极限状态设计法在塔式起重机钢结构设计中的应用研究

摘要

极限状态设计法在国家最新颁布的《起重机设计规范》(GB/T3811-2008)已经提出，同传统的许用应力法并列为起重机钢结构的设计方法。但新规范仅就极限状态设计法做了概略的介绍，对该方法的具体应用技术并没有详细阐述。并且由于不同工况、不同环境下极限载荷的分析以及不同材料结构的极限状态差别很大，符合我国国情的基础数据相对缺乏，极限状态法的实际应用还需要很多基础工作要做。本文针对钢结构比重较大的塔式起重机，重点研究了极限状态法在其钢结构设计中的应用技术。
　　 首先，本文采用对比的方法，剖析了极限状态设计法和现行的许用应力设计法的差异与联系，明晰了极限状态设计法的实质与内涵，并给出了具有可操作性的起重机钢结构极限状态设计流程。
　　 其次，针对塔式起重机钢结构设计的基础要素载荷，详细分析了所有载荷及载荷组合的计算方法，确定了极限状态法下的载荷系数、动力系数以及载荷组合表，并获取了结构材料的强度系数、抗力系数和分项载荷系数表。
　　 第三，分析总结了塔式起重机钢结构采用极限状态设计法设计的原理，给出了塔机钢结构中出现最多的压弯构件的强度、刚度、稳定性计算公式并以TC7030塔式起重机的塔身钢结构为例，对上述公式进行了对比设计验证，从而得到以下结论：
　　 (1)对于大变形的结构，由于载荷和内力呈非线性关系，应该用非线性分析方法进行计算；
　　 (2)非线性分析时应该用极限状态设计法，极限状态法比许用应力法更接近实际，采用极限状态设计法的塔式起重机钢结构更经济、安全，极限状态设计法是可取的。
　　 计算机辅助工程(CAE)是塔式起重机设计中的重要手段，本文就塔机钢结构计算机辅助工程模型的构建、有限元分析与优化和具有学习功能的计算机辅助设计计算软件系统的设计三方面的问题，结合极限状态设计法进行了分析探讨，提出了计算机辅助工程在塔机设计应用中进一步发展的方向。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 极限状态设计法的应用现状及发展趋势

1.3 本课题研究的主要内容和意义

第2章 极限状态设计法

2.1 钢结构设计方法综述

2.1.1 总安全系数的许用应力设计法

2.1.2 三系数的极限状态设计方法

2.1.3 单一安全系数的许用应力设计法

2.1.4 一次二阶矩极限状态设计法

2.2 起重机械钢结构设计方法

2.2.1 许用应力设计法

2.2.2 极限状态设计法

2.2.3 两种计算方法的算例比较

2.3 起重机钢结构构件及计算内容

2.4 本章小结

第3章 塔式起重机钢结构设计中的载荷分析

3.1 计算载荷与载荷系数

3.1.1 常规载荷

3.1.2 偶然载荷

3.1.3 特殊载荷

3.1.4 其它载荷

3.2 塔式起重机钢结构设计的载荷情况与载荷组合

3.2.1 载荷情况

3.2.2 载荷组合

3.3 结构材料的许用应力和极限设计应力

3.3.1 结构材料的许用应力

3.3.2 结构材料的极限设计应力

3.4 本章小结

第4章 塔机钢结构设计中极限状态设计法的应用研究

4.1 极限状态设计法塔机钢结构设计的基本原理

4.1.1 强度设计

4.1.2 刚度设计

4.1.3 压弯构件的整体稳定性验算

4.2 TC7030塔机钢结构设计算例

4.2.1 结构形式

4.2.2 计算工况

4.2.3 计算简图

4.2.4 截面几何特性计算

4.2.5 许用应力设计法计算

4.2.6 极限状态设计法计算

4.2.7 计算结果分析

4.3 本章小结

第5章 计算机辅助工程在塔机钢结构设计中的应用

5.1 计算机辅助工程(CAE)中塔机钢结构计算模型的构建

5.1.1 塔机钢结构实体模型的构建

5.1.2 基于三维实体设计的钢结构节点构造与制造工艺的探讨

5.1.3 实现塔机钢结构CAD/CAE/CAM集成存在的问题

5.2 有限元法在塔机钢结构设计中的应用

5.2.1 有限元分析计算的步骤

5.2.2 有限元在塔机设计中应用的局限性及对策

5.3 具有学习功能的计算机辅助塔式起重机设计计算系统

5.3.1 系统总体结构

5.3.2 机械学习功能

5.3.3 计算机辅助塔机设计计算系统的实现

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

发表的学术论文

科研成果

出版的著作与教材

学位论文评阅及答辩情况表