超高层导架爬升式工作台导架结构分析及优化

超高层导架爬升式工作台导架结构分析及优化

徐焕生

海口中交国兴实业有限公司， 海南 海口 570100

摘要：随着我国当前经济的发展，建筑高度由于技术的进步也提升了非常多，因此在我国当前有很多的超高层建筑，其中爬升式工作台作为当前经常使用的一种结构，在使用的过程中，有着很强的应用能力，因此在当前需要利用一定的方式，对当前的爬升架进行有效的结构分析以及讨论，进而了解其中的结构以及欧化的方式，因此本文主要对爬升式工作台导架结构进行分析，并且提出优化的方案，希望能够对相关的从业者有一定的参考作用。

关键词：超高层导架；爬升式工作台；结构分析以及优化

引言：爬升式升降平台的导架附着后的结构主要为高次超静定问题，即构建仅仅使用经历平衡方程式不能够求出全部的未知力，从而在计算的过程中，无法有效对问题进行分析，从而造成的问题，因此传统的手工计算不能够有效对当前的结构情况做出有效的分析，导致了当前在对超高层导架的爬升式结构进行分析的时候，只能够利用基本力学的方式进行计算，这种方式刚度以及强度稳定性分析本身的结构简化误差比较大，因此计算工作较为繁琐，不利于后续的计算工作进行，因此在本文之中，主要采用了有限元的分析方法，从而建立有限元的计算模型，完成对当前内容的有效分析，保证设计的安全性。

1. 导架爬升式工作台的计算模型

导架由标准部分组成。导架结构可简化为两种计算模型：一是简化为多跨连续梁。在结构分析中，将支撑作为支撑连杆，按静不定结构计算方法计算主受力截面和支撑的内力和位移；其次，将导架简化为桁架结构，将附接的撑杆作为桁架元件处理。本文采用第二个简化模型，通过有限元法对结构进行计算分析。在使用的时候，其主要的技术特点如下：第一，用于高层建筑外墙装修、玻璃幕墙施工、建筑外表面的清洁等场所；第二，采用齿轮齿条传动；第三，无需制作专用基础，转场方便；第四，采用模块化设计，可实现单双柱相互转换，作业平台长度可根据现场情况自由组合第五，配备防超载装置、防超力矩装置；双导柱升降平台还配有自动调平装置；第六.可根据用户要求定制额定载重量、运行速度、平台层数等。因此这种装置在超高层的使用中较为便利，能够达到有效的使用需求。

2. 导架爬升式基本参数以及计算荷载

mcwp60-01攀爬升降平台的导向架安装时，最大工作高度为60m，工作平台总长度为7m，由主平台和伸缩平台组成，最大工作宽度为25m，承载能力为500公斤。为行走方便，采用牵引底盘和活动支腿。在运输过程中，支腿和伸缩平台缩回，只保留基础段和导架上部两个标准段。运输高度不超过4m，运输宽度不超过2m。在实际的使用中，相邻之间的附着架间距主要为6m，这就组成了导架的单个标准结构1508mm，其主要的构成为650mm*650mm的正方形截面，其中主要的材料为Q235钢材，其强度较高，且能够有效达到使用的需求。导向架和支撑上的载荷主要有：平台额定载荷和结构自重引起的垂直力F=12171n，弯矩M=8453n，平台水平操作力引起的扭矩T=1200n。人员、整个导向架和工作平台的风荷载等。

3. 导架爬升装置的计算方法

使用简化的方式，可以有效对当前的情况进行分析，在实际的计算中，也可以充分利用这样的方式，对当前附着架的装置结构进行计算，从而完成当前的结构分析，实现当前的计算工作。

因此其具体的计算内容为：引导框架和连接装置被简化为桁架。根据有限元法的原理，首先对结构进行离散化，对节点进行划分，对单元进行编号。导架结构比较规整，节点依次编号在导架周围；连接架和导向架通过一个共同的节点连接，导向架的应力从节点传递到连接架的支撑杆上。

导架在工作过程中，受力状态会因平台的伸展、人员的移动和风向的变化而发生变化。对导向架及其附属装置进行有限元分析计算，选取最差工况。本文考虑两种危险工况：工作状态和非工作状态：工作状态下，平台处于最大工作高度，导向架受额定载荷、人员水平操作力、风载荷和自重的影响。平台和导向架；在非工作状态下，平台下降到最低位置，仅受风载和自重的影响。风荷载可分为风向平行和垂直于墙体两种情况。

在计算工况载荷时，垂直力F均匀分布在导向架顶部的四个节点上，由垂直力和平台自重引起的弯矩转化为四对力偶装载在平台与导架相互作用的位置；水平面的扭矩简化为2对偶加载到平台和导向架作用的位置；风荷载根据不同的风向均匀分布在导向架迎风侧的所有节点上。非工况荷载只考虑风荷载，风荷载均匀分布在导向架迎风侧的所有节点上。为了模拟导向架的实际约束，导向架底部四个节点的垂直自由度UZ被约束，每个附着装置与墙连接处节点的所有自由度受到约束。

4. 计算结果分析

在本次的分析过程中，导架主要是从10m的部分开始的附着结构安全，因此在计算结果之中，应该提取导架的轴心力，这样是为了保证在工作状态下的风向能够平行于墙面的工况，在计算的时候，可以更好的对当前的情况做出分析，从而实现当前的计算结果，对于导架工作来说，这样的方式最大的优势就是在计算的过程中，能够充分对问题进行分析，找出问题的原因所在，进而提出结构的额改机方案，因此在导架的四根主要弦杆在不同的高度中，存在不同的应力情况，其具体的情况如下表示：

导架高度在60m的时候，主弦杆1轴向应力为3.4Mpa，主弦杆2轴向应力为3.2Mpa，主弦杆3轴向应力为3.4Mpa，主弦杆4轴向应力为3.5Mpa。

导架高度在50m的时候，主弦杆1轴向应力为2.5Mpa，主弦杆2轴向应力为7.3Mpa，主弦杆3轴向应力为7.7Mpa，主弦杆4轴向应力为2.6Mpa。

导架高度在40m的时候，主弦杆1轴向应力为6.4Mpa，主弦杆2轴向应力为6.7Mpa，主弦杆3轴向应力为6.4Mpa，主弦杆4轴向应力为6.6Mpa。

导架高度在30m的时候，主弦杆1轴向应力为8.6Mpa，主弦杆2轴向应力为8.0Mpa，主弦杆3轴向应力为8.1Mpa，主弦杆4轴向应力为8.3Mpa。

导架高度在20m的时候，主弦杆1轴向应力为9.4Mpa，主弦杆2轴向应力为10.8Mpa，主弦杆3轴向应力为10.7Mpa，主弦杆4轴向应力为9.4Mpa。

导架高度在10m的时候，主弦杆1轴向应力为9.8Mpa，主弦杆2轴向应力为12.6Mpa，主弦杆3轴向应力为11.9Mpa，主弦杆4轴向应力为10.9Mpa。

导架高度在0m的时候，主弦杆1轴向应力为16.0Mpa，主弦杆2轴向应力为10.9Mpa，主弦杆3轴向应力为10.2Mpa，主弦杆4轴向应力为16.6Mpa。

由以上分析可知，4根主弦杆的轴向应力分布由下向上逐渐减小，附架对导架结构的影响主要在于减小了导架结构的最大应力幅。导架，使导架的计算应力趋于均匀变化。同时需要注意的是，导向架不仅承受轴向应力，还承受弯曲应力，其等效应力为27.8mpa。按材料的屈服点计算，结构的安全系数应不小于2，即许用应力为1175mpa。因此，导向架满足结构强度要求，安全裕度大。

其次就是导架的横向位移，其中具体的数据如下：

导架高度在60m的时候，主弦杆1横向位移为4.87mm，主弦杆2横向位移为4.81mm，主弦杆3横向位移为4.95mm，主弦杆4横向位移为5.01mm。

导架高度在50m的时候，主弦杆1横向位移为0.56mm，主弦杆2横向位移为0.58mm，主弦杆3横向位移为0.58mm，主弦杆4横向位移为0.58mm。

导架高度在40m的时候，主弦杆1横向位移为0.79mm，主弦杆2横向位移为0.79mm，主弦杆3横向位移为0.84mm，主弦杆4横向位移为0.84mm。

导架高度在30m的时候，主弦杆1横向位移为1.14mm，主弦杆2横向位移为1.14mm，主弦杆3横向位移为1.14mm，主弦杆4横向位移为1.14mm。

导架高度在20m的时候，主弦杆1横向位移为1.37mm，主弦杆2横向位移为1.37mm，主弦杆3横向位移为1.41mm，主弦杆4横向位移为1.41mm。

导架高度在10m的时候，主弦杆1横向位移为2.54mm，主弦杆2横向位移为2.56mm，主弦杆3横向位移为2.72mm，主弦杆4横向位移为2.71mm。

导架高度在0m的时候，主弦杆1横向位移为4.26mm，主弦杆2横向位移为4.26mm，主弦杆3横向位移为4.3mm，主弦杆4横向位移为4.3mm。

综上所述，根据导架沿风荷载方向的变形，可以看出附接装置对导架变形的影响很大，附接架限制了导架的横向位移.导向架上下位移明显增大，主要是由于导向架悬臂在第一个挂架下方和最后一个挂架上方。这部分的强度和稳定性不容忽视，但从计算结果分析，其变形不是很大，不影响导架的正常运行。

5. 结束语

通过上述的计算，可以对导架当前的情况以及使用的方式做出完善的分析，从而对优化的方案进行分析，从而提升超高层导架结构的分析优化工作，实现当前的目的。

参考文献：

1. 李国龙. 超高层导架爬升式工作台导架结构分析及优化[D].沈阳建筑大学,2019.