具有变截面臂架的格构式起重机结构计算分析方法研究

论文摘要

随着工程建设发展的需要,起重机日益向着大型、高耸、轻柔化、格构式方向发展。由于高强度钢材的大量采用,提高了结构强度,却使刚度和稳定性问题日显突出。复杂桁架式结构的稳定性分析已成为当代大型起重机结构设计计算的难点。具有变截面臂架的格构式起重机之整体稳定性分析更是目前我国起重机设计分析人员所面临的难题。因此,结合起重机设计规范,寻求一种简单、实用、有效的方法极为必要。通过对类似塔式起重机变截面臂架的悬臂格构式结构进行受力分析,引入了这类变截面悬臂结构端部侧向位移的便捷算式。在此基础上,通过位移比较的方法,得出了变截面双肢格构式构件等效为等截面实腹式构件时等效惯性矩的计算公式。并进一步延伸到四肢格构式构件等效惯性矩的计算,给出了变截面四肢格构式构件等效为等截面实腹式构件时,等效惯性矩的计算公式。用有限单元法对不同腹杆布置形式下的变截面构件进行了稳定性分析,对等效惯性矩的计算公式进行了验证。在不改变构件长度的情况下,实现了变截面格构式结构到等截面实腹式结构的等效。对具有变截面臂架的起重机格构式臂架整体稳定性进行了研究,利用上述等效原则将具有变截面结构的臂架等效为实腹式阶梯柱,采用精确有限元理论,列写出多级阶梯柱的组装精确刚度矩阵,由此给出了求解具有变截面结构臂架的失稳临界载荷的计算方法。将本文所研究的等效方法应用于具有变截面臂架的格构式起重机的整体稳定性及结构变形的验算。借助通用有限元程序对FZQ1650动臂式塔机的实际全结构模型及等效模型进行了分析,算例表明,等效惯性矩法有足够的计算分析精度,可供工程设计应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究目的及意义
• 1.2 国内外该方向研究现状
• 1.2.1 结构稳定性分析的方法
• 1.2.2 起重机臂架整体稳定性的研究现状
• 1.2.3 格构式构件稳定性的研究现状
• 1.3 课题主要研究内容
• 第2章 变截面桁架侧向位移计算
• 2.1 变截面桁架内力计算
• 2.1.1 变截面臂架理论计算的基本假定
• 2.1.2 单片桁架内力求解
• 2.1.3 实例验算
• 2.2 动臂式起重机变截面桁架侧向位移计算
• 2.2.1 塔式起重机塔身侧向位移的求解方法及讨论
• 2.2.2 等截面格构式构件的侧向位移
• 2.2.3 变截面格构式构件的侧向位移计算
• 2.3 变截面桁架侧向位移实例验算
• 2.3.1 桁架高度变化对侧向位移之影响
• 2.3.2 节间数变化对侧向位移之影响
• 2.3.3 弦杆腹杆横截面积变化对侧向位移之影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 格构式构件稳定性分析的等效方法
• 3.1 稳定性分析的等效原则
• 3.2 位移比较法确定等效惯性矩
• 3.2.1 双肢结构等效惯性矩
• 3.2.2 四肢结构等效惯性矩
• 3.3 等截面格构式结构的等效惯性矩
• 3.4 本章小结
• 第4章 具有变截面臂架的格构式起重机稳定性研究
• 4.1 结构分析的梁杆单元精确有限元法
• 4.2 阶梯柱稳定性分析的精确方法
• 4.3 具有变截面结构的臂架稳定性分析
• 4.4 动臂式起重机整体稳定性分析
• 4.4.1 整体稳定性比较
• 4.4.2 结构变形计算比较
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢