立体车库钢结构骨架的受力 分析与结构优化-行业动态-埃斯顿智能车库

行业动态

立体车库钢结构骨架的受力 分析与结构优化

立体车库钢结构骨架起着支承停放车辆载荷和分担提升机构载荷的作用,对车库钢结构骨架进行合理的分析和结构优化特别重要。 

1 立体停车库钢结构骨架的基本结构 立体停车库钢结构承载框架(见图1、图2)与外表装饰材料构成停车库主体。钢结构由底部、中部和顶部结构架组成。底部为车辆进出车库和车辆调头之用,高度为2。6m。中部为标准层,高度为2。2m,用来停放车辆,它由标准单元组成,可以根据实际车库容量来适当加减层数。顶部用来安装滑轮组并留有检修滑轮组及其他设备的空间,高度为1。5m。本课题的车库设计容量为20辆, 需要10层停车标准单元,车库总层数为12层,总高度为26。1m。2根升降吊笼导轨作对角布置,固定在立柱6上。钢结构分段制造,现场用高强度螺栓拼装。

2 立体停车库钢结构骨架的结构分析 2.1 立体停车库钢结构骨架的模型化 整个停车库钢结构骨架复杂,很难准确地建立其受力情况的基本方程。应用有限元法可以对整个停车库钢结构骨架的受力做出正确的分析。有限元分析的基础是弹性连续体的离散化,即把整个连续停车库钢结构骨架分割成由有限个单元组成的集合体。这些单元仅仅在节点处连接,单元之间的载荷也仅由节点传递,所有的计算分析都在这个模型上进行。停车库钢结构骨架主要由一些型钢通过螺栓连接而成,对它进行单元划分比较容易,通常以连接点作为节点。 停车库钢结构骨架由柱、梁和杆组成。采用三维梁单元和杆单元模拟实际结构,用固定约束边界条件模拟钢结构的安装情况。梁单元具有拉伸、压缩、扭转和弯曲能力,每个节点有6个自由度。杆单元为单向拉压单元,每个节点有3个移动自由度。建立的钢结构力学模型如图1所示,整个车库钢结构骨架共有330个单元,172个节点。


2.2 钢结构骨架的受力情况 钢结构受力主要包括:钢结构本身自重、结构架上各停车位的车辆及固定叉梳重量、提升系统制动所产生的惯性力、驱动装置的重力、顶部梁架所受滑轮组和配重的重力、整体结构所受的风力、地震载荷以及由于外界环境温度变化而引起的温度应力等,它们以集中或均布方式作用。按基本载荷作用情况,将停车库钢结构骨架结构分析的计算工况分为表1所示的4种工况。

2。3 进行受力分析的基本假设 由于车库的实际受力情况很复杂,必须对它进行必要的简化和假设后才能进行受力分析,基本假设为:1)停车库单独建立,不与其它建筑物相接;2)不计由于结构阴面与阳面温差引起的热应力;3)整体结构无初始变形和缺陷;4)按可能是最危险的x,y以及对角线方向3种工况计算风载荷;5)地震载荷按与风载作用方向一致的工况进行计算。 该立体车库承载框架是由型钢经高强度螺栓连接而成,各杆件可承受轴向力、剪力和弯矩,在用有限元软件进行受力分析时,此种结构属于梁单元,按空间6个自由度梁单元进行处理。2。4 钢结构骨架的受力分析 在各种工况载荷的作用下,钢结构骨架中梁单元(在节点i或j处)和杆单元的最大应力见表2


各工况钢结构骨架均在前轮放置一侧两边立柱与下方横梁交点处产生最大压应力,其中对称载荷工况压应力最大。4种工况分别在钢结构骨架后轮放置一侧立柱与基础连接点处产生最大拉应力,其中非对称载荷工况拉应力最大,并且其绝对值大于对称满载荷工况的最大拉应力。 各工况钢结构骨架的杆单元均受压, 其中左右两侧杆单元压应力最大, 而前后两侧杆单元压应力最小。在前后两侧杆单元中,下部单元的压应力均大于上部单元的压应力,并且前侧最下面2个单元压应力最大。 在各种工况载荷作用下,钢结构骨架的工作应力均小于许用应力,钢结构有足够的强度和稳定性,能够保证停车库安全可靠地工作。2。5 钢结构骨架的变形分析 根据计算,在工况1下,车库钢结构骨架的变形很小;在其它3种工况下,钢结构骨架节点在x,y方向位移比较小,z方向位移比较大。在各种工况载荷的作用下,钢结构骨架节点位移最大值见表3。

从表3可以看出,除工况1外,其它3种工况下钢结构骨架节点x,y向最大位移发生在第1层横梁 上(横梁层数由下往上计)。该层前、后横梁中部y向位移较大,梁向内侧变形。z向最大位移和总位移最大值发生在上支承梁上,梁向下弯曲变形。在4种工况下,非对称工况节点x向位移最大,对称满载荷工况下节点z向位移和总位移最大。对称满载荷工况下上支承梁中点挠度为-1。2161mm,小于许用 值,支承梁能满足驱动装置和传动系统正常工作的需要。 

3 钢结构骨架结构的优化

 3。1 结构优化设计模型的建立 停车库钢结构骨架结构由许多构件组成,为简化计算和减小构件尺寸规格,将结构分为7组单元,其中梁单元5组,杆单元2组,同一组单元截面积相等。优化设计变量为构件面积,并按型钢规格取离散值。设计变量为 X=[x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7],式中 x1~x5为第1~5组梁单元的截面积,x6~x7为第1,2组杆单元的截面积。 取停车库钢结构骨架的总重量为优化设计的目标函数,即 f(X)=∑N i=1 ρiAi(X)Li,式中 ρi,Ai( x),Li分别为第i个单元的密度、截面积和长度,N为单元总数。为保证停车库钢结构骨架具有足够的强度、刚度和稳定性,以结构应力和节点位移不大于许用值作为减轻结构重量设计的约束条件,即 g1(X)=σmax( X)-[σ]≤0,g2(X)=Umax(X)-[Ux]≤0, 式中 σmax(X),Umax(X)分别为结构中的最大应力和最大节点位移,[σ],[Ux]分别为结构的许用应力和 许用节点位移。 通过上面的分析可建立优化设计的数学模型为 min f(X)=∑N i=1 ρiAi(X)Li,s。t。g1(X)=σmax-[σ]≤0,g2(X)=Umax(X)-[Ux]≤0。 采用增广乘子法进行优化计算,取增广乘子函数为 M(X ,λ)= f(X )+12r∑mj=1 {max[0,λj+rgj(x)]2-λ2 j},j=1,2。式中 r为惩罚因子;λ为拉格朗日乘子,λ=[λ1,λ2]。 惩罚因子的初值r0按外点法选取,以后的迭代计算按下式递增 rk+1=βrk, 式中 β为惩罚因子递增系数,取β=10。 拉格朗日乘子的初值λ0 =0,以后的迭代公式为 λk+1j=max{0,λkj+ rgj(x)},j=1,2。3。2 优化结果及分析 对20车位机械式立体停车库钢结构骨架进行了优化设计。设计采用的许用应力为100MPa,许用位移为4mm。 优化设计与原设计方案结果比较见表4。表中x1~x7分别为钢结构骨架角柱、前后侧中间立柱、左右横梁、前后横梁、上下支承梁、左右腹杆、前后腹杆的截面积。从表4可以看出,应用增广乘子法得到的优化设计方案较原方案有很大的改进,可使结构重量降低30%左右。

更多立体车库产品立体车库资讯,请关注埃斯顿智能车库

Copyright © 2017 广州埃斯顿智能车库上海快3预测 All Rights Reserved。技术支持:全网客SEO     

上海快3 大圣彩票注册 上海快3 上海快3开奖结果 上海快3 上海快3 上海快3开奖结果 上海快3开奖结果 上海快3 上海快3开奖结果