桅杆起重机是以桅杆为机身的动臂式起重机，常用于码头港口吊装大型设备，具有自重轻、材料省、结构简单、工作平稳、易拆卸移动等特点。单桅杆起重机是桅杆起重机常见的一种类型，该类型起重机没有专门的臂架，桅杆底端铰接或固

定于基座上，桅杆顶部用缆绳从一个或多个方向连接于地锚中，桅杆既具有支撑作用，又具有变幅作用。

因此，该类型起重机的桅杆强度对起重机的整体安全至关重要。以某公司一台６００ｔ门式单桅杆起重机为分析对象，通过仿真和现场测试２种方式对其强度进行分析，判断其结构强度是否满足设计要求，起重机安全监控系统为该起重机的安全性评价提供依据。

1起重机基本参数

该起重机主桅杆由主杆、横向连接桁架和上横梁组成，主桅杆通过下铰点与基座相连。主杆为桁架结构，由３种不同规格的无缝钢管组成，每根主杆由５节９ｍ长的分段组成，分段之间通过法兰和螺栓连接。２根主杆之间的横向连接为桁架

结构，通过法兰和螺栓与主杆相连。上横梁为箱形结构，与主杆通过螺栓连接，如图１所示

该起重机的载荷曲线如图２所示，最小幅度为６.５ｍ，最大幅度２５ｍ。幅度在６.５～１９ｍ之间，起重机额定载荷为６０００ｋＮ，幅度为２５ｍ时，起重机额定载荷为３００ｔ。

2有限元仿真分析

2.1有限元模型建立建模采用自下而上的方法，即在Ａｎｓｙｓ前处理模块中先建立点线面，然后进行网格划分得到单元，在模型建立过程中采用国际单位制。对主杆和连接杆选用ｂｅａｍ１８８单元，该单元的设定基于铁木辛哥梁结构理论，适合于分析从细长到中等粗短的梁结构，在单元设置中考虑了剪切变形的影响，非常适合线性、大角度转动和并非线性大应变问题的模拟分析。根据主杆和横向连接桁架的钢管规格在单元设置中定义不同的截面，截面１为φ２７３ｍｍ×１８ｍｍ，截面２为φ１０８ｍｍ×６ｍｍ，截面３为φ１５９ｍｍ×１０ｍｍ，截面４为φ１９４ｍｍ×１０ｍｍ，截面５为φ８３ｍｍ×６ｍｍ，如图３所示。

主杆的４根弦杆分５段靠螺栓连接，统一使用梁单元，５段连接处在有限元模型中采用刚性连接，网格划分后主杆和连接杆共８０８个ｂｅａｍ１８８单元。起重机上横梁为箱形梁结构，实际的顶部结构中有丁字形横梁等复杂的内部结构，为了方便建立模型，而且箱形梁对于整个起重机桅杆结构来讲并不是主要分析部位。所以，对上横梁内部结构进行了简化，采用１２ｍｍ厚的隔板代替箱形梁内部的复杂结构。

采用Ｓｈｅｌｌ６３单元模拟上横梁结构，梁底部与桅杆连接的部位厚度为３０ｍｍ，其他厚度为１２ｍｍ，在模型中根据材质厚度的不同定义了１２ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ３种实常数。起升和变幅４个定滑轮在模型中采用Ｓｏｌｉｄ４５实体单元进行模拟。根据结构的实际受力情况，实体单元Ｓｏｌｉｄ４５与Ｓｈｅｌｌ

３单元之间的连接应属于铰接连接，在模型中可直接使用ＭＵＲＧＥ命令把节点合并，保证２种单元连接的节点处只传递力而不传递力矩。划分网格后模型共有２２８０个Ｓｈｅｌｌ６３单元，１２３２个Ｓｏｌｉｄ４５单元。网格划分后的上横梁如图４所示。

箱形梁与主杆之间的连接即壳单元与梁单元之间的连接，由于壳单元的６个自由度与梁单元的６个自由度意义不同，因此，必须采用措施来耦合２种单元的自由度，采用梁单元插入法，即使梁单元插入壳单元一个单元长度实现两者之间的连接。变幅拉绳采用Ｌｉｎｋ１０单元来模拟，该单元有不可压缩特性而且具有大变形和应力刚化效应，因此比较合适。根据设计资料设其初始应力为０.０００１，单元实常数即截面积为５６.５ｍｍ２共划分为２４个单元。

主杆和横向连接桁架材质为１６Ｍｎ，上横梁材料为Ｑ２３５Ａ，设置模型的弹性模量E＝２１００００ＭＰａ，密度为７８５０ｋｇ／ｍ３，泊松比为０.３，重力加速度g＝９.８ｍ／ｓ２。

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