塔式起重机基于ANSYS的地震响应研究

论文摘要

塔式起重机是建筑行业中应用最为普遍,但却又是对地震最为敏感的一种施工设备,汶川地震后,人们对该类设备的抗震性极为关注,这也是震后大规模重建与地震频发矛盾下所必须考虑的。正基于此,本文从实际施工应用出发,对汶川地震中西安地区塔机的地震响应特性,应用ANSYS有限元分析软件进行了相关研究,并获得了以下几个方面的成果：(1)应用ANSYS软件,较详细的建立了塔机及其附着对象的有限元模型,为仿真研究奠定了坚实的模型基础；(2)附着塔受到建筑物的影响,动态与静态两种方式校核下,危险点的位置在较大概率下是不同的,而独立塔则相同,从而得出独立塔进行抗震设计时,乘以动态放大系数,按等效静力学校核即可,而附着塔必须进行动态校核才能发现薄弱点的结论,但是在较多情况下,人们忽略了对塔机的动态校核环节,正因如此,造成了地震中附着塔较多于独立塔发生倒塌；(3)附着塔一般最好附着于建筑物短轴上；(4)在地震突发时,若得知震中方向,则应使塔机起重臂指向或背离震中,也就是说,尽量使起重臂与塔机工作点和震中的连线平行,这样可使塔机受力较小,从而最大程度减轻伤亡,这也是此类突发事件下可行的有效应急方案之一。(5)应用APDL语言及用户界面设计语言UIDL对ANSYS进行了二次开发,在经典模块下添加了塔机的专业化模块,实现了塔机有用户化界面的参数化建模,并对该模块进行了汉化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 地震对塔机的危害
• 1.3 国内外关于塔机地震响应研究现状
• 1.4 本课题研究的目的和意义
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 塔机和建筑物有限元模型的建立
• 2.1 塔机有限元模型的建立
• 2.1.1 塔身、起重臂模型
• 2.1.2 塔帽、平衡臂模型
• 2.1.3 套架模型
• 2.1.4 回转支承台、驾驶室模型
• 2.1.5 整机模型
• 2.2 建筑物有限元模型的建立
• 2.2.1 建筑物的ANSYS建模方法
• 2.2.2 建筑物的有限元模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 地震载荷分析方法
• 3.1 地震载荷分析方法概述
• 3.2 ANSYS时程分析原理
• 3.2.1 运动微分方程的求解
• 3.2.2 阻尼的确定
• 3.3 地震加速度时程波的选取
• 3.4 本章小结
• 第四章 塔机地震响应及破坏分析
• 4.1 模态分析
• 4.2 塔机地震响应及破坏分析
• 4.2.1 前倾式独立塔空载工况
• 4.2.2 前倾式独立塔满载工况
• 4.2.3 前倾式附着塔空载工况
• 4.2.4 前倾式附着塔满载工况
• 4.3 本章小结
• 第五章 附着塔的最佳附着位置
• 5.1 塔机附着于建筑物长轴
• 5.1.1 长轴端头
• 5.1.2 长轴对称侧中部
• 5.1.3 长轴中部
• 5.2 塔机附着于建筑物短轴
• 5.2.1 短轴端头
• 5.2.2 短轴中部
• 5.3 综合分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 塔机起重臂与地震波的最优夹角
• 6.1 基本思路
• 6.2 计算结果
• 6.2.1 空载工况
• 6.2.2 满载工况
• 6.3 本章小结
• 第七章 ANSYS二次开发技术在塔机中的应用
• 7.1 ANSYS二次开发工具概述
• 7.1.1 参数化程序设计语言（APDL）
• 7.1.2 用户界面设计语言（UIDL）
• 7.2 塔机有限元模块的开发
• 7.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢