塔吊结构在风力及吊重耦合作用下的响应分析谭恺1于景龙2（1.山东丰汇设备技术有限公司，山东济南250131； 2.山东电力建设第一工 程公司，山东济南250131）摘要：随着经济和社会的发展，为适应工程施工及物流运输的需要，塔式起 重机的型式朝着塔身更高、塔臂更长的方向发展，而起重量也朝着更重的目标前 进这也给塔式起重机的设计计算与安全操作带来了挑战木文以QTZ25塔式 起重机为例，进行分析讨论关键词：塔式起重机；耦合作用；振动响应刖g塔式起重机作为一种高耸机械设备通常被应用在港口码头、工矿企业及建筑 工地中随着经济和社会的发展，高层建筑逐渐增多，塔式起重机的高度相应增 高，与此同时风荷载对塔吊的影响也随之增大1起升工况"载荷当塔吊突然起升货载时，会对结构产牛冲击作用，即产生了附加动载荷木 章采用如前文所述的方法，利用动载系数来考虑这种动载荷参考08版《起重 机设计规范》，选择最不利的起升状态级别HC4,并估算出起升动载系数φ2 为1.4在施加时间上，因塔吊在起升货载时，荷载并不是瞬间施加到吊钩上， 钢丝绳从松弛到张紧再使重物离地需要一定的时间，可取加载时间为0.2st261o 因此，设定起升冲击时问为0.2s,此时间段内，起升载荷大小从零上升到动载数 值，随即迅速降低，肓到降为货载重量为止。
1.2载荷的施加为了简便直观的进行动力学分析及后续各工况对比分析的需要，当对已建的 塔吊模型施加上述动载荷时，可采用下述分阶段的加载方式:(1) 初始平稳状态(即空载)：结构仅有自重等静态载荷此阶段设计载荷 时间为20s,时间步长为Is其目的是为排除因突加结构自重而产生的振动对后 续冲击振动造成的干扰，使静载荷因施加方式产生的振动，因结构阻尼的作用在 本阶段内消散，使结构的应力及变形趋于平稳从而达到静平衡状态2) 冲击状态：将冲击载荷施加到起重臂相应受力节点上(工作幅度最大 处)，载荷时间为O・2s,时间步长为O.OlSo(3) 振动响应状态：当冲击载荷施加完成以后，在起重臂相应受力点直接 施加货载重量，载荷时间180s,吋间步长为Iso本阶段通过设置足够长的时•间 以便分析结构受到冲击后的振动变化情况2卸载工况2.1荷载当悬吊的货载突然卸去吋，会对结构产生冲击作用，即产生了附加动载荷 本文采用如前文所述的方法，利用动载系数来考虑这种动载荷如前文所述，本 文参考《起重机设计规范》(GB3811. 2008),采用全部卸载时的卸载冲击系数， 以此系数与起升载荷的乘积来表示这种动载荷在卸除起升的全部起升质量R寸, 塔吊结构将承受与起升质量重量相反的载荷，此吋卸载冲击系数为负值，根据计 算可取0.5。
冲击吋间亦可取0.2s,在这段吋间内，结构起吊的荷载数值由货载 重量陡然反向增加为动载数值，而后迅速减小为零2.2载荷的施加为了简便直观的进行动力学分析及后续各工况对比分析的需要，当对已建的 塔吊模型施加上述动载荷吋，可采用下述分阶段的加载方式：(1) 初始平稳状态：结构上存在自重及货载重量此阶段设计载荷时间为 20s,吋间步长为Is其目的是为排除因突加静载荷(自重和货载)而产生的振 动对后续冲击振动造成的干扰，使静载荷因施加方式产生的振动，因结构阻尼的 作用在本阶段内消散，使结构的应力及变形趋于平稳从而达到静平衡状态2) 冲击状态：将冲击载荷施加到起重臂相应受力节点上f工作幅度最大处,载荷时间为0・2s,时间步长为O.OIs3) 振动响应状态：当冲击载荷施加完成以后，此阶段为空载，载荷时间 180s,吋间步长为Is本阶段通过设置足够长的吋问以便分析结构受到冲击后的 振动变化情况3 O°风工况塔身的观察节点由下往上编号分别为：第50号、第82号、第98号、第130 号、第158号、第192号，起重臂观察节点离塔身的距离由近至远编号分别为: 第276号、第329号，平衡臂观察节点为：第334号。
3.1塔身及塔顶节点位移响应观察塔身及塔顶节点位移响应的结果会发现：沿塔身从低至高，位移振动规 律一致，幅度增大，这和理论计算的结果是一致的3.2起重臂及平衡臂位移响应观察起重臂、平衡臂上个观察点的位移响应的结果会发现：在O°风工 况下，起重臂及平衡臂上各点的振动响应与同高度塔身节点的振动响应是一致3.3 O°风应力响应提取55个截面处的应力进行比较，可以发现在第3号单元(塔底)达到最 大，其值为236.3 MPA,如图所示塔身第3单元应力时间响应曲线4起升与0风荷载耦合工况起升过程可以存在于风作用的任意阶段，为使耦合工况更好的与起升工况、 风载工况进行比较，本文的加载方式模仿起升工况单独作用下模式，分三个阶段, 施加过程如下：(1) 风载单独作用下：设计载荷时间为20s,吋间步长为0.1s,此过程风 载单独作用2) 冲击荷载与风载共同作用下：将冲击载荷施加到起重臂相应受力节点 上(工作幅度最大处)，载荷吋间为0.2s,吋间步长为0.01s,此过程冲击荷载及 风载共同作用3）风载及吊重共同作用下：冲击载荷施加完成后，设置响应吋间180s, 时间步长为0.1s,此阶段吊重荷载及风载共同作用。
与前文相同，塔身的观察节 点由下往上编号分别为：第50号、第82号、第98号、第130号、第158号、 第192号，起重臂观察节点离塔身的距离由近至远编号分别为：第276号、第 329号，平衡臂观察节点为：第334号4.1塔身及塔顶位移响应观察塔身及塔顶节点位移响应的结果会发现：4.1.1沿塔身从低至高，位移振动规律--致，幅度增大4.1.2在有冲击激励（起升）吋刻振幅会发生突变，随后振动趋势与风载单 独作用下一致4.2起重臂及平衡臂位移响应观察起重臂、平衡臂上各观察点的位移响应结果会发现：在起升与0° 风耦合工况下，起重臂、平衡臂上各观察点的振动响应与同高度塔身节点的一致4.3应力响应提取55个截面处的应力进行比较，可以发现在起升与O°风荷载耦合工 况中，第1号单元（塔底）的应力最大，其值为262.3MPA5卸载与O°风荷载耦合工况卸载过程可以存在于风作用的任意阶段，为使耦合工况更好的与卸载工况、 风载工况进行比较，本文的加载方式模仿卸载工况单独作用下模式，旋加过程如 下：（1） 风载及吊重共同作用下：设计载荷时间为20s,吋间步长为0.1s,此 过程吊重荷载及风载共同作用。
2） 卸载冲击荷载与风载共同作用下：将冲击载荷施加到起重臂相应受力 节点上（工作幅度最人处），载荷时间为0.2s,吋间步长为0.01s,此过程卸载冲 击荷载及风载共同作用3） 风载单独作用下：冲击载荷施加完成后，留给响应时间180s,吋间步 长为0.1s,此阶段风载单独作用与前文相同，塔身的观察节点由下往上编号分 别为：第50号、第82号、第98号、第130号、第158号、第192号，起重臂 观察节点离塔身的距离由近至远编号分别为：第276号、第329号，平衡臂观察 节点为:第334号5.1塔身及塔顶位移响应观察塔身及塔顶节点位移响应的结果会发现：5.1.1沿塔身从低至高，位移振动规律一致，幅度增大5.1.2在有卸载冲击激励吋刻振幅会发生突变，随后振动趋势与风载单独作 用下一致5.2起垂臂及平衡臂位移响应观察起重臂、平衡臂上各观察点的位移响应结果会发现：在卸载与0风耦 合工况下，起重臂、平衡臂上各观察点的振动响应与同高度塔身节点的一致5.3应力响应提取所选择的55个截面处的应力并进行比较，可发现：在卸载与O°风荷载耦合工况中，在第3号单元（塔底）的应力最大，其值为236.1MPAo6结语综上所述，无论是起升工况还是卸载工况,起重臂上距回转中心越近的节点, 振动幅度则越小；在冲击荷载（起升、卸载）的作用下，起重臂与其对应拉杆连 接处以及起重臂与塔身连接处的应力较大，有可能会最先达到屈服，所以在设计 塔吊时要特别注意。
参考文献：⑴崔乐芙.建筑塔式起重机[M]・北京：中国环境科学出版社，2011[2]朱冰，谷立臣，姬鹏斌.QTZ630塔式起重机的有限元动力学分析[J]・建筑机械，2011 （15）。