特点：1）整个井架主体由4～5段组成，每段是由焊接件所组成，段与段
之间采用销轴耳板定位、螺栓联接，在地面上水平安装，利用人字架整体起放，运输时可分段，运输成本较低；
2）由于运输时的限制，截面尺寸设置不能过大； 3）利用人字架起升，之后人字架起支撑作用； 4）一般利用液压千斤顶调整井架位置定位。
优点：水平拆装，整体起放，分段运输，运移性好。
缺点：承载能力和总体稳定性相对于比塔型井架低一些，内部操作空间比塔型井架小。
1.6 JJ450型井架简介
JJ450型井架是有兰州兰石国民油井石油工程有限公司所设计生产的一种新型自升式的井架[7]，该井架的安装在DZ450/10.5旋升式底座上，与ZJ70/4500钻机配套，主体由井架下段和井架体组成，井架的下段直接安装在钻台上，主体部分则分为由5段焊接件组成。该井架起升时需分段起升，起升时先完成低位起升，井架下段起升时利用井架下段的起升，上部起升依靠绞车起升安装。
该井架的承载能力能满足7000 m钻机的能力要求，井架的高度为46749 mm。井架下段与井架体之间的尺寸关系要求非常严格，井架下段构件之间的尺寸关系非常复杂，此外，井架的主体部分主要选用H型钢和方钢，材料选用具有高承载能力的Q345钢。
1.7 本课题主要内容
本课题的研究内容主要是以下几点：
1）了解锅内外目前钻机井架发展状况、研究现状及研究方法现状，从相关资料中学习设计方法及分析方法。
2）查阅相关资料，了解以往相关研究人员设计的JJ450型井架的结构，相关参数、特点等，从而建立井架的三维力学模型。这是进行分析的基础，只有建立出正确的模型，才能保证井架分析的准确性。建模过程除了建立井架模型还要对井架各钢结构节点进行焊接和接头处理，选择合适的杆件截面和材料 3）利用ANSYS Workbench对井架模型进行模态分析和稳定性分析。本设计中模态分析主要是对井架进行自振频率进行和随机振动分析；稳定性分析主要是进行静力特性分析。最后分析软件分析出的结果，并得出相应结论。
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本章小结
要完成相应的设计，必须对设计对象有所了解。本章主要对设计对象—JJ450
型井架相关情况做全面的了解，查阅了相关设计资料和分析的相关文献，对井架发展状况和各种井架类型也进行了基本的研究，确立了研究的方向和完成本设计所需的工作内容。
2 井架的结构方案及布局设计
2.1 井架结构的确定
2.1.1 井架立面形式的确定
井架的的结构形式包括立面形式和腹板的布置形式，立面形式决定因素主要包括井架所采用的制造工艺和其工作环境状况，最为常见的是梯形和矩形两种。梯形主要用在塔型井架和前开口型井架的设计中，矩形一般多用于A型井架和桅型井架，由于梯形井架相比其他结构形式具有稳定性比较好，承受载荷能力好的优点，所以在一般井架设计时都采用梯形立面。
2.1.2 井架斜撑布置方式的确定
井架斜拉杆的布置方式对井架的强度、刚度和稳定性有很大的影响，因此井架斜拉杆的选择在整个井架设计中相当重要。井架侧面斜拉杆布置可以采用平行式和波浪式。井架背面斜拉杆放置的方式包括4种,如图2-1：平行式、波浪式、平行人字形、交叉人字形。
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c）平行人字形 d）交叉人字形 图2.1 斜撑布置形式
斜撑布置直接影响井架受力情况，由于大钩产生的作用，井架背面和大腿、侧方向上的斜撑都会受到压应力。 平行式结构：
两个斜拉杆在横梁上分力是一对大小相等，方向相反的力，所以可以相互抵消，两斜拉杆又分担了两边立柱的压力，使两边立柱的应力分布均匀且不会产生多余的弯曲应力,因此使得应力的分布变得合理。所以,对井架结构而言,波浪式结构相对于平行式结构更加稳定。 波浪式结构：
斜拉杆的压应力在横梁上的分力(如图2-1b中p)垂直作用于立柱,使立柱受到弯曲应力。同时,两斜拉杆分别分担了立柱的压应力的分力,但却不会减小另一边立柱所受的压应力,就会使得两边立柱所受应力不均匀。因此,该种结构
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a）平行式 b）波浪式
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形式不能分担立柱所受压应力，在一定程度上还会使立柱受到弯曲应力。 平行人字形结构：
斜拉杆在竖直方向上的合力(图2-1c中p)垂直作用于横梁上,使横梁受到一个竖直向下的力的作用,从而产生弯曲变形。由于杆件承受拉压应力的能力比承受弯曲应力的能力强的多，这种结构就等于斜拉杆根本不起作用。而且,斜拉杆对横梁的压力会传递到立柱上，使立柱产生弯曲应力,增大了立柱所受应力。 交叉人字形结构：
斜拉杆在水平方向上分力可以相互抵消,这样就产生不了弯矩。在竖直方向上斜拉杆又能有效的分担立柱所承受的力,结构承受应力的能力就比较强。但是,另一方面，平行式结构则结构不复杂、耗材较少、制造相对简单。
由于图中ａ、ｃ、ｄ三种结构刚度大，制造复杂，安装也不方便，在塔型井架中应用较多，图ｂ常用于Ｋ型和Ａ型井架，斜拉杆的倾斜角度选择在３０0到６０0之间，本设计确定的井架的外形如2-2所示。
2.3 井架材料的选择
井架的基本构件经常使用的钢材主要有2种：普通碳素机构钢A3和普通低合金结构钢16Mn。16Mn钢，又称为Q345B,属于低合金钢，具有良好的综合力学性能、焊接性能及低温冲击韧性，冷冲压及可切削性均好。由于Q345B钢的许用应力比A3钢高的多，这对于那些受强度控制的构件（如各种拉力构件和中小细长比的压杆）特别有利。因为它的强度高，所以，在承受同样载荷的情况下，可采用较小尺寸的构件，这样不仅可以减少风阻，而且还可以节省钢材，减轻重量，从而使井架的制造、安装成本降低。此外Q345B钢抗大气腐蚀的能力比A3钢高20%-38%，并可以在较低的温度条件下工作。因此，本设计选用Q345B钢。该材料弹性模量E=210MPa，泊松比??0.3，密度为7850 kg/m3。
2.4结构说明
2.4.1井架主体
井架的主体结构为前开口型，背面、两个侧面有斜撑和横梁，以焊接的方式
和主体4根立柱相连，正面设有二层台，主体个段之间采用连接板连接，以螺栓加固。井架上还配有立管台、扶梯和防坠落装置和逃生装置等配套装置。
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2.4.2二层台
二层台包括台体、操作台、挡风墙和栏杆4部分。二层台的三个面都设置有挡风板，为了使用过程中更加安全可靠，栏杆高度设置为1.5 m且加配有应急逃生系统。在二层台台体上设有停放钻铤的卡板和用于排放钻铤、钻杆的钻工助力器。对二层台本设计中采用了简化设计，有关二层台详细参数的计算设计参考第三章第6小结。
2.4.3人字架
本井架起升主要采用人字架起升，人字架主要由3个部分组成，中间的连接横梁、左人字架和右人字架。3个部件之间相互独立，主要作用包括起放井架和井架使用过程中起到支撑的作用。起升过程中为了井架能够准确的靠在人字架上，同时下放井架时又能借助自重下落，设置有液压缓冲装置，通过液压缸来达到这一目的。
2.5井架构件截面的选择
井架截面多种多样，截面的选择主要与杆件所处位置受力情况有关，常见的杆件截面如下所示：
1.钢管式
钢管截面为圆形截面，呈几何对称的形状，由于圆柱形外表面的特点，产生的风阻比较小，管壁可以做的比较薄，在一般情况下，其宽度最大不超过壁厚的二十倍，但为了保证安全稳定性，常用钢管壁一般大于4mm，材料的利用相比于其他形式的钢材更加的合理。
2.槽钢式
截面形状为槽形的型钢，断面形状相对复杂。由于双槽钢是通过拼接成矩形断面，拥有稳定性好的优点，但同时也导致其制造相对复杂。
3.H型钢
因H型钢截面面积分配更加优化，所以其制作用材少，又因其强度很高，是一种比较经济的高效型材。因断面形状与“H”相同而被叫做H型钢。H型钢各部位均以直角排布，，制造工艺简单且成本较低，这种钢结构在各个领域应用均比较多。
4.角钢式
角钢俗称角铁，是一种两边互相垂直成角形的长条钢材。由于单角钢截
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