多层横梁式钢货架分析软件开发及应用研究

摘要

采用插接式节点的多层横梁式钢货架结构横向表现为桁架结构、纵向表现为“弱框架”结构，目前广泛应用于物流存储领域。而其具有截面异形、节点形式独特等特点，使其设计复杂、区别于传统钢结构;国内相关货架规范的制定较早且未有更新，对货架设计等方面缺乏明确必要的规定，同时也无针对货架领域的结构分析软件，致使钢货架发生的安全事故越来越多。因此，本文基于中国规范和北美规范对多层横梁式钢货架结构设计展开研究，并开发了相应的结构分析软件。
　　本文首先基于有效宽度法的概念并结合ABAQUS数值模拟，对多卷边柱截面的有效截面展开研究，考察其是否适用于中国规范的有效宽厚比公式。然后采用中国规范的有效宽度法、北美规范的直接强度法及ABAQUS数值模拟对多种多卷边柱截面进行计算分析，对比其稳定承载力，研究其设计方法。接着介绍了多层横梁式钢货架的结构组成、作用荷载与传递路径，并结合现行规范和本课题组前期研究成果确定结构分析方法和构件设计方法。在此基础上，采用VBA语言基于SAP2000API开发了多层横梁式钢货架结构分析软件;并结合具体实例，采用有限元分析软件ANSYS进行对比分析，验证了本软件操作的高效性及计算结果的合理性。最后，利用本软件对多层横梁式钢货架在各梁柱节点刚度、柱脚节点刚度及地震工况下的力学性能进行研究并总结规律，得到常用规格尺寸和荷载下横梁与立柱的截面选型，给予工程实例指导。得到主要结论如下:
　　(1)中国规范的有效宽厚比公式适用于多卷边柱截面;若多卷边柱截面中宽度最大的板件能满足b/t≤36，即可保证该截面全截面有效，Ae=A，钢货架多卷边柱的常用截面均能满足该条件;
　　(2)对比有限元结果，柱长较小时建议采用中国规范对多卷边柱进行设计，柱长较大时则建议采用北美规范;
　　(3)采用VBA语言基于SAP2000API实现了多层横梁式钢货架结构分析软件的开发。并结合具体实例，本软件计算结果与ANSYS有限元分析结果相差不大，结果较为合理，同时整个分析设计工作操作简单、便捷高效。
　　(4)梁柱节点刚度和柱脚节点刚度对立柱与横梁承载力有重要影响，二者节点刚度的增加均能提高结构抗侧移能力，前者的提高效果比后者好，并给出了最优的梁柱节点刚度和柱脚节点刚度。
　　(5)在多层横梁式钢货架常用规格尺寸和荷载下，结构对强度限值较为敏感，变形容许值则较易满足。横梁截面选型皆由强度控制，立柱截面选型主要由强度控制，立柱截面选型相比于横梁较难满足选型标准。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 研究现状

1．2．1 构件的研究现状

1．2．2 节点的研究现状

1．2．3 整体性能研究现状

1．2．4 SAP2000 API二次开发研究现状

1．3 本文的主要工作

第二章 轴心受压钢货架柱稳定承载力设计方法

2．1 概述

2．2 模型概况

2．3 有效宽度法计算结果

2．3．1 有效截面计算

2．3．2 有效宽度法

2．4 直接强度法计算结果

2．4．1 有限条法

2．4．2 直接强度法

2．5 有限元数值模拟和分析

2．5．1 建模设定

2．5．2 有限元分析结果

2．5．3 规范与有限元分析结果对比

2．6 本章小结

第三章 多层横梁式钢货架结构分析方法及软件实现

3．1 软件开发原理和编译构架

3．1．1 SAP2000二次开发

3．1．2 SAP2000API的调用机制

3．1．3 软件整体思路

3．2 多层横梁式钢货架结构体系及设计理论

3．2．1 结构体系

3．2．2 结构作用(荷载)

3．2．3 结构分析方法

3．3 软件实现过程说明

3．3．1 货架类型选择

3．3．2 模型几何信息

3．3．3 指定构件属性

3．3．4 指定特殊节点刚度

3．3．5 输入荷载信息

3．3．6 计算及结果显示

3．4 实例分析

3．4．1 模型介绍

3．4．2 有限元数值模拟

3．4．3 软件计算与有限元分析结果对比

3．5 本章小结

第四章 多层横梁式钢货架结构体系力学性能研究

4．1 梁柱节点刚度对结构性能影响

4．1．1 结构强度参数化分析

4．1．2 结构刚度参数化分析

4．2 柱脚节点刚度对结构性能影响

4．2．1 结构强度参数化分析

4．2．2 结构刚度参数化分析

4．3 抗震设防烈度对结构性能影响

4．3．1 结构强度参数化分析

4．3．2 结构刚度参数化分析

4．4 场地类别和设计地震分组对结构性能影响

4．4．1 结构强度参数化分析

4．4．2 结构刚度参数化分析

4．5 多层横梁式钢货架截面选型与经济性分析

4．5．1 横梁截面选型与经济性分析

4．5．2 立柱截面选型与经济性分析

4．6 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

附录

参考文献

作者读研期间的论文

致谢