主梁的案例
雙梁橋式起重機箱形偏軌主梁CAE設計方法
1 雙梁箱形偏軌主梁的結構設計
雙梁箱形偏軌主梁的斷面圖如圖1所示，其結構設計的主要工作是進行鋼結構尺寸設計并驗算尺寸的合理性，在滿足設計要求的條件下，盡可能地減少主梁重量以節約制造成本。
圖1 雙梁橋式起重機箱形偏軌主梁斷面圖
1.1 雙梁箱形偏軌主梁建模
首先根據10T-22.5 m型雙梁箱形偏軌主梁的尺寸建立偏軌主梁的初始模型。在Creo軟件中繪制雙梁箱形偏軌主梁模型，模型主要包括上蓋板、下底板、兩塊腹板以及方形鋼軌道。上蓋板和方形鋼軌道可通過RIGHT面建立斷面圖，然后向兩側拉伸，與端梁連接的部分可任選一端進行繪制，然后以RIGHT面為鏡像平面進行鏡像。繪成的雙梁箱形偏軌主梁模型如圖2所示。
圖2 雙梁箱形偏軌主梁模型示意圖
1.2 有限元前處理
文中在Creo軟件中對雙梁箱形偏軌主梁模型進行網格劃分和施加約束載荷等前處理操作，最后生成有限元模型再導入ANSYS軟件中進行有限元分析。此方法汲取了Creo軟件和ANSYS軟件各自的優點，為雙梁箱形偏軌主梁CAE系統的開發建立了基礎。
1.3 雙梁箱形偏軌主梁CAE系統的搭建
建立好初始模型，以可視化的VB平臺為基礎，搭建雙梁橋式起重機箱形偏軌主梁CAE系統，實現三維模型設計和有限元處理的自動化。搭建系統所需要的關鍵技術就是利用VB對Creo軟件和ANSYS軟件進行一定程度的二次開發。通過二次開發，設計人員只需輸入設計尺寸，系統在后臺完成雙梁箱形偏軌主梁的模型設計，然后調用ANSYS軟件進行有限元求解，從而實現雙梁橋式起重機箱形偏軌主梁的快速設計開發。
2 基于VB的Creo二次開發
2.1 AGW的連接
Creo的二次開發方式有很多，其中以AGW軟件為橋梁，利用VB對Creo進行二次開發是相對方便快捷的。
展開 基于Inspire的液壓挖掘機中部平臺主梁拓撲優化設計
故選用 C 工況對中部平臺的主梁進行有限元分析和結構優化。
2.3約束和載荷的施加
回轉平臺支承于回轉支承之上，通過螺栓與回轉 滾盤相連。 考慮到平臺與滾盤連接處剛度較大，用剛性固定支承作為邊界條件，對支承襯板的連接面采用 固定約束。 對典型工況施加所有載荷和邊界條件。
2.4主梁結構分析
經過計算得到主梁應力云圖。 在工作過程中，主梁主要承受尾部的配重及與大臂相聯接處的鉸鏈載荷。在這兩種載荷的作用下，主梁易產生扭矩，引起回轉平臺扭曲，故左右兩梁的中間聯接板不在輕量化設計范圍內。 主梁的兩個側梁內部受力較小，不存在應力集中，且安全系數都在 10 以上，故對左右梁內部進行優化處理和輕量化設計。
3主梁優化設計
根據有限元分析結果，確定左右梁為設計空間，4 個鉸鏈孔定義為非設計空間。定義拓撲優化目標為最大頻率下的最大剛性要求，材料使用量為 5％，原鋼 板厚度（30 mm）不變，對設計空間進行優化，如圖 5所示。
圖 5 拓撲優化結果
通過優化后結果可以看出，左右梁內部材料被大量去除，這與設定的優化設計空間相符。在此優化結果的基礎上，使用 Pro/ E 對主梁進行二次設計，優化后的結構如圖 6 所示。
圖 6 優化設計后的模型
將優化設計后的模型導入 ANSYS 中進行有限元分析（見圖 7），最大應力出現在主鉸鏈處，為 37．953MPa，可以滿足工作要求。左右梁未出現應力集中等情況，且各應力值較小。
展開 起重機主梁的優化設計
起重機主梁的受力狀況相對來說較為簡單，縱觀整個起重機，貨物由行駛在主梁上的小車吊起，小車再通過車輪將所受到的力傳遞到主梁上，與此同時， 主梁還有受到其自身產生的重力作用，兩者共同組成了起重機主梁的外界載荷。除此之外，還要考慮到由于小車啟動或者急停時帶來的沖擊，因此還要求主梁有一定的強度和剛度。
對起重機主梁的靜力分析固定載荷取極限工況，施加載荷處位于起重機主梁的中間位置，在受載位置附近創建rb2單元并施加集中載荷。約束梁兩端的安裝連接處。材料為Q235鋼。
對模型抽中面后進行加載，原模型極限工況結果如圖1所示：
圖1 原模型極限工況
由原模型分析結果可知最大應力70.6MPa，最大位移4.8mm，一階模態頻率7.2HZ。剛強度結果遠低于Q235材料的極限范圍，有較大優化空間。
由于主梁側板的應力值較小，考慮進行一些挖孔減重處理。采用拓撲優化以側面區域為設計空間，綜合考慮左、中、右側三個極限工況，以volumefrac為約束，最小化weighted comp為的目標。對優化結果提取并幾何重構后得到如圖2所示的模型：
圖2 拓撲優化幾何重構
為了更好地減重要求在剛強度不超過原模型的情況下采用尺寸優化尋求在設計允許范圍內的料厚最優分布，為了提高可制造性厚度離散化增量為0.1mm。在實際生產中，由于小車的激勵作用，起重機主梁通常的受載頻率取值范圍會在 2~5HZ，故要求優化后固有頻率不小于原模型的8HZ。尺寸優化后結果如圖3。
展開 基于SimSolid的某橋式起重機主梁不同分析參數的對比分析
圖2 起重機主梁與臺車假體之間通過虛擬銷軸連接
在軌道跨中位置，根據起重機小車的車輪位置，建立8個Spot區域，方便后續施加載荷。
圖3 起重機主梁的8個Spot區域
4. 載荷工況
整個主梁的4個臺車處采用簡支約束；每個Spot區域加載-Z向100t的作用力；考慮自重。
圖4 載荷工況示意圖
5. 分析參數設置
在SimSolid軟件的Project solution settings中的3個參數：Max number of adaptive solution；Adapt to features；Adapt to thin solids。
本文所分析的起重機主梁由許多板件焊接而成，并且有圓角、門洞等應力集中的區域，故這3個分析參數對該主梁的分析結果均會有影響。
展開 
國內首座獨柱分離式主梁鋼塔斜拉橋
造價方面，獨柱塔少了一個塔肢，用鋼量最少，雖然增加了兩幅主梁間橫梁用鋼量，但鋼塔的綜合單價比鋼箱梁高，獨柱塔造價最低。因此本橋雖為雙塔斜拉橋，但每個索塔采用獨柱結構的鋼塔。
采用獨柱鋼塔，主梁如仍舊是整體斷面，橋面須在索塔處開孔使塔柱穿過，橋面部分有較大的浪費。由于本橋設置有人非系統，雙向六車道一級公路標準斷面寬度33.0m，主橋兩側另設4.0m的人非寬度，不含錨索區及風嘴，橋面寬度已達41m。采用獨柱塔，塔柱在主梁處的截面尺寸約8～10m寬，兩幅主梁將拉開或開孔10m左右，橋面總寬將達到55m左右（含錨索區和風嘴），主梁宜采用分離式鋼箱梁。本橋采用左右兩幅分離式鋼箱梁斷面，兩幅梁之間用箱形鋼橫梁連接，可以減輕主梁自重，減少鋼材用量。另外，拉索從獨柱鋼塔上拉到主梁兩側機動車道外側，形成空間雙索面，人非系統懸挑于拉索之外，行人與非機動車視野開闊，整個斜拉橋的塔、梁、索、橫梁骨架清晰，立體感分明，有較強的美感。獨柱鋼塔見圖3。
圖3 索塔構造圖（單位：cm）
獨柱鋼塔由于橋面以上塔柱截面尺寸較小，而且鋼結構阻尼比小，易產生風振問題。對于矩形塔柱這種細長的鈍體斷面，可能發生的風振是馳振、渦振及抖振。通過數值風洞試驗和模型試驗，證明本橋獨柱塔無馳振這一發散的危險性振動，但在特定風速下，在橋塔自立狀態（即塔柱施工完掛斜拉索之前），可能產生較大振幅的渦激共振。進一步的風洞試驗研究表明，通過提高獨柱鋼塔的阻尼比，可以有效地減小渦振振幅。我國公路橋梁抗風設計規范中，鋼結構的阻尼比為0.5%，但實測的國內泰州大橋鋼中塔及日本的許多鋼塔，阻尼比均小于0.5%。日本規范建議對不同的振動頻率，采用不同的阻尼比。
展開 棧橋計算書（工字鋼主梁） ￥2
2.2.4、主梁
棧橋采用6根I56a工字鋼作為主梁，6根I56a主梁中心間距1000mm。主梁與I20a橫梁及I36a分配梁均焊接牢固。
2.2.5、樁頂分配梁
I56a主梁支承在2根I36a工字鋼分配梁上，2根I36a分配梁間采用間斷焊接。分配梁嵌入鋼管樁內260mm，以保證分配梁的橫向穩定性。主梁與分配梁焊接牢固。
2.2.6、基礎
2.2.6.1、橋臺
東岸LDK673+330處設重力式橋臺，橋臺基礎底面尺寸為6200×1400mm，其余為鋼管樁基礎。橋臺臺帽頂貝雷片位置預埋δ＝20mm的鋼板，防止壓碎橋臺混凝土。橋臺基礎采用C25混凝土，設一層Φ16鋼筋網片，臺背采用C30混凝土，設一層Φ16鋼筋網片。
2.2.6.2、鋼管樁基礎
基礎采用Φ600×10mm鋼管樁，每排3根，中心間距2250mm。鋼管樁間采用[20a連接系連接，樁頂設260mm凹槽，2根I36a工字鋼分配梁嵌入鋼管樁中。其中LDK673+438鋼管樁外設草袋圍堰護坡，護坡坡度1：1.5。
鋼管樁底高程1091.60m，樁頂高程1111.038m，鋼管樁長度20.0m，鋼管樁伸入一般沖刷線下10.9m。
2.2.7、附屬結構
棧橋欄桿立柱采用Φ48×1000mm鋼管焊接在I20a橫梁上，鋼管立柱間距1500mm，立柱間采用Φ20鋼筋連接。
棧橋兩側每隔10m設置一道警示燈，以便夜間起到警示作用，防止船舶撞擊棧橋。
3、主要工程數量
本棧橋起始里程：LDK673+330，終點里程：LDK673+438，中心里程：LDK673+384。跨徑布置為9×12m，棧橋全長108m。
展開 ALOF含缺陷設備的軟件安全評定計算軟件——門式起重機主梁的角焊縫分析
ALOF含缺陷設備的軟件安全評定計算軟件——門式起重機主梁的角焊縫分析
1、背景介紹及模型簡化ALOF實現
門式起重機主梁的角焊縫是最容易出現裂紋擴展的區域之一，我們以此部位為例介紹ALOF確定漏檢設備檢修周期的過程。
圖1.門式起重機示意圖
圖2.門式起重機主梁參數化建模對話框與參數化模型
通過對該設備進行現場儀器探測和主梁模型的有限元分析，發現在某角焊縫處存在最大拉應力σm=150MPa，該部位受力如下圖3所示：
圖3角焊縫模型
該角焊縫處存在一漏檢表面裂紋，以探測設備的漏檢長度作為裂紋初始長度，裂紋長度a =2mm，如下圖4所示。對該角焊接局部區域建立有限元模型，并定義初始裂紋，進行檢修周期的計算，有限元模型如圖5所示。
(b) 生成平面網格模型 (c)拉伸得到實體網格模型
圖4.角焊接區建模過程
2、計算結果展示
圖 5.角焊接處裂紋擴展結果展示
圖6.動態裂紋擴展過程應力云圖、網格變化及散點圖
3、確定檢修周期。
(a) 安全系數與疲勞次數關系曲線 (b)裂紋擴展量和疲勞次數關系曲線
圖7.疲勞次數分析結果
由圖可知，該裂紋在應力循環1.4百萬次以后，安全系數急劇變小，疲勞次數也趨于一極限值，此時結構將發生破壞，而裂紋擴展前十步的疲勞次數達到總壽命的95%以上，故取該疲勞次數來確定檢修周期，根據國內外實踐經驗通常取疲勞擴展次數的十分之一作為檢修周期，所以該設備的檢修周期為：
檢修周期=1.46百萬次÷每日使用次數200÷一年365天÷保守系數10=2年
展開 ALOF三維裂紋擴展仿真實例——門式起重機主梁的角焊縫分析
ALOF含缺陷設備的軟件安全評定計算軟件——門式起重機主梁的角焊縫分析
1、背景介紹及模型簡化ALOF實現
門式起重機主梁的角焊縫是最容易出現裂紋擴展的區域之一，我們以此部位為例介紹ALOF確定漏檢設備檢修周期的過程。
圖1.門式起重機示意圖
圖2.門式起重機主梁參數化建模對話框與參數化模型
通過對該設備進行現場儀器探測和主梁模型的有限元分析，發現在某角焊縫處存在最大拉應力σm=150MPa，該部位受力如下圖3所示：
圖3角焊縫模型
該角焊縫處存在一漏檢表面裂紋，以探測設備的漏檢長度作為裂紋初始長度，裂紋長度a =2mm，如下圖4所示。對該角焊接局部區域建立有限元模型，并定義初始裂紋，進行檢修周期的計算，有限元模型如圖5所示。
(a) 導入二維CAD模型 (b) 生成平面網格模型 (c)拉伸得到實體網格模型
圖4.角焊接區建模過程
2、計算結果展示
圖 5.角焊接處裂紋擴展結果展示
圖6.動態裂紋擴展過程gif
3、確定檢修周期。
(a) 安全系數與疲勞次數關系曲線 (b)裂紋擴展量和疲勞次數關系曲線
圖7.疲勞次數分析結果
由圖可知，該裂紋在應力循環1.4百萬次以后，安全系數急劇變小，疲勞次數也趨于一極限值，此時結構將發生破壞，而裂紋擴展前十步的疲勞次數達到總壽命的95%以上，故取該疲勞次數來確定檢修周期，根據國內外實踐經驗通常取疲勞擴展次數的十分之一作為檢修周期，所以該設備的檢修周期為：
檢修周期=1.46百萬次÷每日使用次數200÷一年365天÷保守系數10=2年
展開 某橋式起重機主梁不同分析參數的對比分析
對某橋式起重機主梁進行靜力分析，得到其應力與位移分布情況。針對SimSolid中不同的分析參數對分析結果對比，嘗試找出規律，為今后的其他分析提供參考。
某橋式起重機主梁不同分析參數的對比分析-案例大賽-20190126.docx
由于本文圖片表格較多，大家可以下載原文檔參考觀看，這邊先說結論：
1) SimSolid軟件整體計算穩定性良好，具有較高的計算置信度。
2) 根據分析模型的特點，選擇不同的分析參數設定，可進一步提高計算置信度。如板材結構中選擇Adapt to thin solids參數；關注應力集中區域則選擇Adapt to features參數。
雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋結構受力分析
圖1 鋼主梁應力圖
圖2 邊跨混凝土主梁應力圖
圖3 橋面板應力圖
4 運營階段主要分析結果
4.1 結構剛度
活載作用結構豎向撓度圖如圖4所示。
從圖4看出，在活荷載作用下的最大豎向撓度為241mm<L/400=900mm，結構剛度滿足要求。
4.2 鋼主梁應力
標準值組合作用下鋼主梁應力圖如圖5所示。
從圖5看出，鋼主梁最大壓應力為-110.5MPa，最大拉應力為36.7MPa，滿足要求。
4.3 邊跨混凝土主梁應力
標準值組合作用下邊跨混凝土主梁應力圖如圖6所示。
從圖6看出，混凝土主梁最大壓應力為-17.4MPa，未出現拉應力，滿足要求。
4.4 混凝土橋面板應力
標準值組合作用下中跨混凝土橋面板應力圖如圖7所示。
從圖7看出，混凝土橋面板最大壓應力為-15.3MPa，未出現拉應力，滿足要求。
5 結論
以某雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋為例，分別對施工階段和運營階段的鋼主梁、邊跨混凝土主梁、中跨混凝土橋面板、結構剛度進行了有限元力分析，結果表明各構件強度和整體剛度均滿足要求。
圖4 主梁豎向撓度圖
圖5 鋼主梁應力圖（MPa)
圖6 邊跨混凝土主梁應力圖（MPa)
圖7 橋面板應力圖（MPa)
參考文獻
[1] 梁棟，孫利民，程緯.斜拉橋主梁振動對拉索阻尼器減振效果的影響分析[J].工程力學，2008(05):110-116.
[2] 李延強，趙世英，杜彥良.基于最敏感斜拉索張力指標的斜拉橋主梁損傷識別方法[J].中國鐵道科學，2014,35(02):20-25.
展開 鋼箱梁系桿拱橋靜動力分析
?系桿拱橋的受力特點主要是主梁承受荷載,隨之通過吊桿傳遞給拱肋,使兩者共同作用,故在吊桿初張拉后索力的施加對橋梁位移和受力均存在影響?現場對主梁?拱肋位移和應力進行監測,并與控制值進行對比,施工過程中吊桿索力初張拉完成后主梁位移變化和主梁?拱肋應力變化見圖7~10?
由圖7?圖8所知:吊桿初張拉后,吊桿開始傳遞來自主梁的荷載,使主梁呈上撓趨勢,高程隨之變化;由于吊桿的存在,拱肋承受從下到上的荷載,使拱肋受拉,導致拱肋呈下撓趨勢?主梁上撓的最大位移為22mm,拱肋下撓的最大位移為8mm,由于該橋主梁和拱肋均為鋼結構,結構變形較小,兩者均符合要求?
由圖9?圖10可知:主梁在吊桿張拉后應力變化較小,拱肋應力變化較大?其原因是主梁在施工過程中主要承受恒荷載和活荷載,經吊桿傳遞給拱肋,拱肋承擔大部分荷載,導致主梁應力較小?拱肋應力較大,符合下承式系桿拱橋的受力特征?
4.2 成橋狀態承載能力分析
橋梁二期恒載鋪裝完成后,依據CJJ11—2011《城市橋梁設計規范》?JTGD60—2015《公路橋涵設計通用規范》對橋梁極限承載能力狀態進行驗算,驗算其是否滿足行車和使用要求?驗算采用2種荷載組合:組合Ⅰ為1.2恒載+1.4汽車荷載+0.75×1.4人群荷載+0.75×1.4整體升溫;組合Ⅱ為1.2恒載+1.4汽車荷載+0.75×1.4人群荷載+0.75×1.4整體降溫?2種荷載組合下橋梁拱肋?主梁應力及吊桿應力包絡圖見圖11?圖12?
由圖11?圖12可知:極限承載能力狀態下,橋梁拱肋最大應力為154.1MPa,小于規范要求的345MPa;吊桿最大應力為772MPa,小于吊桿的抗拉強度1770MPa?橋梁投入使用后其強度和承載能力均滿足設計要求,驗證了橋梁的安全性?
4 動力特性分析
運用MIDAS/Civil模型進行動力特性研究,
展開 
卡塔爾環形塔自錨式懸索橋
圓形塔直徑50m，圓環主梁上方部分采用高強度鋼材，主梁下方部分采用高強度混凝土，主梁采用封閉式鋼箱組成的復合式橋面板。除濕系統防止鋼箱梁和主纜受腐蝕。
▲橋梁立面圖
▲橋梁橫斷面
纜索體系
(1)主纜
主纜采用單索面體系，主纜錨固在環形橋塔和主纜端部的錨碇上。主纜是由7股A140鋼絞線組成，主纜面積13900，最小拉力為187MN，主纜除濕系統外徑A424。
▲主纜
（2)吊索
吊索由,70鋼絞線預制而成，吊索面積3390，最小拉力為4.8MN，吊索外側由HDPE管保護。
（3)索夾
索夾的設計非常緊湊，從道路中間看過去具有獨特的視覺效果。
纜索錨固
（1）梁端錨固
全橋為部分自錨式橋梁；主跨為全自錨；邊跨一部分錨固在梁端，一部分錨固在錨錨定上；
（2）主塔處錨固
主纜錨固在環形主塔上，采用分散的錨固方式。主纜錨固區和散索鞍在主塔上的分布范圍較長。
▲主梁設計
（1）主梁
主梁采用復合式結構，為了提高拉索體系的自重和剛度，上面為250mm混凝土橋面板；最大變形為跨度的1/400。
單索面設計要求主梁有足夠的扭轉剛度，因此選用封閉式箱梁結構；
采用封閉式鋼箱梁；每隔6m設置一道橫梁，橫梁最大高度為2.74m，寬1m。
由于公用管道在主梁中通過，因此開口相對較大。
（2）橫梁
主梁橫梁每隔6m一道，主塔根部之間不設橫梁。
展開 長安大橋設計系列之復雜模板技術
，下圖7展示了單側主梁橫隔板。
鋼板梁橋面板現澆施工移動托架設計與分析
鋼主梁采用直腹式雙工字鋼鋼板組合梁。鋼主梁標準間距6.7 m、梁高2.1 m，由上翼緣、下翼緣及腹板焊接組成。上翼緣寬0.8 m、下翼緣寬0.95 m。主梁跨中每8 m設置一道小橫梁，支點位置4.0 m設置一道小橫梁，小橫梁高0.5 m。中支點和邊支點分別設置中橫梁與端橫梁，梁高1.1 m。
其中LJ01標～LJ03標范圍內的鋼板組合梁橋的數量較少，分布較為分散，最有代表性的橋梁跨徑為4×40 m連續鋼板組合梁，橋面板運輸難度相對較大，為了提高施工效率，降低施工周期，考慮對橋面板采用托架進行澆筑。
1.2 托架結構設計
翼緣板三腳架橫桿、斜桿均采用I16號工字鋼焊接而成。三腳架采用螺栓與鋼梁腹板上焊接的鋼板連接，螺栓采用M24螺栓。三腳架沿順橋向每2 m布置一道（加勁對應位置），橫桿上焊接Φ48鋼管（或者帶內螺紋鋼管），采用頂托支撐縱向分配梁，縱向分配梁采用I10號工字鋼，橫向分配梁采用100 mm×50 mm方木，間距按30 cm布置，模板采用大塊竹膠板。翼緣板端部設置寬度50 cm工作平臺，防護欄桿高度要高出頂板不小于1.2 m，每0.6 m高設置一道橫桿并掛密目網。
鋼梁托架內部支架系統采用H300型鋼放置在鋼主梁下翼緣板上部（小橫梁間距8 m），每2道小橫梁之間設置2道H型鋼（間距2.67 m），每邊搭接長度30 cm,H型鋼上方放置底托，底托上方采用Φ48×3.5 mm的鋼管支架形式搭設，橫向橫桿間距90 cm，鋼管之間采用十字扣連接。頂托上方縱向分配梁采用I10號工字鋼，橫向分配梁采用100 mm×50 mm方木間距按30 cm布置，模板采用大塊竹膠板。為盡量減少破壞鋼主梁的防腐涂層，在型鋼與鋼主梁接觸位置墊5 mm厚橡膠墊塊。
展開 基于ANSYS某旋轉樓梯結構受力分析
結構主梁最大彎矩為16KN.m，最大剪力為8KN，最大軸力為86.6KN，主梁Y側最大正應力為37.9Mpa，Z則最大正應力為38Mpa，靜力計算結果滿足規范要求。
當然，還可提取內力值，根據《鋼標》手算應力值，以查看是否滿足規范要求。
