【摘要】：隨著公路橋與鐵路橋不斷朝著大型化、長跨距的方向發(fā)展,超大型塔式起重機作為有效的施工裝備得到了日益廣泛的關(guān)注。但在這類塔機的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面,還存在諸多理論和實際問題有待深入研究和解決。本文在國家“十二五”科技支撐計劃項目(2011BAJ02B01-02)的支持下,對塔機超靜定桿系結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析問題、計及幾何非線性的極限承載能力分析問題、隔振特性分析問題和移動載荷問題進行了深入的研究,旨在為提高塔機結(jié)構(gòu)計算分析精度和最大限度消除安全隱患提供相應(yīng)的理論依據(jù)和設(shè)計計算參考。以塔式起重機超靜定雙吊點水平臂為研究對象,研究其在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)非保向力作用下的整體穩(wěn)定性分析問題。應(yīng)用力法推導(dǎo)了計及軸向偏心的雙吊點水平臂拉桿力計算通用解析式;基于二階理論和微分方程法,推導(dǎo)了雙吊點水平臂在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)非保向力作用下的失穩(wěn)特征方程。通過非線性有限元密分單元的計算實例仿真,驗證了本文推導(dǎo)的解析方法的正確性和有效性,為雙吊點水平臂的內(nèi)力計算及其非保向力作用下回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性分析提供了理論支撐,該部分研究成果被新修訂的國家標準GB/T13752-2016《塔式起重機設(shè)計規(guī)范》所采用。以塔式起重機附著裝置為研究對象,研究了附著裝置內(nèi)力的計算方法和單肢穩(wěn)定性對整體結(jié)構(gòu)承載能力的影響�；诙A理論及剛度分配法,建立了彈性附著裝置支撐反力計算的解析表達式。運用平衡方程法推導(dǎo)了三桿式及含有失穩(wěn)桿件的四桿單側(cè)式附著裝置桿件內(nèi)力計算精確表達式。通過有限元計算實例驗證了所推導(dǎo)解析式的正確性和方法的有效性。研究了單肢失穩(wěn)對超靜定附著結(jié)構(gòu)局部屈曲后承載能力的影響,定性地分析了超靜定附著結(jié)構(gòu)單肢失穩(wěn)后的承載潛力,以及結(jié)構(gòu)單肢失穩(wěn)前后剛度的變化,為結(jié)構(gòu)進一步的動態(tài)與靜態(tài)設(shè)計分析提供了依據(jù)。以塔身桿系結(jié)構(gòu)為研究對象,研究了計及幾何非線性和單肢穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)極限承載能力分析方法。首先,對計及大變形幾何非線性的彈性失穩(wěn)壓桿力學(xué)行為進行了探討,提出了雙態(tài)彈性桿件的概念,建立了雙態(tài)彈性桿件單元。隨后,為了考慮單肢穩(wěn)定性的影響,對經(jīng)典的柱面弧長法進行了改進,通過與文獻典型模型的平衡路徑計算結(jié)果對比,證明了本文方法的正確性。最后,將該方法應(yīng)用于塔身桿系結(jié)構(gòu)極限承載能力的分析中,分析了腹桿布置形式對塔身承載能力的影響,給出了不同類型塔機適用的腹桿布置形式,為塔身結(jié)構(gòu)設(shè)計中的腹桿布置形式選擇提供了理論依據(jù)。以塔機用空間周期剛架結(jié)構(gòu)為研究對象,對該周期結(jié)構(gòu)的動力學(xué)特性進行了深入研究�；陔x散傅里葉變換理論、奈奎斯特定理和變分法,推導(dǎo)了頻域內(nèi)桿、梁、軸和空間梁柱單元的精確動力學(xué)剛度矩陣。隨后,將該方法應(yīng)用于空間周期剛架結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)計算,表明本文方法相較于傳統(tǒng)有限元方法具有系統(tǒng)自由度少,計算時間短,計算精度高的優(yōu)勢。通過對所得頻響曲線的分析,得知子結(jié)構(gòu)幾何尺寸越大,材料組成越多元,性能差異越大,受載越均勻,總體結(jié)構(gòu)的隔振性能越好。該研究成果為塔機結(jié)構(gòu)部件的隔振性設(shè)計提供了有益參考。以塔式起重機雙吊點水平臂為研究對象,對其中存在的移動載荷問題進行了深入研究�；诶绽棺儞Q理論和變分法,推導(dǎo)了拉普拉斯域內(nèi)桿單元、梁單元和平面梁柱單元的動力學(xué)剛度矩陣�；陟o態(tài)格林函數(shù),推導(dǎo)了針對該移動載荷問題的修正函數(shù)。通過與簡支梁移動載荷問題解析解對比,證明了本文方法的正確性。隨后,將該方法用于塔機雙吊點水平臂移動載荷問題的求解,通過與傳統(tǒng)有限元方法對比,表明本文方法計算成本低,求解精度高,通用性強,尤其適合解決超靜定結(jié)構(gòu)中的移動載荷問題。為塔機移動載荷問題的求解提供了一種高效的新方法。
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【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH213.3

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本文編號：2359660