多跨柔性支撑高耸施工机械结构分析方法研究

论文摘要

本文来自于国家科技支撑计划子课题——异性高耸建筑主体施工多功能升降机研究与产业化开发,项目编号:2006BAJ12B04-03。在工程实际中,多跨柔性支撑高耸施工机械应用日益广泛,对这种结构计算分析方法的研究很有实际意义和理论价值。到目前为止,国内外相应的设计规范中,尚未就柔性附着对整体结构的影响提供计算标准;附着装置的刚度对结构稳定性、挠曲变形、整体侧向位移及最大附着力的影响未提出一个可靠的参考。本文试图建立合理的模型、结合考虑二阶效应的精确有限元理论及微分方程法对上述问题进行研究。建立了柔性支撑高耸施工机械结构模型,得到了考虑二阶效应的整体刚度矩阵;通过降阶简化了难以求解的高阶矩阵,使问题简化为求解多个低阶矩阵行列式,有效降低了稳定性分析的求解复杂程度,并编制了相应的程序,计算了柔性附着下的高耸结构弹性支承的合理安放位置及合理的外伸长度,分析了柔性支撑对结构整体稳定性的影响。实际工程施工中附着支撑的安装位置受到建筑物、施工场地等安装条件的限制,因此不同的附着方式会对附着装置有一定的要求,主要体现在线性刚度方面。基于相同欧拉临界力原则,针对多次柔性附着的高耸施工结构,依据屈曲特征方程等于零,提出了满足不同施工现场要求的附着装置刚度计算方法,分析了不同施工工况对支撑刚度的要求,得出了满足工程常用的支撑刚度范围,分析了支撑刚度间的相互影响,为附着支撑的设计提供了参考。考虑了柔性支撑的加入对高耸结构变形的影响,研究了计及轴力二阶效应时弹性支承悬臂梁非线性变形的计算方法,得出了计及轴力二阶效应多跨柔性支撑高耸结构各跨及外伸段非线性变形的计算通式。以此为基础,推导了柔性支撑高耸结构顶部侧向位移及最大附着力计算公式,进一步讨论了柔性支撑下的高耸结构的侧向位移影响因素,分析了支承刚度对悬臂端挠度及各支点反力与位移的影响;探讨了支承跨距及支承个数改变对各支点反力及悬臂断挠度的影响,通过比较,说明了考虑支承弹性的必要性,为设计标准的静态刚度及附着等相关要求提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题的研究目的与意义
• 1.2 国内外高耸施工机械结构研究概况
• 1.2.1 高耸施工机械结构的研究方法
• 1.2.2 高耸施工机械结构的研究进展
• 1.2.3 目前高耸施工机械结构在设计和应用中存在的问题
• 1.3 本文的主要研究内容及思路
• 第2章 柔性支撑高耸施工机械结构的稳定性分析
• 2.1 多跨柔性支撑高耸施工机械结构的稳定性分析模型
• 2.1.1 考虑轴力效应的高精度有限元方程
• 2.1.2 控制方程的简化表达
• 2.1.3 附着支撑刚度与整体稳定性的关系
• 2.2 合理支撑位置与外伸长度
• 2.2.1 不考虑支撑柔性时支撑位置
• 2.2.2 支撑柔性对支撑位置的影响及合理位置的确定
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于等欧拉临界力原则的高耸施工机械结构支撑刚度设计
• 3.1 常用高耸施工机械结构附着支撑装置刚度计算方法
• 3.2 等欧拉临界力原则下的柔性支撑刚度设计
• 3.2.1 整体稳定性对支撑刚度的要求
• 3.2.2 多跨柔性支撑高耸施工机械结构支撑刚度的计算
• 3.2.3 多次附着支撑之间的相互影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 多跨柔性支撑高耸施工机械结构变形分析
• 4.1 高耸施工机械结构刚度控制条件
• 4.1.1 规范对刚度的规定
• 4.1.2 独立无支撑施工机械结构顶部侧向位移
• 4.1.3 刚性支撑下的施工机械结构变形控制
• 4.2 考虑支撑柔度的各跨变形曲线
• 4.2.1 柔性支撑下结构的底部等效转动刚度
• 4.2.2 各跨二阶非线性变形曲线的求解
• 4.3 考虑支撑柔度的高耸机械结构顶部侧向位移及影响因素分析
• 4.3.1 考虑支撑柔度的高耸施工机械结构顶部侧向位移
• 4.3.2 算例及侧向位移的影响因素分析
• 4.4 附着支撑反力的求解及影响因素分析
• 4.4.1 柔性附着支撑力计算公式
• 4.4.2 支承刚度对各支杆支承反力的影响
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢