自动化码头低架桥空间桁架结构的稳定性分析

摘要

低架桥电动平板小车水平运输系统是高效智能型立体装卸集装箱码头的重要组成部分，低架桥空间桁架结构承载平板小车、起重小车和集装箱，承受高速移动重载、冲击荷载、竖向及横向振动、长行程、重复大作业量等复杂恶劣工况，很容易出现受压杆件的屈曲和整个结构的失稳，该结构的稳定性能直接影响到整个自动化码头能否正常高效运行。本文采用有限元方法建立空间桁架结构的梁单元分析模型，分析了低架桥空间桁架结构在集装箱调运复杂工况下的稳定性能，其主要内容如下： 首先明确高效智能型立体轨道配送系统设计及低架桥空间桁架结构特点、荷载和运行工况；随后在有限元模型基础上分析了低架桥系统在4种不同运行工况下构件的应力应变情况，通过对计算结果进行深入分析和对比，得出最危险运行工况，并分析该工况下低架桥桁架结构中12种杆件的受压和受弯状况。 在有限元分析的基础上，利用ANSYS屈曲模块对低架桥系统的不同工况进行线性的特征值屈曲分析，得到低架桥空间桁架结构最容易失稳的工况，获取其特征值及屈曲模态，分析低架桥空间桁架结构的失稳形式。同时考虑了三种不同的弹性支座形式对低架桥稳定性能的影响。 由于工程实际中桁架结构的安装缺陷和非线性因素，考虑几何非线性、材料非线性因素，并以特征值分析得到的屈曲模态为参照，对线性模型施加初始缺陷运用弧长迭代法进行非线性屈曲分析，通过载荷——位移曲线得到结构更接近于实际的极限荷载，从而可以得到更偏于安全的设计。 针对低架桥空间桁架结构中12种典型受压受弯的危险构件，本文运用钢结构设计规范稳定性计算公式进行了局部稳定性校核，结果表明该低架桥空间桁架结构中杆件设计安全合理，具有良好的稳定性。通过本论文研究可确保低架桥系统达到钢结构设计稳定性要求，从而提高整个系统的稳定性，可靠性，使用寿命和运行效率，对低架桥桁架结构的优化设计意义重大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1结构稳定性发展史

1.1.1稳定性的基本概念和失稳类型

1.1.2结构稳定理论国内外研究现状

1.1.3桁架结构研究现状

1.2课题背景和意义

1.2.1课题来源

1.2.2课题背景和意义

1.2.3桁架结构的设计要求

1.2.4自动化码头低架桥空间桁架结构的特点

1.3本文的研究内容

第2章稳定性分析的基本理论和有限元方法

2.1结构失稳判定

2.2钢结构设计规范稳定性设计要求

2.2.1设计原则

2.2.2荷载和荷载效应计算

2.2.3构件的计算长度和容许长细比

2.3系统稳定性有限元分析原理

2.3.1结构稳定性的能量准则及临界荷载

2.3.2结构稳定问题中有限单元法及失稳临界点类型的判别

2.4低架桥空间桁架结构的稳定性

2.5本文的研究方法

第3章有限元模型及结构受力分析

3.1低架桥空间桁架结构构造

3.1.1低架桥空间桁架结构组成

3.1.2低架桥空间桁架结构主要杆件的截面参数和特征

3.2低架桥空间桁架结构的有限元模型

3.2.1力学模型

3.2.2建模要点

3.3低架桥空间桁架结构的载荷和工况

3.3.1自动化码头工作运行过程分析

3.3.2低架桥空间桁架结构的载荷分析

3.4低架桥空间桁架结构的静力分析

3.4.1低架桥空间桁架各工况静力分析

3.4.2危险工况杆件类型分析

3.5本章小结

第4章低架桥空间桁架结构的整体稳定性分析

4.1结构的特征值屈曲分析理论

4.1.1结构线性屈曲的基本方程

4.1.2桁架结构的稳定性经典理论

4.2 ANSYS特征值屈曲荷载算法和算例

4.2.1 ANSYS特征值屈曲荷载算法和分析过程

4.2.2 ANSYS特征值屈曲分析过程

4.2.3 ANSYS求解屈曲临界荷载算例

4.3低架桥空间桁架结构的特征值屈曲分析

4.3.1各工况特征值屈曲分析

4.3.2最危险工况失稳模态分析

4.3.3不同支座形式下的特征值屈曲分析

4.4非线性屈曲分析基本理论

4.5非线性方程的迭代方法和算法的实现

4.6低架桥屈曲分析涉及的非线性因素及处理方法

4.7低架桥空间桁架结构的非线性屈曲分析

4.7.1非线性屈曲分析的基本过程

4.7.2非线性屈曲分析及后处理

4.8本章小结

第5章低架桥桁架钢结构的局部稳定性分析

5.1整体稳定性与局部稳定性

5.2受压构件的稳定性

5.2.1轴心压杆的稳定性

5.2.2影响构件整体稳定的因素

5.2.3设计规范对轴心受压构件稳定计算的规定

5.3实腹式受压柱的局部稳定

5.3.1工字形截面

5.3.2箱形截面

5.3.3 T形截面

5.4压弯构件

5.4.1压弯构件的稳定性

5.4.2设计规范对轴心受压构件稳定计算的规定

5.5低架桥压弯杆件的稳定性校核计算

5.6本章小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2需要改进的地方

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果