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基于Ansys的塔式起重机地震反应谱分析秦仙蓉 赵俊陆 王玉龙 张 氢 孙远韬同济大学机械与能源工程学院 上海 201804摘 要：塔式起重机在工程建造中发挥着重要作用，但因其具有高耸大跨度的细长结构，在地震的作用下可能造成结构损伤或破坏，有必要在设计阶段即对塔式起重机进行地震反应谱分析。
文中标定了利用Ansys平台进行反应谱分析的基本流程，构建了1个单自由度和1个二自由度系统，分别利用理论计算和Ansys数值模拟完成了这2个系统的地震反应谱分析，并分析对比这2种方法所得结果，实现了对Ansys分析流程的标定。
另外，根据经过理论标定的分析流程，对某型塔式起重机进行了反应谱分析，分别在平行、垂直于该塔式起重机模型臂架的方向施加地震加速度谱，合并生成各阶模态结果，可知模型垂直于臂架方向具有更强抗震性能。
关键词：塔式起重机；反应谱；结构；有限元；地震响应；分析中图分类号：TH213.3 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2023）15-0018-05Abstract: Tower crane plays an important role in engineering construction. However, due to large span, it may suffer structural damage or destruction in case of an earthquake. Therefore, it is necessary to analyze the seismic response spectrum of tower crane in the design stage. In this paper, the authors calibrated the basic process of response spectrum analysis through Ansys platform, constructed a single-degree-of-freedom system and a two-degree-of-freedom system, and analyzed the seismic response spectrum of these two systems by theoretical calculation and Ansys numerical simulation respectively, and compared the results, thus realizing the calibration of Ansys analysis process. In addition, according to the theoretically calibrated analysis process, the response spectrum of a tower crane was analyzed, and the seismic acceleration spectra were applied in the directions parallel to and perpendicular to the boom of the tower crane model, and the modal results of each order were generated. The results show that the seismic performance perpendicular to the boom direction is better. Keywords:tower crane; response spectrum; structure; finite element method; seismic response; analysis0 引言地震反应谱分析由美国学者Biot M A在20世纪40年代提出的[1]，描述了不同自振频率的弹性单自由度系统中相同阻尼比在地震激励下产生的最大响应与自振周期的关系[2]，广泛应用于结构抗震设计过程中。
基于ANSYS的塔式起重机结构分析符国炎【摘要】以QTZ6012塔式起重机为例探索建立一种基于ANSYS的建模分析(塔式起重机结构分析的简化、单元选择、建立模型、载荷情况、设计工况计算、结果与分析)的研究方法,以达到从设计阶段找出塔机工作状态的危险部位及应力水平的目的,从而为塔式起重机的设计计算、检验检测和安全评估提供可靠数据和方法.【期刊名称】《建筑机械（上半月）》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】3页(P135-137)【关键词】塔式起重机;结构分析【作者】符国炎【作者单位】广东省建筑科学研究院集团股份有限公司,广东广州510500【正文语种】中文【中图分类】TH2121.1 模型简化由于回转支承结构等实体部件相对塔式起重机整体结构而言几何尺寸较小，而刚度较大、质量较为集中，当对塔机结构进行整体分析时，可以将回转支承结构等实体部件采用梁杆单元进行等效，使塔机的整体分析中只包含梁单元，避免了具有不同结点自由度的梁单元和板壳单元的联接问题。
另外，一般塔机都具有几百甚至几千根杆件，其输入数据文件已经很大，如果再同时分析回转机构的板壳结构，更将大大增大数据文件，甚至超出了计算机的工作能力。
在作完整体分析之后，再将整体分析中得到的等效单元的结点力作为外载荷，采用板壳单元单独分析回转机构。
根据设计规范的规定，塔机必须工作在材料弹性范围内，且对一般的中小型塔机的分析不必考虑非线性因素，因此QTZ6012塔机只讨论线性分析。
（1）塔身、起重臂主弦杆和腹杆的每个连接点根据实际尺寸建立节点，每节塔身、起重臂的连接点也建立节点。
（2）塔机模型应与实际形状保持几何上的相同，对研究问题影响不大的局部结构适当简化。
（3）模型的边界约束条件应与塔机实际工作时保持一致。
塔身底部结构刚度很大，又与地基用地脚螺栓相连，则认为在底部能承受弯矩，假定它是固接支座，约束线位移UX=0、Uy=0、Uz=0；角位移R0TX=0、R0Ty=0、R0Tz=0；平衡臂、起重臂、塔帽与塔身连接节点约束线位移UX=0、Uy=0、Uz=0；角位移R0Ty=0、R0Tz=0；平衡臂拉索、起重臂拉索与平衡臂、起重臂、塔帽连接节点约束线位移UX=0、Uy=0、Uz=0；角位移R0Ty=0、R0Tz=0。
基于ANSYS的塔式起重机塔身的静力学分析摘要：本文基于ANSYS软件，结合塔式起重机的结构特点和工作情况，对起重机塔身进行静力学分析。
针对塔式起重机塔身进行了应力和变形仿真计算分析，包括对塔身进行网格划分、施加载荷、固定约束和求解分析等。
结果表明，塔式起重机塔身结构符合要求。
关键词：ANSYS；塔式起重机；有限元分析；应力0引言随着国家现代化建设进程不断加快，对塔式起重运输机械的需求量也越来越大。
塔式起重机在多数情况下都是满载重载工作，各结构都承受较大的应力，因此对起重机在工作过程中的安全性能有很高的要求。
目前，对塔式起重机的安全性研究就是要在保证其施工效率的基础上最大程度地降低其发生安全事故的可能性，对塔式起重机的安全性分析主要可考虑以下两个方面塔式起重机自身的设计和操作人员的操作技术。
其中对起重机自身的设计有严格的要求。
随着科学技术和计算机技术的快速发展，使得ANSYS等仿真分析软件在机械领域广泛运用。
采用有限元分析的方法对塔式起重机进行仿真分析，可为实现产品轻量化提供参考。
本文以塔式起重机塔身为研究对象，运用ANSYS软件对塔式起重机塔身进行应力和变形仿真计算分析，通过ANSYS软件实现网格划分、施加载荷、固定约束和求解分析等过程，得到了塔式起重机塔身结构的应力应变图，最后分析塔身结构是否符合要求。
1建立有限元模型1.1有限元模型该模型运用SolidWorks建模软件建立，在建模过程中，将根据QTZ63塔式起重机塔身的实际结构特点，对其有限元模型做适当的简化，如忽略焊缝对塔机的影响，轴销连接均按固定连接对待等。
把建立的模型导入到ANSYS Workbench 中。
有限元模型如图1所示。
塔机塔身材料为Q235，其材料物理性能参数如表1所示。
表1 材料物理性能参数材料密度弹性模量泊松比Q 2357.8520.25图1 塔机塔身有限元模型1.2网格划分进入Mesh划分网格，选择所有实体，然后在Element Size中输入网格尺寸为500mm。
QTZ63C塔式起重机QTZ63C塔式起重机是满足GB/T9462<<塔式起重机技术条件>>和GB5144<<塔式起重机安全规程>>等标准设计的加强型塔式起重机，额定起重力矩63t·m ，最大起重量为6吨，有TC5610、TC5013、TC4516等类型。
该机起升机构变极调速，回转机构为变频调速机构，变幅机构行星齿减速机内置卷筒，电控系统采用进口元件，安全保护装置为机械式或机电一体化产品，齐全可靠，该机具有固定、行走、附着、内爬等工作型式，可满足城市中高层建筑、工业厂房、电站水坝、桥梁等各种建筑施工的需要。
QTZ63C（5211）技术参数【起升机构】:起升机构(1560Kg)采用YZTDF225L2-4/8/32型三速电机，由电机通过齿形联轴节带动减速箱，再驱动卷筒。
使起升获得三种不同的起升速度，启制动平稳，冲击小。
当采用2绳时速度可达80m/min、40m/min、1 0m/min，采用4绳时可达40m/min、20m/min、5m/min。
在减速箱输入轴端装有液压推杆制动器（YWZ3-315/45）(见图4-13)。
在卷筒一侧装有高度限位器，高度限位器可根据所需高度进行调整,控制可靠、操纵简单、维修方便。
【回转机构】:回转机构是为塔机上部回转提供动力的传动装置，该装置由尾部带制动器的力矩电机、行星减速器、小齿轮、回转限位器等组成；安装在上支座上，其小齿轮与回转支承的大齿圈啮合。
减速器输入端带有一个常开状态的盘式制动器；可用于塔机顶升以及固定点作业时起重臂制动定位。
回转限位器用于控制塔机在某一个方向只能回转540°，以防扭断电缆。
【变幅机构】:变幅机构(320Kg)采用双速电机YDEJ132-4/8-3.3/2.2驱动，经由行星减速器带动卷筒，通过钢丝绳使载重小车获得23/46m/min两种速度在起重臂架上来回高速运行。
电机尾部带有一盘式制动器，当小车电机断电时延时制动。
QTZ63（JH5210）塔式起重机的构造简述及注意事项北京九虹重工QTZ63（JH5210）自升式塔式起重机由钢结构、工作结构、安全保护装置、电气控制与操纵系统组成。
整机的地梁被紧固于专用的混凝土基础上，其上部与塔身连结，塔身上端与下支座下面连接，下支座下面同时与套架连接，下支座上面与回转支承的外圈连接。
紧固在回转支承内圈上的转动部分包括:上支座、塔帽、起重臂、平衡臂、变幅小车与吊钩、配重、起升机构、回转机构以及司机室等，这些部件均可以绕塔身轴心线在各自水平面内一起作540°的全方位回转。
起重臂用两根起重臂拉杆与塔帽连接，其根部与上支座销轴连接，平衡臂则用两根平衡臂拉杆与塔帽相连，其根部与上支座销轴连接。
起升机构设在平衡臂中后部，回转机构布置在回转上支座的两侧，右侧是司机室，变幅小车和吊钩由设在位于起重臂靠近臂根处的变幅机构牵引，沿起重臂纵轴线做水平往复运动。
塔身高度由地梁、标准节的高度组成，独立高度由11节标准节组成，最大起升高度120m时，由48节塔身节组成，同时有6道附着装置。
附着预埋件埋于事先计划好的附着高度位置，以便用附着撑杆将塔身附着于建筑物上。
顶升机构由套架和液压顶升装置两部份组成，套架为框架式空间钢结构件，用销轴与下支座相连，其后侧装有液压顶升装置的顶升油缸及顶升横梁，液压泵站放置在套架工作平台上，顶升时顶升横梁顶在塔身的踏步上在油缸的作用下，套架连同下支座以上部分沿塔身轴心线上升，油缸顶升两次，可引入一个标准节。
起升高度不超过30米时，采用独立式，大于30米时采用附着式，附着时不论任何情况下，上部悬臂部分不得大于20米。
独立高度时标准节11节。
附着时可根据需要增加标准节和附着装置。
一、钢结构部分：钢结构部分主要有地梁、标准节、基础节、附着装置、回转支承、下支座、上支座、塔帽、司机室、平衡臂、起重臂、起重臂拉杆、变幅小车及套架等。
二、工作机构：工作机构包括：起升机构、回转机构、变幅机构及液压顶升机构等部分。
