开合屋盖机械系统设计研究及静力学分析

论文摘要

开合屋盖是一种在一定时间内可以开合部分或全部屋顶结构的新型建筑形式。它不仅赋予了常规建筑新的功能,而且大大增加了建筑的美学效果,因此开合屋盖是当今建筑领域的一个新的热点与潮流。开合屋盖的机械装置是开合屋盖功能实现的关键,因此开合机械装置的合理设计至关重要。本论文以开合屋盖机械系统为研究目标,分别对开合屋盖开合机械装置设计与机械系统结构载荷进行了分析与研究,所做的工作对开合屋盖工程设计具有一定的应用价值和理论指导意义。本文主要研究内容:第一,论述了选题的背景和意义,介绍了开合屋盖的功能、应用及其发展历史,总结了目前国内外有关开合屋盖领域的研究成果和方向。第二,研究开合屋盖开合机理的基础上,系统地归纳了适合运用于开合屋盖的开合机械装置。将开合屋盖系统地划分为刚性开合屋盖与柔性开合屋盖,给出了各类开合机械装置具体的实施方式,并且结合具体机械装置分析了每种开合机械装置的技术特点和使用场合。第三,结合起重机技术,分析了开合屋盖与起重机技术的差异,阐述了开合屋盖行走机械系统设计的方法与设计要点。第四,进行了行走机械系统结构载荷的研究,提出采用结构比拟和结构影响因素分析的研究方法。结合杭州某一网球馆工程实例,通过网架拟板法建立了该类开合屋盖的结构载荷的近似力学模型。根据结构影响因素长宽比l/b,矢高比s/l,利用ANSYS建立一系列模型并进行有限元分析,完成对结构载荷力学模型进行修正,得出的结论对此类开合屋盖的设计具有一定的指导意义。第五,根据相似理论,设计制造了开合屋盖网架实体模型(相似比为15:1)、结构测量装置和实验台架,完成了开合屋盖模型的静力学试验,从而近似计算出开合屋盖原型的结构载荷。同时与有限元数值计算所得的结果进行对比,验证了有限元分析与模型实验的合理性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 开合屋盖的发展及应用概述
• 1.1.1 国内外开合屋盖的发展
• 1.1.1.1 国际上开合屋盖的发展
• 1.1.1.2 国内开合屋盖的发展
• 1.1.2 开合屋盖的应用
• 1.2 开合屋盖的国内外研究状况
• 1.2.1 开合屋盖开合方式研究
• 1.2.2 开合屋盖结构设计研究
• 1.2.3 开合屋盖机械系统设计研究
• 1.3 选题意义
• 1.4 本文主要研究内容及技术路线
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 第二章 开合屋盖开合机械装置
• 2.1 刚性屋盖开合机械装置
• 2.1.1 移动开合机械装置
• 2.1.2 转动开合装置
• 2.1.3 展开开合装置
• 2.2 柔性屋盖开合机械装置
• 2.2.1 索膜开合装置
• 2.2.2 折叠开合装置
• 第三章 开合屋盖机械系统设计
• 3.1 机械系统的组成和典型形式
• 3.2 机械系统的设计计算
• 3.2.1 确定对应整机工作级别和机构工作级别
• 3.2.2 载荷分析与计算
• 3.2.3 计算载荷的分类
• 3.2.4 零部件的设计计算
• 3.3 开合屋盖机械系统设计的特殊性
• 3.4 结构载荷分析的必要性
• 第四章 开合屋盖行走机械系统结构载荷研究
• 4.1 行走机械系统结构载荷分析
• 4.1.1 行走机械系统结构载荷
• 4.1.2 行走机械系统结构载荷的影响因素
• 4.2 行走机械系统结构载荷的分析方法
• 4.3 黄龙体育中心网球馆类开合屋盖结构载荷分析
• 4.3.1 黄龙体育中心网球馆工程实例
• 4.3.2 黄龙网球馆类开合屋盖结构载荷力学模型的建立
• 4.3.2.1 黄龙网球馆类开合屋盖网架结构分析
• 4.3.2.2 平面网架力学模型的建立
• 4.3.3 开合屋盖结构载荷有限元数值计算
• 4.3.3.1 有限元软件 ANSYS
• 4.3.3.2 黄龙体育中心网球馆有限元数值计算
• 4.3.4 开合屋盖结构载荷力学模型结构影响因数计算与分析
• 第五章 基于相似理论的静力学模型试验设计
• 5.1 相似理论理论基础
• 5.1.1 相似理论基本概念
• 5.1.2 相似三定理
• 5.2 基于相似理论的开合屋盖模型分析与制作
• 5.2.1 开合屋盖相似准则的导出
• 5.2.2 开合屋盖模型参数的确立
• 5.3 实验装置设计
• 5.3.1 实验方案的制定
• 5.3.2 实验装置的设计
• 5.3.2.1 测力台的设计
• 5.3.2.2 实验台架
• 5.3.2.3 千斤顶
• 5.3.2.4 数据采集系统
• 5.4 开合屋盖网架模型静力学模型试验
• 第六章 实验结果分析
• 6.1 开合屋盖网架模型实验实验数据
• 6.1.1 承载台1支点有效长度的标定
• 6.1.2 行走轮载荷中心测定
• 6.1.3 开合屋盖网架模型静力学实验数据
• 6.2 实验结果分析
• 6.3 有限元分析和模型试验比较分析
• 6.4 黄龙网球馆开合屋盖行走机械系统结构载荷
• 第七章 研究总结及展望
• 7.1 总结
• 7.2 开合屋盖研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录