2.2边界条件及加载

起重机在实际吊载工作中受到重物载荷和计算载荷２种类型的载荷。模拟分析时需要考虑该起重机在起吊最大额定载荷即６００ｔ、并处于极限工作位置的工况。因此，仿真分析以下几种工况：１种工况：幅度为１９ｍ即变幅角为６７.７５°、起重量为６００ｔ；第２种工况：幅度１９ｍ、只计自重；第３种工况：幅度为９ｍ即变幅角为８４.４５°、起重量为６００ｔ；第４种工况：幅度为９ｍ、只计自重。

对模型施加载荷和边界条件。变幅拉绳与地面固结，桅杆底部固定X、Y、Z方向的移动和绕Y、Z方向的转动，变幅拉绳由于是用Ｌｉｎｋ１０单元摸拟，所以在每个节点处约束X方向的移动。载荷一种是整体的重力载荷，通过对整体模型施加Y方向的９.８ｍ／ｓ２的加速度。另一种是集中载荷，即起重机的最大起重量６００ｔ，分别在两边滑轮组上施加３０００ｋＮ垂直向下的力。６００ｔ的力加载为集中力，虽然在连接点处会引起很大应力集中，但并不影响箱形梁和桁架的受力情况。

2.3仿真结果及分析

由于该起重机的重点关注部位为主桅杆和上横梁，因此，在结果显示中忽略变幅钢丝绳和定滑轮处的应力结果。主桅杆４种工况的整体应力云图、上横梁应

力云图和主杆局部应力云图分别见图５。

从有限元仿真结果云图中可以看出，４种工况中最危险工况是第１种工况，起重机结构最大应力出现在箱形梁与桅杆连接部位，其最大应力为１８５ＭＰａ。由于该单元位于桅杆与箱形梁连接处，存在有限元计算中的应力集中，且现场结构该处

存在局部补强和加强筋板，实际应力应远小于计算值。从４种工况的应力云图中可以看到，主桅杆受力较均匀。

3、现场应力测试

3.1现场测点和测试工况

对该起重机的应力测试同样集中于起重机的主桅杆结构，主桅杆结构为桁架结构，主应力方向明确，贴片方式采用沿主应力方向贴单片应变片，针对该类型起重机的典型受力构件及危险断面情况，结合有限元分析结果和现场情况，确定应变片布置图，共布置测点１４个，如图６所示。

分别选择静态数据采集仪和无线动态数据采集仪作为测试仪器。静态数据采集点采样频率设为１Ｈｚ，应变片接线采用半桥方式，使用有线方式，仪器使用共用补偿片方式，无线动态数据采集仪进行数据采集，采样频率为

１００Ｈｚ。应变片接线采用半桥方式，使用无线遥测方式，每个测点采取１个工作片和１个补偿片的连接方式。

根据起重机特点和现场情况，设定３个测试工况如表１所示，其中工况Ⅰ和工况Ⅱ测试结构静态应力，工况Ⅲ测试结构动态应力。

3.2测试数据

在完成测试准备工作后，根据现场测试工况的要求，检查和调整起重机，使之处于正常工作状态。调试和检查有关仪器，合理选择灵敏系数，消除仪器自身的影响。在测试中每个工况应重复做３次，比较测试数据无重大差别。如果误差超过１０个微应变，则应查明原因，并重新测试直至稳定。在测试过程中，观察结构是否有永久变形或局部损坏。如果出现永久变形或局部损坏应立即终止试验，进行全面检查和分析。记录各测点应变值，并对数据进行处理，获得各测点工况Ⅰ和工况Ⅱ的静态应力值，部分测点数值见表２。

通过各测点的静态应力值可知，在工况Ⅰ即９ｍ幅度、起升额定载荷时，主弦杆整体受到压应力，应力最大值（６１.６ＭＰａ）出现在测点８，即下游侧最后一节主弦杆处。通过有限元计算的第４种工况可知自重应力约为１４.４ＭＰａ，此时安全系

数为通过各测点的静态应力值可知，在工况Ⅰ即９ｍ幅度、起升额定载荷时，主弦杆整体受到压应力，应力最大值（６１.６ＭＰａ）出现在测点８，即下游侧最后一节主弦杆处。通过有限元计算的第４种工况可知自重应力约为１４.４ＭＰａ，此时安全系

数为相对较小。部分测点动态应力测试结果见表３，其中动态应力稳定值为应力峰值附近范围内的均值，对比值为动态应力峰值与动态应力稳定值的一个比值

4、结果比较分析

将有限元分析结果和现场实测结果进行比较分析，根据现场各测点的实际位置，在有限元后处理中截取该单元的应力值，与现场实测数值进行比较，部分测点的比较数据如表４所示。其中实测数据为现场应力测试与有限元自重计算数据之和，比较值为有限元分析结果与现场测试的比值，从比较值可以看到有限元计算结果偏大，计算结果较保守，有限元计算结果和现场测试结果的整体趋势是一致的。

5、结束语

在对大型起重机安全性评估中，其金属结构受力情况一直是关注的重点。有限元仿真法和现场实测法是目前２种常用的方法，但两者都有其局限性，不可完全替代。有限元仿真法的计算成本低，可获得整体模型的应力分布，理论上在按

照模型的精确几何尺寸并进行精确边界条件设定后，可获得精度较高的求解结果。但实际上模型的精确现场尺寸和边界条件获取比计算本身困难很多，在计算中不可避免做出优化。现场实测法可以反映设备的真实状况，但在测点选择中不一

定能选择到结构磨损、腐蚀引起的应力集中区域，而测点的增多会带来测试成本的提高，并且现场测试无法获得设备的自重应力。本文将２种测试方法应用于６００ｔ桅杆起重机金属结构的安全性评估中，获得该起重机金属结构安全状况。２种方法所获得结果表明该起重机金属结构强度符合设计规范的要求，本文的测试分析方法和步骤对同类问题的解决具有指导作用。