移动式狂呼游艺机主体钢结构力学分析docx

　　移动式“狂呼”游艺机主体钢结构力学分析冯小勇要:采用有限元分析软件MIDASGEN对移动式“狂呼”游艺机的主体钢结构建立了使用状态中几种运行工况的有限元模型，并针对移动式“狂呼”游艺机的状态非线性特点进行了有限元分析，提出了这种结构在求解状态非线性过程中力学分析方法。关键词:“狂呼”游艺机，钢结构，状态非线性，力学分析中图分类号:TU311文献标识码:A移动式“狂呼”游艺机主体采用钢结构，除机械传动部位外，整体框架使用的材料为Q235B钢，屈服强度为235MPa。“狂呼”游艺机有两根旋转大臂，呈180直线形，每根旋转大臂下部有一个转动座椅，每个转动座椅自重100kg70kg“狂呼”主体结构高度为30m，底盘尺寸为1212m。其立面图如图所示。的梁单元之间采用自由度刚体耦合的方式传递内力，重力加速度运行工况由于“狂呼”游艺机在使用状态下其大臂是绕主轴以一定的角速度旋转的，因此受力过程不同于通常静止不动的结构，是随时间不断变化的。对这个变化的过程可以选取一定数量的不利运行状态利用静力学的方法进行求解。对于“狂呼”游艺机的运行特点，可以选取如下的三种不利运行工况进行静力学分析，对于每个运行工况均独立建立其有限元模型:“狂呼”旋转大臂运行至竖直状态(大臂和水平面处于90和水平面处于45夹角;“狂呼”正立面图以往游艺机多采用固定式，即主体结构和地面固定，不能移但由于近年来具有临时性的一些嘉年华或娱乐活动频繁，需要在一些临时场地架设游艺机。这些游艺机经常在不同的地点使用，因此主体结构和地面不固定，便于游艺设备的频繁移动。但这种移动式的游艺机也带来了同以往固定式游艺机不同的受力特点，其结构的整体稳定性更应受到关注。基于移动式游艺机的不同受力特点，本文利用有限元分析软GEN对移动式“狂呼”游艺机的主体钢结构建立了使用状态中几种运行工况的有限元模型并进行了分析，对这种结构的力学分析方法进行了研究。“狂呼”主体结构杆件恒载由程序自动考虑，转动座椅自重作为恒载施加于旋转大臂结构下托架处相应的个位置上;乘客重量作为活载也施加于大臂结构下托架处相应的动座椅自重作用位置)。此外为增强移动式“狂呼”主体结构在运行状态下的稳定性，在活动底座的钢管内充满水，并在底座的三个撑杆角点处增加10kN的配重;增加的荷载以恒载的形式施加于活动底座上。“狂呼”旋转大臂在运行过程中将以min的速度旋转，此时由旋转大臂、托架、转动座椅以及乘客的质量会产生离心力，将此离心力作为活载施加于“狂呼”结构。计算离心力时，偏于安全的将旋转大臂、托架、转动座椅以及乘客的质量均集中于旋转大个位置上(同转动座椅自重作用位置)。离心力的计算如下所示:mv13．539kN“狂呼”有限元模型c）主轴局部模型其中，n75kN计算模型的建立在有限元分析软件MIDASGEN中采用梁单元来模拟“狂呼”的立柱、撑架、旋转大臂、托架等杆件，“狂呼”旋转臂中心的主轴采用板单元模拟，旋转臂中心主轴的板单元和旋转大臂、撑架风荷载作用在结构单位面积上的风荷载标准值应按下式计算:收稿日期:2011-07-29作者简介:冯小勇(1978-，男，工程师，一级注册建造师，葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北宜昌443002，女，工程师，一级注册结构师，中机国际(西安)技术发展有限公司，陕西西安710054，男，助理工程师，葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北宜昌443002冯小勇等:移动式“狂呼”游艺机主体钢结构力学分析51支座反力出现负值(拉力)，会脱离地面。因此需要释放产生拉力风载下支座反力值(第1)种情况)kN其中，ω为作用在结构单位面积上的风荷载，kN为重现期调整系数(根据GB50068-2001建筑结构可靠度设计统一标准，对安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件，不应小于系以当地比较空旷平坦地面、离地1010min平均最大风速为标准，其值应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》的规定采用，根据10高度处我国各地基本风压，本设计考虑到游艺机的地区广泛适应性，按广州取风载下支座反力值(1号支座释放)kN地震荷载按抗震设防烈度20g，特征周期35s，阻尼比取GB50011-2010建筑抗震设计规范采用反应谱法进行计算。“狂呼”主体结构地震计算取12个振型，振型组合类型采用CQC支座约束移动式“狂呼”游艺机放置于地面之上，其支架和地面直接接触，不设置锚栓。这样主结构分析时支架在侧向荷载(如风荷载)用下某些支撑点可能会脱离地面，这是一种状态非线性。所谓状态非线性是指由于结构所处状态的不同所引起的响应非线性，状态非线性的刚度随状态的变化而变化。在本文分析中，由于不向荷载作用，会有不同的支撑点脱离地面，不同情况之间不能简单的通过线性组合得到，必须对每种情况分别进行分析。在进行“狂呼”结构分析时，底座的支座可先按三向固定支座考虑，再根据所求得的支座反力分为各种情况进行分析，支座编号如图的数值可以看到剩余的2，3，4，5号支座均受压，即剩余支座和地面接触，因此“狂呼”结构主体处于稳定状态，抗倾覆验算满足要求。可以以此时的状态作为第种情况的最终状态进行结构静力分析，结构主体的变形云图如图种情况下，结构最终的稳定状态是支座座处产生竖直向上的位移，其余支座位移均为0。其余工作状结语移动式“狂呼”游艺机主体结构的力学分析不同于固定式，主要原因是其支座直接搁置于地面，不设置锚栓，在力学状态上会有和地面接触、脱开两种状态，从而在力学分析中产生不同于常规结构分析的状态非线性现象。文章针对移动式“狂呼”游艺机的这种状态非线性特点进行了有限元分析，并提出了这种结构在求解状态非线性过程中的力学分析方法，真实反映了这种移动式结构的受力机理，从而确保了游艺机主体钢结构在各种运行状态下的稳定性和安全性。得到的上述一些结论可以为今后类似工程积累经验并提供借鉴。参考文献:力学分析在进行力学分析时，要按照前面选取的三种不利运行工况分别进行分析，以此来保证结构在各种运行状态下的安全性。本文由于篇幅的关系，仅列出第一种运行工况下的分析过程，其余运行工况的基本过程均相同。在第一种运行工况下“狂呼”旋转大臂运行至竖直状态(托架座椅一端处于最高点，一端处于最低点)。由于“狂呼”主体座反力在竖直方向不允许出现负值(即拉力)。首先假设“狂撑点脱离地面的方式不同，因此根据风荷载作用方向的不同可以分为四种情况:负向风载作用下。对每种情况均进行分析，这里仅列举第种情况下的分析过程，在荷载组合抗倾覆验算)下支座反力值如表北京:中国水利水电出版社，1998．大跨屋盖多点整体提升过程的力学形体研究［J］．建筑结构，2009(39)83-87．GB8408-2008，游乐设施安全规范［S］．00e+000-5.39395+000-1.11288+001-1.68637+001-2.25986+001 -2.833 35 +001 系数= 0E+00 MAX：10MIN：1 265 X：0.481 0.755Z：0.446 支座编号 133．09 11．48 14．86 289．73 19．43 77． 12 3319． 43 77． 12 轴正向，Z向反力负号受拉，正号受压 支座编号 101．88 239．59 50．49 24．48 93． 94