高耸混凝土垂直运输机的脉动风振分析

　　1　问题的提出

　　混凝土的水平运输和垂直运输是大型水电大坝施工机械化的重要环节,特别是在高坝的施工中,高效率的混凝土垂直运输机械将大大加快施工进度[1,2]。为此,我们研究了一种用于高坝碾压混凝土垂直运输的新型提升机械,见图1。与目前在役的混凝土输送设备如门机、塔机、缆机、塔带机等相比,该垂直运输机具有生产率高、能随浇注高度自爬升等优点。

　　垂直运输机的基本结构分为塔身、转料平台、塔顶起重机、附着杆四部分。其工作过程如下:混凝土从拌和楼出厂后经水平输送到垂直运输机底部,通过提升系统,把混凝土快速提升到转料平台,经转料平台上的皮带机,把混凝土输送到大坝,实现混凝土的入仓。

　　垂直运输机的基本自振频率为4.21rad/s,在高架工作状态时,最高高度可达214m,其中自最高一节附着杆到顶端之间的悬臂达40m,成为典型的风敏感的高耸结构,风荷载是该类结构的重要设计载荷。虽然在概念设计时,对垂直运输机依照有关规范对风荷载进行静态设计,确定了各结构件的基本尺寸,保证了整机的安全性。但是,由风荷载激励引起的振动加速度,将影响整机的安全性和可靠性。因而,有必要对垂直运输机进行风振分析,以了解其在风载作用下的动态行为。

　　结构的风振分析可在频域范围内和时频域范围内进行。由于脉动风荷载是一种随机过程,频域分析能准确地把握风荷载以及结构风振响应的动态特性;时域分析能对结构进行非线性分析,可使结构工程师更直接了解结构的动态特性,直接计算结构的位移、速度、加速度的值,时域分析还可以比频域分析获得更多的有关可能发生疲劳问题的信息[3,4]。采用计算机数值模拟方法,模拟出随机风速或风荷载,在概念设计阶段对虚拟样机进行动态分析,是节约制造样机和试验成本的行之有效的方法。

　　2　垂直运输机风振分析模型的建立

　　垂直运输机的塔身抽象为一个10自由度的团集质量模型。塔式起重机附着式塔身一般都按多跨连续梁计算[5],锚固装置相当于一个刚性支点。但按多跨连续梁的理论计算结果与实测数据不相符合,理论计算表明塔身主弦杆应力自上而下沿跨度交替变号递减,而实测数据表明塔身自上而下同号递减,这可能是由于锚固装置相对的刚性比很小,它只是起着弹性支承作用,而不能作为刚性支点。由于附着杆结构长细比较大(本文中附着杆约长10m,中间无支承),其弹性不能忽略,对于塔身整体来说,其刚性比更小。若作为刚性支点,将与实际情况相去甚远。因此,认为附着杆为弹性支承,用线性弹簧模拟该弹性支撑。