大载荷多功能施工平台模块化组合方法研究

摘要

随着我国建筑装饰行业的快速发展，采用传统的脚手架施工方法不能满足现代幕墙安装要求。高空作业施工平台（简称吊篮）是建筑安装作业中不可缺少的设备，针对建筑结构尺寸变大，工作载重量增加，而目前国内的相关设备额定载重为800kg，跨度为7.5m，不能满足大载荷大跨度的需求。因此，本文通过分析现有悬吊平台，确定大载荷多功能施工平台模块结构形式，利用相关理论对悬吊平台进行分析，形成了大载荷多功能施工平台模块化组合技术，为高空作业施工平台的新产品的开发与研究具有重要的理论意义。
　　本文首先利用结构力学分析现有的悬吊平台结构，得出横梁的受力状况与腹杆不同的布置形式有关。基于拓扑优化的思想，使用HyperWorks软件找出平台的腹杆布置位置。利用有限单元法理论，针对悬吊平台结构进行简化，构建有限元模型，并对结构进行静力学分析，分别得出主要结构件（立柱、横梁、上腹杆、下腹杆）在不同截面尺寸下相对应的最大应力和最大变形量，通过分析比对，得到跨度为15m的悬吊平台主要结构件在不同材料下截面尺寸。然后，根据不同截面尺寸不同材料组合方式，结合枚举组合算法对结构的分析，形成九种大载荷多功能施工平台模块化组合方案。利用有限元分析软件分别对每种组合方案在四种工况进行分析，得出各组方案最大应力值和最大变形量，确定出满足许用应力和许用应变的四种方案。选取方案1（6个2.5m模块，材料选用Q235）进行样机现场试验，使用电阻应变测量的方法进行测试，得出相应点的应力和应变值，将数据分析处理，并与有限元分析结果比对，验证悬吊平台有限元模型简化的合理性。对上述的四种方案进行模糊综合评判，经过计算分析，得出了15m跨悬吊平台的综合性能较优的两种模块化组合方式。最后，对方案1进行模态分析，提取前四阶模态，获得相应的固有频率及模态振型，分析每种振型的起振原因。同时，分析冲击载荷对悬吊平台的影响，在冲击位移小于50mm时，重物自由下落高度与相应重量的数学表达式。
　　本文在分析现有产品的基础上，利用拓扑优化、枚举组合算法、有限单元法和模糊综合评判的理论分析15m跨悬吊平台，获得了一套对大载荷多功能施工平台模块化组合方法，为不同跨度悬吊平台模块组合的研究提供了有效理论参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景与意义

1．2 国外现状和发展趋势

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内现状和发展趋势

1．3 课题来源及研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 本论文主要研究内容

第二章 大载荷多功能施工平台结构及相关理论

2．1 大载荷多功能施工平台的构成及基本参数

2．1．1 大载荷多功能施工平台的构成

2．1．2 大载荷多功能施工平台主要技术性能参数及工作环境

2．2 有限单元法简介

2．2．1 有限单元法基本思想

2．2．2 有限元分析软件ANSYS简介及分析流程

2．3 HyperWorks软件介绍

2．3．1 HyperWorks软件简介

2．3．2 OptiStruct优化设计的数学基础

2．3．3 OptiStruct结构响应

2．4 模糊数学的简介

2．4．1 模糊集的定义及表示方法

2．4．2 模糊集的并、交、补运算

2．4．3 模糊综合评判方法

2．5 本章小结

第三章 大载荷多功能施工平台的悬吊平台结构分析

3．1 引言

3．2 大载荷多功能施工平台的悬吊平台拓扑优化

3．2．1 悬吊平台结构计算

3．2．2 悬吊平台腹杆拓扑优化

3．2．3 拓扑优化后处理

3．3 构建大载荷多功能施工平台的悬吊平台有限元模型

3．3．1 悬吊平台有限元模型的简化

3．3．2 悬吊平台有限元模型的建立

3．3．3 边界约束处理

3．4 悬吊平台结构分析与优化

3．4．1 悬吊平台载荷施加

3．4．2 立柱和横梁截面尺寸优化

3．4．3 上腹杆截面尺寸优化

3．4．4 下腹杆截面尺寸优化

3．5 本章小结

第四章 大载荷多功能施工平台结构模块化组合分析

4．1 引言

4．2 初定大载荷多功能悬吊平台模块化组合方案

4．2．1 基于枚举法对大跨度悬吊平台组合数的研究

4．2．2 确定悬吊平台模块组合方案

4．3 基于ANSYS的模块化组合方案有限元分析

4．3．1 悬吊平台计算典型工况

4．3．2 四种工况组合方案有限元分析

4．4 大载荷多功能旌工平台试验研究

4．4．1 试验方法确定

4．4．2 试验内容

4．4．3 悬吊平台试验操作与数据记录

4．5 本章小结

第五章 大载荷多功能施工平台模糊综合评判及动力分析

5．1 悬吊平台组合方案的模糊综合评判

5．1．1 组合方案评价指标体系构建

5．1．2 组合方案的模糊综合评判

5．2 大载荷多功能施工平台结构模态分析

5．2．1 悬吊平台固有频率及模态振型

5．2．2 模态结果分析

5．3 悬吊平台受冲击载荷研究

5．4 本章小结

第六章 结论

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简介

致谢