建筑力学-塔吊分析

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。

同济大学浙江学院塔吊的分析与改进专业：机械设计制作及其自动化学生姓名：汤理梁学号：090813完成时间：2012年12月12日一、上回转自升固定平臂式塔吊的分析与改进 (1)二、塔吊的分析 (1)（一）塔吊的基本结构 (1)（二）塔吊的原理 (6)三、塔吊的改进 (12)（一）旧式回转机构的适用性及存在的问题 (12)（二）调速机构的改进 (12)一、上回转自升固定平臂式塔吊的分析与改进塔吊是建筑工地上最常用的一种起重设备，以一节一节的接长（高），好像一个铁塔的形式，还叫塔式起重机，用来吊施工用得钢筋、木楞、脚手管等施工原材料的设备。

具有回转半径大、提升高度高、操作简单、装卸容易等优点，是建筑工地普遍使用的一种起重机械。

二、塔吊的分析（一）塔吊的基本结构塔机外型示意图见图３—６，由金属结构部分、机械传动部分、电气系统和安全保护装置组成。

电气系统由电动机、控制系统、照明系统组成。

通过操作控制开关完成重物升降、塔臂回转和小车行走操作。

图３—６塔式起重机整体结构图1-固定基础；2-固定支腿；3-附着装置；4-顶升机构；5-下支座；6-上支座；7-回转机构；8-回转塔身；9-司机室；10-变幅机构；11-载重小车；12-吊钩；13-起重臂；14-起重臂拉杆；15-塔顶；16-平衡臂拉杆；17-平衡臂；18-平衡重；19-起升机构；20-电控柜；21-塔身一般来说塔吊按各部分的功能可以分为：机座、塔身、顶升机构、回转机构、起升机构、平衡臂、塔臂、行走小车、变幅、驾驶室、塔顶等部分。

（1）机座是最底下用来固定和支撑整个塔机的部分；（2）塔身是塔机身子，也是升高的部分；（3）顶升部分是使得塔机可以升高；（4）回转机构是保持塔机上半身可以水平旋转的；（5）起升机构用来将重物提升起来的；（6）塔臂一般就是提升重物的受力部分；（7）平衡臂架是保持力矩平衡的；（8）行走小车是用来安装滑轮组和钢绳以及吊钩的，也是直接受力部分；（9）变幅是使得小车沿轨道运行的；（10）司机室是操作的地方；（11）塔顶当然是用来保持臂架受力平衡的；塔吊的牵引机构与起升机构起升机构是塔式起重机中最重要、最基本的机构，是以间歇，重复工作方式，将重物通过其中吊钩或其他吊具悬挂在承载构件（如钢丝绳、链条）上进行起升、下降，或起升与运移的机械设备。

建筑力学作业平面一般力系实际工程的应用——塔吊分析1.塔吊介绍塔吊，即塔式起重机。

机身很高，像塔，有长臂，轨道上有小车，可在轨道上移动，工作面很大，主要用于建筑工地等处。

塔吊一般用于建筑施工、货物搬运、部分事故现场处理等场合，主要作为材料、货物等的高空运输或质量较大物体的运送的工具。

塔吊一般由外套架、回转轴承、塔冒、平衡臂、平衡臂拉杆、起重臂（吊臂）、起重臂拉杆、电源、支架、变幅小车，起重吊钩、驾驶室等几部分组成。

塔吊一般用于建筑施工、货物搬运、部分事故现场处理等场合，主要作为材料、货物等的高空运输或质量较大物体的运送的工具。

如下图，塔吊可简化为所示主体结构模型塔吊主体结构模型塔吊结构图根据塔吊的组成、用处及发展历程，我们可以对塔吊的结构有一个更加深入的了解。

如下图1-2塔吊的主体结构模型图所示，塔吊的各个部分均已经标出在图上。

2.塔吊静力学分析对塔吊整体为研究对象．要保证机身满载是平衡而不向右倾倒，则必须∑M B=0, W2(a+b)-F A b-W1-W max l max=0；限制条件F A≥0．再考虑空载时的情形，这时W＝0. 要保证机身空载时平衡而不向左倾倒，则必须满足平衡方程：∑M A＝0， W2 a+F B b-W1(b+e)=0；限制条件F B≥0．1)对塔吊的平衡臂，由平衡条件得：∑F x=0, F1cosθ=F x；∑F y=0, F1sinθ+F y=W2+m1g；L 1∑M=0， (F1sinθ-W2)l1=m1gl2；2)如左图塔吊吊臂，由平衡条件得∑Fx=0, F x=F2cosα+F3cosβ；∑F y=0, F2sinα+F2sinβ+F`y=m2g+W；∑M=0, F2sinαl3+F3sinβl4=m2gl5+Wl．3)如右图塔吊吊帽与拉杆的受力情况，则由共点力的平衡条件可得平衡方程如下：∑Fx=0, F1cosα= F2cosβ+F3cosγ∑F y=0, F1sinα+F2sinβ+F3sinγ=F3.塔吊分析小结经过本小组两个星期的学习、查资料、讨论、研究，在规定时间内完成了这份塔吊分析报告。

毕业设计题目高层建筑机械——塔式起重机的受力分析塔式起重机的受力分析文献综述1.引言塔式起重机是用来对物料进行起重、运输、装卸和安装等作业的机械设备。

随着生产规模日益扩大，特别是现代化、专业化生产的要求，在许多重要的部门中，起重机己经成为不可缺少的重要机械设备，它的发展对国民经济建设起着积极的促进作用。

1.1 塔式起重机的基本概念塔式起重机是现代工业和民用建筑的主要施工机械之一。

据资料记载，塔式起重机溯源于西欧，有关建筑用塔式起重机的第一项专利颁发于1900年。

近代塔式起重机的首批原型样机出现于1912年。

1923年研制成功第一台比较完整的近代塔式起重机。

30年代，德国已开始批量生产塔式起重机并在建筑工地上使用，与此同时，还向国外出口。

1914年公布了建筑用塔式起重机的德国工业标准DIN8670，规定以吊载(吨)和幅度(米)的乘积(吨·米)——起重力矩表示塔式起重机的起重能力[1]。

而早在商朝(公元前1765年到1760年之间)，我国劳动人民就使用了汲水的桔棒，它是一种类似塔式起重机的机构，长期以来我国没有自已的起重机制造业，直到新中国成立后，才建立独立制造各种起重机的工业体系。

在生产和使用塔式起重机上，我国起步较晚。

1953年，在北京劳动人民文化宫第一次展出前民主德国的建筑师I型塔式起重机。

1954年，东北抚顺重型机器厂仿建筑师I型试制了TQ2-6型塔式起重机，这是我国自制的第一台塔式起重机。

同年在北京航空学院教学楼施工吊装，这是我国第一次在建筑工地上使用塔式起重机[2]。

在建筑安装工程中，能同时完成重物的垂直升降和水平移动的起重机械很多，其中应用最广泛的是塔式起重机。

因为它具有其他起重机械难以相比的优点。

如:塔身高，起重臂装于塔身顶部，有效起升高度大;起重臂长，有效作业面广;能同时进行起升、回转、行走、变幅等动作，生产效率高;采用电力操纵，动作平稳，安全可靠;和其他起重机械相比，结构较为简单，运转可靠，保养维修也较为容易。

塔吊分析报告——理论力学车辆工程(３)班李晓学号:20052654程驰学号:20052735乔同超学号:20052682张兴华学号:20052660总述1．塔吊综述1.1塔吊外型1.2塔吊的组成1.3我国塔吊发展历程1.4塔吊的作用1.5塔吊结构图1.6塔吊的分类示例２．塔吊分析2.1塔吊静力学分析2.2塔吊运动学分析2.3塔吊动力学分析3. 塔吊常见事故分析及对策3.1 塔吊重大事故分析3.2 对策4. 塔吊现存问题及发展前景4.1 我国塔式起重机存在的主要问题4.2 塔吊的未来发展前景5. 小组总结★1．塔吊综述1.1塔吊外型塔吊，即塔式起重机（如图1-1所示），机身很高，像塔，有长臂，轨道上有小车，可以在轨道上移动，工作面很大，主要用于建筑工地等处。

1.2塔吊的组成塔吊一般由外套架、回转轴承、塔冒、平衡臂、平衡臂拉杆、起重臂（吊臂）、起重臂拉杆、电源、支架、变幅小车，起重吊钩、驾驶室等几部分组成。

另外工作时塔机安全装置还应主要包括：行程限位器和荷载限制器。

行程限位器有：起升高度限位器、回转限位器、幅度限位器。

荷载限制器有:起重力矩限制器、起重量限制器此外还应包括风速仪。

1.3我国塔吊发展历程塔式起重机是我们机械建筑的关键设备，在建筑施工中起着重要作用，我国的塔吊制造如今已跻身于当代国际市场。

五十年代初，我国塔机的制开始起步，生产的是一些小型塔机，六十年代自行设计制造了25TM、40TM、60TM、160TM四种机型，多以摆臂为主；七十年代，随着高层建筑发展，对施工机械提出了新的要求。

于是，160TM附着式、45TM内爬式、120TM自升式等都由我国自己设计并制造；八十年代，国家建设突飞猛进，建筑用最大的250TM塔机也应运而生。

特别是1984年，首先在北京建工集团建机厂引进世界先进的法国POTAIN（波坦）公司技术并于次年成功试制了FO/23B塔机，这可以说是我国塔机发展史的里程碑，它大大缩短了我国与国外的差距，使我国塔机发展步入快行道。

塔吊的物理原理塔吊是一种常见的建筑工程机械设备，主要用于在建筑工地上起吊和运输重型材料和设备。

它能够在建筑工地上起重和水平运输重物，为施工提供了高效、便捷的条件。

塔吊的作用主要是通过电动机和液压系统进行驱动，利用钢丝绳进行起重和运输，从而实现对重物的起重和搬运。

塔吊的物理原理主要包括电动机原理、液压系统原理、起重原理和运输原理。

下面将对这些原理逐一进行分析介绍。

首先，塔吊的电动机原理。

塔吊的起重机构主要由电动机驱动钢丝绳上下运动，实现对重物的起重和放下。

电动机通过输电线路接收电能，将电能转化为机械能，从而实现外部的能量输入。

电动机主要通过电磁感应原理和电能转换原理进行工作，通过电流在磁场中受力使得转子转动，由此实现机械运动，达到提升或者放下重物的目的。

其次，液压系统原理。

塔吊的回转机构和升降机构通常均采用液压传动，通过液压泵将机械能转化为液压能，从而实现塔吊的回转和升降动作。

液压系统主要通过利用液体传递能量的原理，实现对从动机构的控制。

当液压泵工作时，将液体压力传递到液压缸或液压马达中，从而驱动从动机构做出相应的运动。

再者，起重原理。

塔吊的起重机构主要由电动机和钢丝绳组成，其原理是利用电动机带动钢丝绳卷筒运动，从而实现对重物的起重和放下。

在起重的过程中，电动机通过输电线路接收电能，将电能转化为机械能，从而使得钢丝绳上升或下降，实现对重物的提升或放下。

在整个起重过程中，需考虑到吊钩、吊绳、重物之间的相互作用力，以及电动机的工作效率等因素，从而实现安全、高效的起重作业。

最后，运输原理。

塔吊的运输主要依靠电动机和钢丝绳进行，其原理是通过电动机运动驱动钢丝绳，从而实现对重物的水平运输。

在运输的过程中，电动机带动钢丝绳卷筒运动，使得重物在水平方向上运动，从而实现对重物的搬运。

需要注意的是在运输过程中需对吊钩和吊绳的运动轨迹进行控制，确保安全稳定地进行搬运作业。

总的来说，塔吊的物理原理主要包括电动机原理、液压系统原理、起重原理和运输原理。

固定塔式起重机的应力与挠度分析与控制摘要：固定塔式起重机是目前广泛应用于建筑工地等领域的重要起重设备。

本文将对固定塔式起重机的应力与挠度进行详细分析与控制。

首先介绍固定塔式起重机的结构和工作原理，然后分析其在使用过程中可能产生的应力和挠度，并提出相应的控制方法。

最后根据实际情况，总结出优化固定塔式起重机结构和控制的建议，以提高其运行效率和安全性。

1. 引言固定塔式起重机是建筑工地等领域常见的重要起重设备，其通过吊臂实现货物的起升和移动。

在起重作业中，起重机的应力和挠度是影响其工作性能和安全性的关键因素。

因此，对固定塔式起重机的应力和挠度进行分析与控制具有重要意义。

2. 固定塔式起重机的结构和工作原理固定塔式起重机主要由塔架、吊臂、臂头、钢丝绳等部件组成。

它的工作原理是利用电动机驱动吊钩进行起升和移动操作，通过施加力矩实现平衡。

3. 固定塔式起重机的应力分析固定塔式起重机在使用过程中，容易受到垂直荷载和水平荷载的影响，引起应力集中。

主要的应力集中部位通常是吊臂的连接点和塔架的顶部连接点。

通过应力分析，可以确定固定塔式起重机的受力情况，为后续的挠度分析提供依据。

4. 固定塔式起重机的挠度分析固定塔式起重机的挠度主要受到三个因素的影响：荷载、自重和风载。

荷载是起重机所承受的物品重量，自重是起重机本身的重量，风载则是风力对起重机产生的压力。

通过挠度分析，可以评估固定塔式起重机在工作过程中的变形情况，为后续的控制提供依据。

5. 固定塔式起重机的应力和挠度控制方法为了减小固定塔式起重机的应力和挠度，可以采取以下控制方法：- 结构优化：通过改变各个部件的尺寸和材料，降低起重机受力情况，减小应力和挠度。

- 荷载控制：合理安排货物的数量和重量，减小起重机所承受的荷载，降低应力和挠度。

- 风力控制：采用风力传感器实时监测风力情况，并通过控制系统自动调整起重机的姿态，以减小风力对起重机的影响。

6. 固定塔式起重机结构和控制的优化建议基于对固定塔式起重机的应力与挠度分析与控制方法的总结，本文提出以下优化建议：- 采用高强度材料制造各个部件，减小起重机的自重，降低应力和挠度。

塔式起重机动力系数的计算与分析1引言动力系数是起重机械设计与分析的重要参数之一。

目前,在这方面的研究成果,大多集中于桥式类型起重机。

本文应用有限元法,研究了塔式起重机(简称塔机)的动力特性,并提出了塔机动力系数简化计算公式。

经实例验证、理论计算与实测结果相符,因此,有一定的实际参考价值。

2动力系数的计算用有限元法,将塔机空间桁架简化为平面混合框架计算模型。

吊重从地面提升时的激振荷载视为斜坡升载后保持恒定值,其动力响应为:吊重上升制动、下降制动的激振荷载视为阶梯函数,其动力响应为:以TQ1－6塔机为例,建立计算模型(图1),略去阻尼。

通过计算,得出在不同工况下,塔机各阶主振型、各阶主振型的固有频率ω;所取各节点的位移、内力、应力。

利用动应力与静应力之比,可求出各节点的动力系数ψ,即:部分计算结果(幅度R＝0．85 m、起重量Q＝6 t、臂架平行轨道)绘成曲线见图2～图4。

为了解吊重从地面提升及下降制动过程中,塔机的振动情况,可计算出各节点在振动中不同时刻的位移,如图5所示。

同样,也可计算出各节点在振动中不同时刻的内力,如图6所示。

3动力系数的分析由计算结果可知:3.1塔机是一个低频振动系统,且变形较大,在振动过程中,不仅有与荷载同方向的垂直振动,还有与荷载垂直的水平振动。

由于水平惯性力的影响,使塔根动力系数明显增大。

所以,整个塔机采用同一个动力系数,不符合实际情况。

图1计算模型图2 0．6m／s,吊重从地面提升时ψ（ω）－Q曲线图3吊重从地面提升时ψ－V曲线1．塔根2．塔腰3．塔顶4．塔尖5．变幅钢丝绳6．吊臂7．吊钩;V——吊重提升或下降速度。

图4吊重下降制动时ψ－V曲线图5吊重从地面提升时的位移曲线1．吊臂端水平位移2．吊钩垂直位移3．吊臂端垂直位移4．塔腰水平位移图6吊重从地面提升时的内力曲线1．塔根弯矩2．塔腰弯矩3．塔尖弯矩4．吊臂压力5．吊钩拉力3.2同一工况下,吊重从地面提升时,各节点的动力系数均随吊重提升的瞬时速度增加,呈线性增大。

建筑力学受力分析报告专业：建筑工程技术班级：技术6姓名：******学号：******塔吊的基本组成：塔机的金属结构是构成塔吊的重要部分。

常见的金属结构是起重臂、塔身、转台、承座、平衡臂、底架、塔尖等组成。

塔吊的示意图：塔吊的作用：塔吊主要用于建房时吊装各种材料，如模板、钢筋；也可以用于装卸。

塔吊的结构图：塔吊的受力分析：塔吊的静力学分析先考虑满载时的情形，对塔吊整体为研究对象．要保证机身满载是平衡而不向右倾倒，则必须∑M B=0, W2(a+b)-F A b-W1-W max l max=0；限制条件F A≥0．再考虑空载时的情形，这时W＝0. 要保证机身空载时平衡而不向左倾倒，则必须满足平衡方程：∑MA＝0， W2 a+FBb-W1(b+e)=0； F1限制条件FB≥0．F x对图2-2塔吊的平衡臂，由平衡 l2条件得：m1g Fy∑Fx=0, F1cosθ=Fx； l1∑Fy=0, F1sinθ+Fy=W2+m1g；W2∑M=0， (F1sinθ-W2)l1=m1gl2；塔吊平衡臂受力情况运动力学分析：塔吊的运动学模型图所示，塔吊的运动情况有几个分运动组成。

以下进行详细分析说明。

Ⅰ：重物分运动的情况：①重物在塔吊吊索的提升下在竖直方向向上或向下平动；②重物在变幅小车的作用下沿水平方向向左或向右平动；③在旋转机构的作用下塔吊吊臂在水平面内转动，从而带动重物在水平面上转动。

Ⅱ：在三维空间坐标系下，重物相对于固定参考系的运动情况：z以地面作为固定参考系，连体基建立在塔吊吊臂上。

当重物同时参与三个分运动时，则重物的绝对运动是重物三y个分运动的合运动，这种运动有点复杂，且不容易进行操控。

一般情况下塔吊在工作时，不同时参与三个分运动，基本上是O x一个或两个运动的合成，这样容易操控，且不容易出现危险。

Ⅲ：重物运动时的速度分析：在塔吊工作时，重物一般情况下都应该是匀速运动，则根据速度合成法重物的绝对速度就等于两个平动速度和一个转动速度的合速度。