塔式起重机结构的静力学分析摘要：强度和振动特性是设计塔式起重机的金属结构的重要指标。
文章从有限元的基础理论出发,利用ANSYS软件,对塔式起重机进行静力学分析,获得了其应力应变结果,比较了三种典型的工况,指出了极限吊重情况下静态极限强度的位置,并分析了塔式起重机的振动频率和振型,为研究塔式起重机的其他动力响应提供了依据。
关键词：塔式起重机静力学分析有限元 ANSYS引言：塔式起重机（tower crane）简称塔机，亦称塔吊，起源于西欧。
动臂装在高耸塔身上部的旋转起重机。
作业空间大，主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平输送及建筑构件的安装。
由金属结构、工作机构和电气系统三部分组成。
当起重臂架绕塔式起重机的回转部分作360°回转、吊重载荷沿起重臂架运行并升降时以及由于驱动控制系统电机抖动等原因，都会使塔式起重机引起振动。
在此情况下，吊重荷载等动荷载对塔式起重机结构所引起的内力和变形，要比同样大小的静荷载所引起的大，有时甚至大得多。
由于塔式起重机结构及构件承受的动荷载一般都很大，而且加载次数较为频繁，更容易产生疲劳破坏。
作为大型设备,塔机的工作特点是根据建筑需要将物品在很大空间内升降和搬运,属于危险作业。
目前,在建筑施工中,由塔机引起的人员伤亡和设备事故屡禁不止,重大事故发生率居高不下。
塔机的强度和振动频率是影响塔机寿命和稳定性的重要因素，因此对塔式起重机进行静力学和振动的研究是十分要必要的。
本文利用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对塔式起重机ＱＴＺ630进行建模，分析了三种加载在塔式起重机上的典型的工况，得出了塔式起重机在三种工况下的静力学应力和应变云图，找出塔式起重机各个工况下的危险位置，为其塔机的改进提供参考。
提取出塔机的前５阶振动模态，为其他动力学响应提供研究依据。
1.塔式起重机的结构及性能参数1.1塔式起重机的结构塔式起重机主要由机械部分、金属结构和电气三大部分组成。
机械部分主要是指起升机构、运行机构、变幅机构、回转机构、行走机构、架设机构等等，这些机构根据工作需要或有或无，但起升机构是必不可少的。
各类塔吊型号及主要参数表在建筑施工领域，塔吊是不可或缺的重要设备，它能够高效地完成重物的吊运工作，大大提高了施工效率。
不同的施工项目和工况，需要选用不同型号的塔吊，而了解塔吊的型号及主要参数对于正确选型和安全使用至关重要。
常见的塔吊型号众多，以下为您介绍几种较为常见的：QTZ40 型塔吊，起重力矩为 400kN·m，最大起重量为 4 吨，最大工作幅度为 42-47 米。
这种型号的塔吊适用于中低层建筑施工，具有结构简单、操作方便、维护成本低等优点。
QTZ63 型塔吊，起重力矩达到 630kN·m，最大起重量为 6 吨，工作幅度在 38-55 米之间。
它在中小规模的建筑工程中应用广泛，性能稳定，能够满足多数常规施工的吊运需求。
QTZ80 型塔吊，起重力矩一般为 800kN·m，最大起重量 8 吨，工作幅度在 50-56 米左右。
此型号的塔吊在高层建筑施工中表现出色，具有较高的起重能力和工作效率。
QTZ125 型塔吊，起重力矩可达 1250kN·m，最大起重量 10 吨，工作幅度能达到 55-60 米。
它适用于大型建筑项目，尤其是对起重能力和工作幅度要求较高的工程。
除了以上常见的型号，还有一些特殊用途的塔吊，比如动臂式塔吊。
动臂式塔吊的起重臂可以俯仰变化，适应不同的施工条件。
例如，LH800-63 型动臂塔吊，最大起重量可达 63 吨，工作幅度在 30-55 米之间。
塔吊的主要参数除了起重力矩、最大起重量和工作幅度外，还有以下几个重要方面：起升高度也是一个关键参数。
它指的是塔吊吊钩能够上升到的最大垂直高度。
不同型号的塔吊起升高度有所不同，一般从几十米到上百米不等。
例如，某些高层专用的塔吊起升高度可以超过 200 米。
塔身高度是指塔吊塔身从基础顶面到起重臂根部铰点的垂直距离。
塔身高度的选择需要根据施工建筑物的高度和现场条件来确定。
起升速度决定了塔吊吊运重物的快慢。
塔式起重机的构造（主要机构）一、主要机构1、基础承台基础承台塔机承台一般存有三种形式⑴、板式和十字形基础：A、它们主要要进行基础地基承载力验算：B、地基稳定性验算（基础边离基坑边＞2.0m；基础底离基坑底≮1.0m；f ak≥130KN/m2C、地基变形计算（基础附近有堆载、地基持力层下有软土层）D、和基础配筋计算。
⑵、桩基承台式混凝土管桩、灌注桩基础：它们主要要进行桩端承载力验算、桩身承载力验算、桩抗拔力验算和基础承台抗弯、抗剪、抗冲切计算及配筋计算。
⑶、组合式格构钢柱基础：除上述桩基础验算外还要进行单根钢柱（按轴心受压构件）和整体格构钢柱（按压弯构件）验算塔式起重机的基础应按照其安装使用说明书所规定的要求进行设计和施工。
施工（总承包）单位应根据地质勘察报告确认施工现场的地基承载能力。
当施工现场无法满足塔式起重机安装使用说明书对基础的要求时，可自行设计基础，常用的基础型式包括：⑴、板式和十字形基础；⑵、桩基承台式(混凝土管桩、灌注桩)混凝土基础；⑶、组合式基础。
㈠、板式基础设计计算应符合下列规定：⑴、应进行抗倾覆稳定性和地基承载力验算（图1）：图1 塔机承载力图⑵、整体抗倾覆稳定性应按下式计算：1、矩形基础地基承载力计算应符合下列公式要求：1）、当轴心荷载作用时2）、当偏心荷载作用时,除符合上式要求外，还应符合下式要求：2、矩形基础底面的压力可按下列公式计算：1）、当轴心荷载作用时2）、当偏心荷载作用时应符合下式要求3）、当偏心矩时3、偏心矩应按下式计算，并符合要求[pB] —地面许用压应力，由实地勘探和基础处理情况确定，一般取[pB]=2×105～3×105Pa⑷、基础底板的配筋，应按抗弯计算确定；计算公式与配筋构造参见现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的相关规定。
㈡、桩基承台式混凝土基础的设计计算应符合下列规定：⑴、应对桩基单桩竖向抗压和抗拔承载力、桩身混凝土强度，承台的抗弯、抗剪、抗冲切按现行国家标准《建筑桩基技术规范》JGJ94的规定进行验算（图3.2.4）：图3 塔式起重机方形承台桩基础1——桩基础；2——桩基承台；3——塔式起重机塔身桩基单桩竖向承载力计算应符合下式：式中：Qk——荷载效应标准组合下，基桩的平均竖向力；Qkmax——荷载效应标准组合下，桩顶最大竖向力；Ra——单桩竖向承载力特征值；⑵、桩基单桩的抗拔极限承载力与桩身混凝土强度应按现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94的相关规定进行计算。
《塔吊》教案2）在前端连接4点凸点梁，并安装圆形透明块。
3）安装智能集线器，前端利用薄片互锁。
2.搭建动力系统。
1）利用双向带球块和薄片做出电机底座，两侧连接球形凹槽块。
2）连接电机，前端安装4点凸点梁，外侧利用8齿齿轮和24齿齿轮传动。
3.搭建塔身。
1）利用薄片互锁凸点梁，底部安装两个带十字孔块以便和齿轮连接，上侧安装两个连接器。
4.搭建吊臂。
1）利用凸点梁上面安装薄片，在前段利用钉子轴连接轮毂。
2）在后面利用轴连接卷轮并在前端利用异形薄片稳定。
3）完成搭建。
4.任务分析1.老师：今天咱们首先要使塔身能够旋转。
老师提问一：你们知道咱们可以利用什么模块吗？答：马达旋转模块和马达功率模块。
1）编写程序：利用马达旋转模块控制塔身旋转，并设置功率和运行时间。
备注：功率要设置低速，以便符合生活实际。
一、提出任务二：挑战高峰。
1.在卷轮处安装第二个电机，控制卷轮旋转。
1）老师：现在咱们要将作品进行修改，在卷轮处安装第二个电机，控制卷轮运动。
2）在卷轮同轴安装20齿双面斜齿轮，与12齿双面斜齿轮传动，电机上连接24齿齿轮连接。
2.利用程序分别控制两个电机。
1）老师讲述一：现在咱们运行刚才的程序会发现两个电机在同时运转，咱们有没有办法可以单独控制一个电机呢？备注：长按马达功率块上方会出现六个小格子，要将两个电机设计成不同颜色。
让孩子们修改程序后会发现电机并不会单独运行。
2）老师讲述二：你们知道为什么咱们设置不同颜色后还是会一起旋转吗？备注：因为没有使其他模块进行配合，要保证统一颜色。
3）编写程序：二、提出任务三：课程回顾。
1.教师课程内容总结1）塔吊是如何保持平衡的？——塔吊可以通过调整配重块的位置，维持塔吊在各种状态下的平衡。
2）今天咱们是如何分别控制两个电机的？有什么要求？——长按模块会出现格子，可以设置不同颜色。
要保证配合的模块颜色也要相同。
3）现在可以演示作品并详细介绍分别控制电机运转的方法。
活动内容分享1）学生以个人为单位，每名学生依次分享本次活动内容。
