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【摘 要】 在对带式输送机高支柱结构设计过程中，根据矿山带式输送机廊道钢结构特性、结构力学及钢结构设计规范，分析了高支柱的特点，提出了在高支柱设计时应注意的若干问题，并利用有限元软件对结构进行了计算分析。对带式输送机高支柱结构设计具有重要的指导意义。
【关键词】 高支柱;结构力学;钢结构设计规范;计算分析
高支柱为钢结构。钢结构的设计应从实际情况出发，合理选择材料、结构方案和构造措施，满足结构构件在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度的要求，符合防火、防腐蚀的要求，并宜优先采用通用的和标准化的结构和构件。如果采用常规的设计手段不能满足设计要求，正确的应用有限元方法对转运机房进行结构分析，是保证转运机房合理设计的有利手段。下面以罗源湾码头BC9高支柱为例，应用ANSYS软件对桁架截面结构进行了有限元计算分析，在此基础上讨论了高支柱的设计要点。
一、机房结构与力学模型
BC9高支柱由型钢焊接成，受有三维方向的力和弯矩作用，根据结构特点和受力情况， 计算时，结构按刚架处理，有限元分析时各杆件均取作梁单元，支撑点按固定端处理。BC9高支柱选用的单元类型如前所述，各杆件均等效为三维弹性梁单元BEAM188。模型中节点的确定遵循如下原则：（1）架的节点为模型的节点;（2）BC9高支柱与覆板的连接点或施力点为模型的节点;（3）对于变截面构件或焊有加强板的梁，在构件长度方向增加多个节点，使其等效为多段等截面梁。
为了描述节点坐标、节点位移及节点载荷方向等有关参数，取整体坐标系为右手系OXYZ，其中Y轴垂直向上，原点位于后左立柱脚点上。图1为高支柱有限元模型图，该模型共由1476个节点及826个BEAM188 单元。
图1 BC9高支柱有限元模型
1.计算依据
矿山带式输送机廊道钢结构技术说明书
钢结构设计规范（GB50017-2003）
建筑结构荷载规范（GB50009-2001）
建筑抗震设计规范（GB50011-2001）
火力发电厂土建结构设计技术规定DL 5022—93
2. 计算载荷及工况组合
（1）计算载荷种类
表1 高支柱在正常工作时承受的载荷
序号 项目 数值
1 高支柱重量 78400 N
2 高支柱风载 33480 N
3 普通高支柱载荷 233570 N
表2 高支柱在暴风工况时承受的载荷
序号 项目 数值
1 高支柱重量 78400 N
2 高支柱风载 301470 N
3 普通高支柱载荷 130500N
（2）载荷组合：正常工作工况和暴风工况
（3）分项系数：
永久载荷： 1.35（恒载控制时）;1.2（可变载荷控制时）;
可变载荷： 1.4;地震作用：1.3
3. 约束及载荷
BC9高支柱体通过地脚螺栓固定在地面上。约束点共有 4个，每个铰点限制6个自由度。各约束点的节点号及限制自由度情况如表3所示。
表3 BC9高支柱体各约束点的节点号及限制自由度
位置 节点号 限制自由度
BC9高支
柱体铰点 1 Ux，Uy，Uz，ROTX，ROTY，ROTZ
9 Ux，Uy，Uz，ROTX，ROTY，ROTZ
BC9高支柱的载荷分为高支柱的正常工作及暴风两种工况，如上述表1、表2所示。加载位置见对应工况的分析部分。
大部分载荷按集中载荷等效处理，作用于各载荷的实际作用点上，风载荷作用在迎风面的各个结点上，通过重力加速度g把自重力分布在各节点上，BC9高支柱的载荷模型如图2所示。有限元计算得到的反力如表4所示，由该表可知反力与载荷相平衡。
图2 BC9高支柱计算模型图
二、计算结果分析
1.强度分析
通过普查应力场，在两种工况下，BC9高支柱钢结构杆件应力最大值分别为：
第一种工况：σmax=72.229 Mpa，在最上端两条斜撑杆上。
第二种工况：σmax=100 Mpa，在左侧的支腿上。
机房杆件材料为Q345B，材料设计值为295Mpa，结构各杆件应力均满足强度条件。
2. 刚度结果
自下向上位移逐渐增大，最大垂直位移5.848mm，具体位置可参考图4 所示的位移图。侧向位移很小，这是因为该高支柱主要承受垂直的受压载荷。
自下向上位移逐渐增大，最大水平位移21.761mm，具体位置可参考图7 所示的位移图。垂直位移比较小，最大值2.946mm，这是因为该高支柱主要承受侧向的暴风载荷。
参考文献：
[1] 刘相新. ANSYS基础与应用教程，科学出版社，2006.3
[2] 中华人民共和国建设部.建筑结构荷载规范（GB50009），中国计划出版社，2006
[3] 中华人民共和国建设部.钢结构设计规范（GB50017），中国计划出版社，2003.12
[4] 《钢结构设计手册》编辑委员会.钢结构设计手册，中国建筑工业出版社，2004.1
【关键词】 高支柱;结构力学;钢结构设计规范;计算分析
高支柱为钢结构。钢结构的设计应从实际情况出发，合理选择材料、结构方案和构造措施，满足结构构件在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度的要求，符合防火、防腐蚀的要求，并宜优先采用通用的和标准化的结构和构件。如果采用常规的设计手段不能满足设计要求，正确的应用有限元方法对转运机房进行结构分析，是保证转运机房合理设计的有利手段。下面以罗源湾码头BC9高支柱为例，应用ANSYS软件对桁架截面结构进行了有限元计算分析，在此基础上讨论了高支柱的设计要点。
一、机房结构与力学模型
BC9高支柱由型钢焊接成，受有三维方向的力和弯矩作用，根据结构特点和受力情况， 计算时，结构按刚架处理，有限元分析时各杆件均取作梁单元，支撑点按固定端处理。BC9高支柱选用的单元类型如前所述，各杆件均等效为三维弹性梁单元BEAM188。模型中节点的确定遵循如下原则：（1）架的节点为模型的节点;（2）BC9高支柱与覆板的连接点或施力点为模型的节点;（3）对于变截面构件或焊有加强板的梁，在构件长度方向增加多个节点，使其等效为多段等截面梁。
为了描述节点坐标、节点位移及节点载荷方向等有关参数，取整体坐标系为右手系OXYZ，其中Y轴垂直向上，原点位于后左立柱脚点上。图1为高支柱有限元模型图，该模型共由1476个节点及826个BEAM188 单元。
图1 BC9高支柱有限元模型
1.计算依据
矿山带式输送机廊道钢结构技术说明书
钢结构设计规范（GB50017-2003）
建筑结构荷载规范（GB50009-2001）
建筑抗震设计规范（GB50011-2001）
火力发电厂土建结构设计技术规定DL 5022—93
2. 计算载荷及工况组合
（1）计算载荷种类
表1 高支柱在正常工作时承受的载荷
序号 项目 数值
1 高支柱重量 78400 N
2 高支柱风载 33480 N
3 普通高支柱载荷 233570 N
表2 高支柱在暴风工况时承受的载荷
序号 项目 数值
1 高支柱重量 78400 N
2 高支柱风载 301470 N
3 普通高支柱载荷 130500N
（2）载荷组合：正常工作工况和暴风工况
（3）分项系数：
永久载荷： 1.35（恒载控制时）;1.2（可变载荷控制时）;
可变载荷： 1.4;地震作用：1.3
3. 约束及载荷
BC9高支柱体通过地脚螺栓固定在地面上。约束点共有 4个，每个铰点限制6个自由度。各约束点的节点号及限制自由度情况如表3所示。
表3 BC9高支柱体各约束点的节点号及限制自由度
位置 节点号 限制自由度
BC9高支
柱体铰点 1 Ux，Uy，Uz，ROTX，ROTY，ROTZ
9 Ux，Uy，Uz，ROTX，ROTY，ROTZ
BC9高支柱的载荷分为高支柱的正常工作及暴风两种工况，如上述表1、表2所示。加载位置见对应工况的分析部分。
大部分载荷按集中载荷等效处理，作用于各载荷的实际作用点上，风载荷作用在迎风面的各个结点上，通过重力加速度g把自重力分布在各节点上，BC9高支柱的载荷模型如图2所示。有限元计算得到的反力如表4所示，由该表可知反力与载荷相平衡。
图2 BC9高支柱计算模型图
二、计算结果分析
1.强度分析
通过普查应力场，在两种工况下，BC9高支柱钢结构杆件应力最大值分别为：
第一种工况：σmax=72.229 Mpa，在最上端两条斜撑杆上。
第二种工况：σmax=100 Mpa，在左侧的支腿上。
机房杆件材料为Q345B，材料设计值为295Mpa，结构各杆件应力均满足强度条件。
2. 刚度结果
自下向上位移逐渐增大，最大垂直位移5.848mm，具体位置可参考图4 所示的位移图。侧向位移很小，这是因为该高支柱主要承受垂直的受压载荷。
自下向上位移逐渐增大，最大水平位移21.761mm，具体位置可参考图7 所示的位移图。垂直位移比较小，最大值2.946mm，这是因为该高支柱主要承受侧向的暴风载荷。
参考文献：
[1] 刘相新. ANSYS基础与应用教程，科学出版社，2006.3
[2] 中华人民共和国建设部.建筑结构荷载规范（GB50009），中国计划出版社，2006
[3] 中华人民共和国建设部.钢结构设计规范（GB50017），中国计划出版社，2003.12
[4] 《钢结构设计手册》编辑委员会.钢结构设计手册，中国建筑工业出版社，2004.1