具有腰绳结构的格构式臂架的几何非线性与稳定性分析

摘要

我国经济的腾飞推动着城市化的高速进行，工程起重机械所起到的作用也变得日益重要。为了高效、快速的推进城市化建设，工程起重机械的起重量以及起升幅度的提高成为了研究热点，越来越多的起重机械通过采用增加臂架结构长度以此实现提高起升重量以及起升幅度的目的。然而由于长臂架结构的引入，导致臂架结构由于自重和自身挠度等的综合作用往往出现了下挠过大，自身稳定性不足等问题。为了解决此问题，工程建设过程中采用了单拉杆牵引、双拉杆牵引以及腰绳结构牵引的形式。目前对于单拉杆牵引以及双拉杆牵引形式的臂架结构的研究已取得很大进展，但对于具有腰绳结构牵引的臂架结构的研究仍处于探索阶段，本课题正是以具有腰绳结构牵引的臂架结构为对象，开展深入地理论分析，给出指导性意见，为工程实际设计过程中提供理论支撑，是本课题的研究任务与目标。
　　本文对具有腰绳结构牵引的臂架结构进行了模型简化，给出了合理的受力计算模型，得出各个拉杆以及腰绳结构的受力表达式，并对其正确性进行了验证。在保证受力正确的前提下，采用微分方程法并结合相应的边界条件得出了具有腰绳结构牵引的臂架结构的失稳判据表达式，并对其正确性进行了验证。
　　在推导失稳特征方程式的过程中，放弃忽略了固支点处侧向柔性的简化做法，运用计及固支点侧向柔性的准确模型，分析发现固支点的侧向柔性确实对于结构的失稳形态存在着一定的影响。在此基础上，通过采用等效惯性矩法以及单位荷载法并结合位移比较的方法，得出拉杆与人字架结构固支点的具体表达式，并对该固支点侧向刚度的影响因素进行了探讨，为合理控制人字架结构固支点的侧向刚度提出了理论支持。
　　由于臂架结构的结构长度增加，导致臂架结构的几何非线性现象明显。在自身重力作用的影响下，臂架结构的变形形式将采取何种形式，腰绳结构的变形形式又将会采取何种形式是值得研究与分析的。本文主要研究了臂架结构在自身重力的影响下，臂架结构的变形形式。以及通过结合悬链线法，得出腰绳结构在受力后的变形形式，并对其影响因素进行了探讨。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的目的与意义

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

1.2.1 结构稳定性研究分析现状

1.2.2 结构非线性研究分析现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 具有腰绳结构的臂架结构稳定性分析

2.1具有腰绳结构的动臂式臂架刚度与稳定

2.2单腰绳结构的臂架稳定性分析

2.2.1 臂架轴力、拉杆力和腰绳力的确定

2.2.2 单腰绳结构的臂架平面内稳定性分析

2.2.3 单腰绳结构的臂架平面外稳定性分析

2.2.4 单腰绳结构的臂架稳定性算例分析

2.2.5 单腰绳结构的臂架稳定性影响因素分析

2.3双腰绳结构的臂架稳定性分析

2.3.1 臂架轴力、拉杆力和腰绳力确定

2.3.2 双腰绳结构臂架平面外稳定性

2.4 计及固支点侧向柔性时具有腰绳结构的臂架稳定性

2.4.1 计及固支点侧向柔性时腰绳结构的臂架结构平面外稳定性分析

2.4.2 算例分析

2.4.3 侧向支撑刚度对臂架结构稳定性的影响

2.5 本章小结

第3章 纵横弯曲条件下臂架支撑结构的侧向刚度

3.1 压弯型人字架支撑结构侧向刚度分析

3.1.1 非压弯条件下a类人字架结构侧向位移

3.1.2 算例分析

3.1.3 非压弯条件下b类人字架结构侧向位移

3.1.4 算例分析

3.1.5 压弯条件下人字架结构抗压桁架侧向刚度

3.2 人字架结构面内稳定性

3.2.1 人字架结构平面内稳定性计算

3.2.2 算例分析

3.3 本章小结

第4章 具有腰绳结构的臂架结构的几何非线性分析

4.1 起重机臂架结构的几何非线性概述

4.2 大位移梁杆结构几何非线性分析

4.2.1 小变形几何非线性梁单元刚度

4.2.2 总体坐标下的大位移几何非线性梁单元刚度

4.3 腰绳结构对臂架结构几何非线性计算分析的影响

4.3.1 无腰绳结构的臂架几何非线性计算分析

4.3.2 具有腰绳结构的臂架几何非线性计算分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢