基于有限元法的塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)疲勞壽命研究.pdf

1、塔式起重機(jī)作為現(xiàn)代施工中的重要起重設(shè)備，其安全可靠運(yùn)行是保證整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)安全的重要指標(biāo)。但隨著高層、板式建筑結(jié)構(gòu)的增多，塔式起重機(jī)的滿載率加大，工作繁忙程度加重，有些塔式起重機(jī)大部份工作時(shí)間已在高應(yīng)力水平下運(yùn)行，以前的設(shè)計(jì)手段已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代塔式起重機(jī)的發(fā)展了。本文對(duì)多起塔式起重機(jī)坍塌事故進(jìn)行了分析研究，發(fā)現(xiàn)這些坍塌事故中有相當(dāng)一部分是由于結(jié)構(gòu)的疲勞破壞引起的，暴露了國(guó)內(nèi)塔式起重機(jī)的設(shè)計(jì)缺陷。因此，本文提出了一種采用疲勞有限元分析軟件M

2、SC.FATIGUE來對(duì)塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞壽命估算的方法。該方法不但可以對(duì)現(xiàn)行在役塔式起重機(jī)進(jìn)行剩余壽命評(píng)估，同時(shí)還能有效地指導(dǎo)新型塔式起重機(jī)的開發(fā)設(shè)計(jì)，提高了國(guó)內(nèi)塔式起重機(jī)的設(shè)計(jì)水平。本文主要進(jìn)行了以下研究工作： 對(duì)疲勞理論知識(shí)進(jìn)行了分析總結(jié)，研究了塔式起重機(jī)的實(shí)際工作狀況，得出塔式起重機(jī)的疲勞類型為機(jī)械高周變幅疲勞。并根據(jù)其疲勞類型，確定選用安全壽命設(shè)計(jì)方法對(duì)塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞分析，并應(yīng)用名義應(yīng)力法估算塔式起重機(jī)

3、鋼結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。 研究了有限單元法的基本知識(shí)，提出了對(duì)塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模的簡(jiǎn)化原則和具體處理方法，采用MSC.PATRAN軟件對(duì)塔式起重機(jī)進(jìn)行了有限元建模。將塔式起重機(jī)起重臂的每跨節(jié)點(diǎn)作用額定載荷時(shí)定義為一個(gè)工況，并用msc.natran軟件同時(shí)計(jì)算了各工況下其結(jié)構(gòu)的靜應(yīng)力值，這為后面進(jìn)行疲勞壽命估算提供“幾何條件”。 將塔式起重機(jī)所受的疲勞載荷劃分為變幅載荷和沖擊載荷。對(duì)于變幅載荷，本文提出了一種采用現(xiàn)場(chǎng)

4、觀測(cè)加數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，得到變幅小車的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，首次提出變幅小車在起重臂下弦桿的每跨軌道上運(yùn)行的頻數(shù)與起重臂的坐標(biāo)成正態(tài)分布，并得出了正態(tài)概率密度函數(shù)。以一天為一個(gè)周期，得出了變幅載荷的時(shí)間歷程。對(duì)于變幅載荷，本文提出對(duì)塔式起重機(jī)進(jìn)行瞬態(tài)響應(yīng)的方法得出主要工況下起升鋼絲繩內(nèi)的內(nèi)力時(shí)間關(guān)系，從而得到?jīng)_擊載荷的時(shí)間歷程。 以QTZ4010型塔式起重機(jī)為例，提出了用疲勞有限元軟件對(duì)塔式起重機(jī)進(jìn)行疲勞壽命分析的具體方法，得到了該類型塔式起