷：

工况1：运梁车自重计算载荷P＝P×1，分项载荷系数γ＝1.22；桥梁自重计算载荷P＝P×2，，γ＝1.34。

工况2：P＝P×1，γ＝1.16，P＝P×2，γ＝1.22；＝600 N·m2，γ＝1.22。

工况3：P＝P×4，γ＝1.22；P＝P×4，γ＝1.22；制动加速度＝0.083 m/s2；制动水平惯性力P＝(P＋P)××5，γ＝1.34。

表2 载荷处理

表3 计算工况

工况4：P＝P×4，γ＝1.22；P＝P×4，γ＝1.22；＝0.083 m/s2；P＝(P＋P)××5，γ＝1.34。

工况5：P＝P×4，γ＝1.16；P＝P×4，γ＝1.16；＝0.083 m/s2；P＝(P＋P)××5，γ＝1.22；＝600 N·m2，γ＝1.22。

工况6：P＝P×4，γ＝1.16；P＝P×4，γ＝1.16；＝0.083 m/s2；P＝(P＋P)××5，γ＝1.22；＝600 N·m2，γ＝1.22。

工况7：P＝P，γ＝1；＝2646 N·m2，γ＝1.1。

工况8：P＝P×1，γ＝1.1；P＝P×1.1×6，6＝1.05，γ＝1.16；＝0.083 m/s2；P＝(P＋P×1.1)××5，γ＝1.1；＝96 N·m2，γ＝1.16。

工况9：P＝P，γ＝1.1；P＝P×1.25×6，6＝1，γ＝1.1。

工况10：P＝P，γ＝1.1；P＝P，6＝1.1。取爆胎位置如图4所示。

图4 爆胎位置

工况11：P＝P，γ＝1.1；P＝P，6＝1.1。假设前运梁车速度低于后运梁车，加载时在前车架摆动梁的桥梁支撑处分别沿前进方向施加21 t力（合计42 t），同时在后车架承重梁的桥梁支撑处施加反向力21 t（合计42 t）。

工况12：P＝P，γ＝1.22；P＝P，6＝1.34；横向坡度2.5%（横向两运梁车坡度方向相反）。

工况13：前车架P＝P，γ＝1.22；后车P＝P×2，γ＝1.22；前车架P＝P/2，γ＝1.34；后车架P＝P/2×2，γ＝1.34；架桥机后支腿载荷P＝2545000×2，γ＝1.34；横向坡度2.5%（横向两运梁车坡度方向相反）。

工况14：P＝P×2，γ＝1.22；P＝6731000×2，γ＝1.34；横向坡度2.5%（横向两运梁车坡度方向相反）。

4 计算结果

按照表3所列工况要求，对运梁车施加相应的计算载荷，应用ANSYS对其进行分析计算，获得各工况下的应力及变形情况。各工况下的应力及变形情况如表4所示。

表4 各工况的最大应力

工况7各运梁车的液压悬挂的垂向支撑力如表5所示，悬挂最小垂向支撑力为37932 N， 整体稳定性满足要求。

由表4可见，运梁车在工况4下产生最大应力，最大应力为361 MPa，发生在前车架承重梁中心位置，工况4的应力云图如图5所示。

表5 工况7液压悬挂垂向支撑力汇总

由表4可见，运梁车在工况1下产生最大变形，最大变形量为179.3 mm，发生在前车架摆动梁端部，工况1的变形云图如图6所示。

对运梁车应力计算结果进行汇总，如表6所示，强度计算满足要求。

图5 工况4应力云图

5 结论

一般情况下用有限元软件对运梁车建模时，将轮胎组件支撑处的边界条件设为固定位移约束，这种建模的计算结果与运梁车的实际受力情况相差很大，本文建立大刚度多级均载梁，可以准确模拟液压悬挂装置的真实受力情况；应用ANSYS软件，对运梁车进行了14种作业工况下的有限元强度分析计算，根据分析结果，验证了运梁车满足强度使用要求。

表6 应力计算结果汇总

图6 工况1变形云图

[1]马玉敏. 简述900t运梁车结构与技术特点[J]. 建筑机械化，2010（4）：57-58

[2]GB/T 1591－2008，低合金高强度结构钢[S].

[3]邢海军，张晗，韩伟峰，等. 液压悬挂结构的有限元建模方法[P]. 中国CN105065559A，2015-11-18.

[4]GB/T 1591－2008，起重机设计规范低合金高强度结构钢[S].

[5]BS EN 13001－2: 2014，Crane safety-General design-Part 2: Load actions.

Finite Element Analysis of the 1700t Transporting Girder Vehicle

MA Hongjian

( Beijing Engineering Company of CCCC Tunnel Engineering Co. Ltd., Beijing 100102, China)

In order to ensure the operation safety of the 1700t transporting girder vehicle. the finite element analysis software ANSYS12.0 is used to analyze and calculate the metal structure of the1700t transporting girder vehicle. Introduces the structure of the1700t transporting girder vehicle and 14 kinds of operating conditions. Through the establishment of a multi stage load sharing beam to accurate simulate the hydraulic suspension device. A finite element model of the 1700t transporting girder vehicle structure based on APDL language. Combined with 14 kinds of working conditions, the strength calculation and deformation calculation of the 1700t transporting girder vehicle structure are carried out. The limit state design method is adopted to judge the result of strength calculation to ensure the rationality of the structure.

transporting girder vehicle；finite element；strength；ANSYS

TH225

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.02.007

1006－0316 (2018) 02－0026－05

2017－06－27

马红建（1967－），男，河北新乐人，本科，高级工程师，主要从事铁路及高速公路建设工作。