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隨著三峽二期工程的結(jié)束，工程中用于混凝土澆筑和金屬結(jié)構(gòu)安裝的纜機也要進(jìn)行拆除。其中從德國進(jìn)口的2臺擺塔式纜機由于塔架高度和跨度均為國內(nèi)使用的纜機之最，為確保其安全拆除，需要在纜機主、副塔內(nèi)側(cè)布置輔助纜風(fēng)。輔助纜風(fēng)由臨時地錨、轉(zhuǎn)向拉桿、塔頭拉耳、塔頭轉(zhuǎn)向桿、千斤頂及鋼絞索等組成。由于千斤頂和鋼絞索為外協(xié)供貨，這里，需要對現(xiàn)場制作安裝的輔助纜風(fēng)用轉(zhuǎn)向拉桿、塔頭拉耳、塔頭轉(zhuǎn)向拉桿進(jìn)行有限元分析和校核，以利于改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工提出合理化建議。
輔助纜風(fēng)錨固結(jié)構(gòu)(上部與擺塔連接部分)模型主要由塔頭拉耳、塔頭轉(zhuǎn)向拉桿，下吊架等組成，如圖所示。塔頭拉耳焊接在擺塔上，塔頭轉(zhuǎn)向拉桿通過下吊架與鋼絲繩連接。實體模型主要由鋼板、銷軸和焊縫等組成。在模型建立中主要的問題是焊縫的處理，要考慮焊縫的類型和焊接施工的方法。設(shè)計圖紙顯示，模型采用的是角焊縫，有些地方施焊時需要開坡口。為此我們分2個階段實施。第一階段：不考慮焊接時的坡口，直接按照角焊縫進(jìn)行建模，一方面可以簡化模型，提高計算效率；另一方面，由于這樣做實際上減少了焊縫的有效焊接長度，使得計算結(jié)果偏向安全。第二階段：根據(jù)第一階段的分析結(jié)果，看是否需要進(jìn)一步把模型精確化。即如果第一階段的結(jié)果在許用范圍，并有相應(yīng)的安全系數(shù)，則無需進(jìn)行第二階段。但是，如果第一階段結(jié)果大大超過許用值，則需要在其基礎(chǔ)上修改、精化模型，并作進(jìn)一步計算。
建模中主要考慮主焊縫，即塔頭轉(zhuǎn)向拉桿的耳板焊縫和塔頭拉耳的焊縫。筋板的焊縫沒有進(jìn)行實體建模，而是通過Boolean操作進(jìn)行模擬，所有的銷軸與孔的作用通過Contact(bonded always)約束。合理的網(wǎng)格劃分是求解正確的重要保證，主要包括單元的選擇及網(wǎng)格密度的控制。在有限元建模中，單元的選擇及網(wǎng)格劃分應(yīng)遵循以下基本原則:(1)在能夠解決問題的前提下，選擇最簡單的單元。(2)盡量不要用特殊單元，除非確信需要使用并且沒有可以替代的單元。(3)通過粗劃網(wǎng)格求解，來了解待求解系統(tǒng)的主要物理特征，然后有重點的細(xì)化網(wǎng)格，進(jìn)一步精確求解。在這里，我們選擇了ANSYS的92號實體單元，Solid92是三維10節(jié)點四面體單元，能夠適應(yīng)模型的較大形狀改變。對于網(wǎng)格劃分的密度，我們根據(jù)考察重點的不同，各個組件采取不同的劃分密度，主要通過全局網(wǎng)格邊界長度((element edge length)進(jìn)行控制，對銷軸和孔的接觸部位采用了對幾何元素線的劃分段數(shù)進(jìn)行控制的方法。在初次劃分時我們對整個模型網(wǎng)格劃分比較粗糙，這樣快速得到求解結(jié)果，通過這個初步的結(jié)果，我們得到了各個位置應(yīng)力與變形的相對大小，找到分析的重點：焊縫與塔頭拉耳。設(shè)計中所用到的材料主要是Q345和45鋼，查閱相關(guān)手冊，對計算過程中整個裝置的材料特性設(shè)置如下：楊氏模量EX:2.06e5，泊松系數(shù)NUXY:0.30由于所受到的拉力非常大，2套100t的千斤頂來產(chǎn)生拉力，同時作用在這個裝置上(上面靠近塔頭部分)，而整個裝置的質(zhì)量只有1t和200t的載荷相比很小，所以計算中沒有考慮重力作用；同時由于跨度大，忽略這兩個1Xe6N力的夾角，而采用平行加載的方式。對于作用在下吊架上的鋼絲繩拉力，對之進(jìn)行空間分解，分解力集中加載，經(jīng)過計算，鋼索與水平面角度成43.18°時載荷最大，在此角度下進(jìn)行分解加載，分解為x、y、z3個方向，其中x，y方向的分力將以其在平面的合力進(jìn)行加載：所以整個裝置(上面靠近塔頭部分)的總載荷為以上數(shù)值的2倍。將所得分解力以集中載荷加載在多個節(jié)點上。
通過第一階段建模求解數(shù)據(jù)顯示：整個裝置受載后最危險點發(fā)生在塔頭拉耳與塔架連接的位置的邊緣，該位置的應(yīng)力最大值超過了所用材料Q345的最大強度值630MPa，而其他位置的應(yīng)力值都在300MPa以內(nèi)，這就需要進(jìn)行第二階段的工作。
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