通用桥式起重机金属结构设计验证及安全评价

论文摘要

通用桥式起重机金属结构设计的方法,长期以来采用许用应力法。许用应力法以单一的安全系数来衡量金属结构承受的载荷、材料的不确定性,无论从结构设计理论还是实际计算当中,此种方法都有缺点。起重机金属结构是起重机械的“骨骼”,是主要的承载部件。为了保证结构在规定的使用寿命期间内,实现各种规定的功能,研究一种适合起重机结构的设计方法是至关重要的。我国最新颁布的《GB/T3811-2008起重机设计规范》[5]引入了极限状态法,极限状态法以概率论和数理统计为基础用分项系数代替安全系数,充分考虑了载荷和材料的不确定性。从许用应力法设计转向极限状态法设计,使结构的设计由定值法过渡到概率法。根据国家质量监督检验总局的报告,由起重机结构引发的事故不断,且呈连年上升的态势。这些事故给国家的基础建设和人员带来了巨大的损失。如何有效的减少这类事故的发生是设计人员面临的重大问题。通过国内外专家的研究发现,若能在事故发生前对结构进行科学有效的安全评价,找出结构存在的风险因素和安全隐患并及时采取措施,可有效的减少事故的发生。国内对起重机金属结构的安全评价处于初期阶段,主要采用故障类型影响分析法、事故树分析法和层次分析法等传统方法。这些方法在统计上简单易行,但对事故的分析过于简单。随着生物学和计算机技术的进步,人工神经网络得到了飞速的发展,本文首次把BP神经网络应用到通用桥式起重机金属结构的安全评价当中,基于BP网络的理论建立了起重机金属结构安全评价模型,并结合层次分析法建立了通用桥机金属结构的安全评价指标体系。根据BP网络的自组织、自学习和高度并行性的特点,用搜集的样本对BP网络进行训练。运用Matlab7.0软件编制相应的程序,通过对BP网络的验证,安全评价结果与期望结果误差较小,网络的收敛性较好和误差精度较高,完全满足起重机结构安全评价的需求。本文以Visual C++6.0为开发平台,开发出“通用桥式起重机结构极限状态设计方法设计验证技术系统”,通过工程实例的验证,系统的验证结果与实际计算结果基本一致,并且由极限状态法得出的结果比许用应力法偏大,使结构的设计裕度更大和更加经济合理。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 起重机金属结构概述
• 1.2 起重机结构的发展趋势
• 1.3 通用桥式起重机
• 1.4 起重机金属结构设计方法概述
• 1.4.1 起重机设计金属结构的目的
• 1.4.2 起重机金属结构设计方法
• 1.5 起重机金属结构安全评价的现状和必要性
• 1.6 课题的选题背景及研究内容
• 1.6.1 课题的意义
• 1.6.2 课题的研究内容和方法
• 1.7 本章小结
• 第二章 起重机金属结构极限状态法设计
• 2.1 引言
• 2.2 许用应力法基本概念及设计
• 2.3 许用应力法的缺点
• 2.4 极限状态法的理论基础
• 2.4.1 极限状态法简介
• 2.4.2 起重机金属结构极限状态法
• 2.5 通用桥式起重机极限状态法计算
• 2.6 起重机极限状态法系数说明
• 2.6.1 分项系数和抗力系数
• 2.6.2 高度危险系数
• 2.7 本章小节
• 第三章 基于极限状态法的通用桥式起重机主梁的设计计算
• 3.1 通用桥式起重机简介
• 3.1.1 通用桥式起重机桥架简介
• 3.1.2 通用桥式起重机主梁结构简介
• 3.2 通用桥式起重机设计的计算载荷
• 3.2.1 固定载荷
• 3.2.2 移动载荷与小车轮压
• 3.2.3 水平惯性动载荷
• 3.2.4 风载荷的计算
• 3.2.5 偏斜侧向力
• 3.2.6 扭转载荷
• 3.3 极限状态法在桥式起重机箱型主梁设计中的应用
• 3.3.1 垂直方向载荷
• 3.3.2 水平载荷
• 3.3.3 主梁的静强度
• 3.3.4 主梁的疲劳强度
• 3.3.5 主梁的稳定性验算
• 3.4 本章小节
• 第四章 基于极限状态法的通用桥式起重机端梁的设计计算
• 4.1 引言
• 4.2 垂直载荷作用下端梁的计算
• 4.3 水平载荷作用下端梁的计算
• 4.4 端梁的静强度计算
• 4.5 端梁的疲劳强度计算
• 4.6 端梁的稳定性
• 4.7 端梁的拼接验算
• 4.7.1 螺栓连接简介
• 4.7.2 螺栓连接的极限承载能力计算
• 4.7.3 螺栓的连接计算
• 4.7.4 端梁的螺栓拼接计算
• 4.8 起重机金属结构的连接、刚度和拱度计算
• 4.8.1 主梁与端梁的连接
• 4.8.2 结构的刚度计算
• 4.8.3 拱度计算
• 4.9 本章小节
• 第五章 基于BP神经网络的通用桥机金属结构安全评价
• 5.1 引言
• 5.2 BP神经网络原理
• 5.2.1 BP神经网络模型和学习过程
• 5.2.2 BP神经网络拓扑结构
• 5.2.3 BP神经网络算法
• 5.3 通用桥式起重机金属结构的BP神经网络安全评价模型
• 5.3.1 通用桥式起重机金属结构的BP网络安全评价模型图
• 5.3.2 评价模型建立
• 5.4 BP网络学习样本
• 5.5 BP神经网络实例验证
• 5.5.1 BP网络的参数设置和训练结果
• 5.5.2 验证BP网络
• 5.5.3 安全评价结论
• 5.6 本章小结
• 第六章 通用桥式起重机设计验证软件与工程实例
• 6.1 引言
• 6.2 通用桥式起重机设计验证软件概述
• 6.3 通用桥式起重机设计验证系统操作
• 6.3.1 软件的登录
• 6.3.2 软件的操作界面
• 6.3.3 用户参数的输入
• 6.3.4 截面和螺栓拼接参数的输入
• 6.3.5 显示验证结果
• 6.4 工程设计验证实例
• 6.4.1 工程实例
• 6.4.2 结论
• 6.5 本章小节
• 第七章 结论与展望
• 7.1 论文结论
• 7.2 论文创新之处
• 7.3 论文的不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录