本文關鍵詞：塔式起重機結(jié)構(gòu)非線性分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著城市化的發(fā)展,高層建筑逐年增多,施工高度的增加使得對塔機性能的要求也越來越高。塔機處于獨立狀態(tài)起升高度逐漸增加時,結(jié)構(gòu)的非線性越來越明顯。為分析非線性因素對塔機結(jié)構(gòu)性能的影響,本文以某塔式起重機為研究對象,利用ANSYS建立了塔機有限元模型,分別研究了非線性對塔機強度、靜剛度、地震反應以及塔身穩(wěn)定性的影響。利用ANSYS軟件對塔機強度及靜剛度進行了校核,結(jié)果表明,該塔機靜強度及靜剛度均滿足設計要求。在此基礎上,采用非線性有限元求解技術,考慮了材料非線性以及幾何非線性因素,分別計算了不同參數(shù)下塔機強度以及靜位移。分析表明,非線性因素對塔機的強度計算影響不大,其計算結(jié)果與線性解相差不大,幾何非線性對塔機的靜剛度計算影響較大；隨著塔機自由高度的逐漸增加,幾何非線性對塔機靜位移的影響逐漸增大。塔機處于最大獨立高度時,線性解與非線性解的相對偏差接近20%,此時幾何非線性對塔機靜位移的影響難以忽略,因此在工程實際中,計算塔機靜剛性時,需要考慮塔機結(jié)構(gòu)的幾何非線性因素。利用ANSYS軟件計算了塔機最大獨立狀態(tài)下的固有頻率,并得到其前八階振型和基本周期。選用El-Centro波作為地震動輸入,采用時程分析法,計算抗震設防等級為7度時地震作用下塔機的動態(tài)響應。結(jié)果顯示,塔機起重臂端部節(jié)點豎向位移最大,塔機結(jié)構(gòu)的最大應力出現(xiàn)在地震反應的初始時刻,塔身最大應力在整個地震反應過程中具有較大波動。對比線性和非線性分析計算結(jié)果,得出幾何非線性對塔機結(jié)構(gòu)動態(tài)響應影響很大。計算塔機起重臂與地震載荷處于不同角度時非線性地震反應,結(jié)果表明,起重臂與地震載荷間的夾角對塔機結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應具有一定影響,起重臂與水平地震載荷平行時,有利于塔機結(jié)構(gòu)的安全。不同抗震設防烈度下的分析表明,抗震設防烈度對塔機豎向位移以及應力均有影響,隨著抗震設防烈度的增大,塔身最大應力和結(jié)構(gòu)最大應力的增量均呈成倍增長趨勢。最后對塔身進行了屈曲分析,對特征值解與非線性解進行對比得出,特征值解為塔機額定起升載荷產(chǎn)生總輪壓的10.46倍,是非保守解,非線性解為總輪壓的2.16倍,與實際情況較為相符。通過對不同塔身高度以及不同起重臂位置下的屈曲分析得出,塔身高度對塔身極限承載力具有較大的影響,隨塔身高度增加,塔身極限承載力逐漸減小,且極限承載力作用下塔身頂部豎向位移逐漸增大；起重臂位置對塔身極限承載力亦具有一定影響。
【關鍵詞】：塔式起重機 非線性 靜位移 地震載荷 時程分析 屈曲分析 極限承載力
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH213.3
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 塔式起重機概述11-13
• 1.1.1 引言11
• 1.1.2 塔式起重機國外發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.1.3 塔式起重機國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀13
• 1.2 非線性有限元分析研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 非線性有限元分析概述13-14
• 1.2.2 非線性有限元分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 非線性有限元分析在塔機結(jié)構(gòu)分析中的應用15-16
• 1.3 地震反應研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.1 地震反應研究發(fā)展狀況16-17
• 1.3.2 地震反應研究在塔機中的應用17
• 1.4 論文研究的意義及主要內(nèi)容17-19
• 第2章 基于非線性的塔機結(jié)構(gòu)靜力學分析19-38
• 2.1 非線性有限元法基本理論19-23
• 2.1.1 彈塑性本構(gòu)關系19-20
• 2.1.2 幾何大變形問題基本方程20-22
• 2.1.3 接觸非線性問題基本假定22-23
• 2.2 ANSYS軟件非線性分析基本步驟23-25
• 2.2.1 建立有限元模型23-24
• 2.2.2 施加載荷24
• 2.2.3 選擇非線性求解算法24-25
• 2.2.4 后處理25
• 2.3 塔式起重機基本參數(shù)25-28
• 2.3.1 計算工況26-27
• 2.3.2 載荷組合27-28
• 2.4 塔機結(jié)構(gòu)靜力學分析28-33
• 2.4.1 有限元模型處理28-29
• 2.4.2 有限元計算結(jié)果29-33
• 2.5 塔機結(jié)構(gòu)非線性有限元分析33-37
• 2.5.1 非線性有限元模型處理33-34
• 2.5.2 考慮非線性時計算結(jié)果對比34-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 第3章 塔式起重機非線性地震反應分析38-59
• 3.1 地震特性簡介38-40
• 3.1.1 地震波38-39
• 3.1.2 地震震級39-40
• 3.1.3 地震烈度40
• 3.2 ANSYS時程分析概述40-42
• 3.2.1 時程分析基本理論40-42
• 3.2.2 時程分析中阻尼的確定42
• 3.3 塔機模態(tài)分析42-45
• 3.3.1 模態(tài)分析基本理論43
• 3.3.2 模態(tài)分析方法及過程43
• 3.3.3 模態(tài)分析計算結(jié)果43-45
• 3.4 塔機地震反應時程分析45-50
• 3.4.1 地震波的選取和調(diào)整45-47
• 3.4.2 塔機位移和應力計算結(jié)果47-50
• 3.5 不同因素對塔機地震反應的影響50-57
• 3.5.1 幾何非線性對塔機地震反應的影響50-53
• 3.5.2 起重臂方向?qū)λ䴔C地震反應的影響53-56
• 3.5.3 抗震設防烈度對塔機地震反應的影響56-57
• 3.6 本章小結(jié)57-59
• 第4章 塔式起重機塔身屈曲分析59-67
• 4.1 屈曲分析簡介59-60
• 4.1.1 特征值屈曲59
• 4.1.2 非線性屈曲59-60
• 4.2 塔身屈曲分析模型及載荷計算60-62
• 4.2.1 塔身屈曲分析模型簡介60-61
• 4.2.2 塔身載荷計算61-62
• 4.3 塔身屈曲影響因素探討62-65
• 4.3.1 塔身高度對塔身屈曲的影響63-65
• 4.3.2 起重臂位置對塔身屈曲的影響65
• 4.4 本章小結(jié)65-67
• 總結(jié)與展望67-69
• 致謝69-70
• 參考文獻70-75
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學術論文及科研成果75

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本文編號：259451