【正文】 thI t h t y t b t y?? ????? ? ? ? ? ? ? ??? ???? ?? 吉林建筑大學(xué) 29 ? ? ? ?3 28 2 0 0 2 8 2020 2 0 0 2 8 1 5 7 .81 2 2? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ?3 21 0 2 0 0 2 1 0 101 0 2 0 0 2 1 0 5 2 .21 2 2? ? ? ??? ? ? ? ????? 10 mm?? 豎向焊縫的計(jì)算面積 ? ? ? ? 211 2 8 2 0 0 2 8 1 4 7 2A t h t m m? ? ? ? ? ? ? ○ 2 正應(yīng)力： 假定彎矩 M由全部焊縫計(jì)算截面承受，引起的水平方向應(yīng)力按三角形分布。 (2)連接計(jì)算 懸伸支撐托座與縱梁的螺栓布置選用螺栓的為 的普通 C級(jí)螺栓，螺栓孔的直徑 ，螺栓的數(shù)目為 4 個(gè)，其布置簡(jiǎn)圖如圖 所示。 吉林建筑大學(xué) 31 二、 螺栓的選用及驗(yàn)算 H形截面梁采用 ，拼接連接節(jié)點(diǎn)設(shè)置立柱上；梁及其拼接連接板均采用 Q235 鋼；連接采用 級(jí)得 M16高強(qiáng)度螺栓摩擦型雙剪連接，螺栓孔徑為 mm。 3. 因?yàn)閱卧匠淌菃蝹€(gè)建立的，因此可以模擬由幾種不同材料構(gòu)成的物體。有限差分方法對(duì)于簡(jiǎn)單的問(wèn)題能夠易于理解和應(yīng)用，但對(duì)于解決帶有復(fù)雜幾何條件和復(fù)雜邊界條件的問(wèn)題就無(wú)能為力了；而有限元方法采用積分方法而不是微分方法建立起系統(tǒng)的代數(shù)方程組，使內(nèi)部各單元的邊界連續(xù)，所以易 于描述。這兩種方法在分析中得出不同的未知量（力或位移），并得到與其公式相關(guān)的不同矩陣（柔度矩陣或剛度矩陣）。同時(shí)，也可以用幾何關(guān)系和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系來(lái)導(dǎo)出單元體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系式。CATIA 不但能夠保證企業(yè)內(nèi)部設(shè)計(jì)部門(mén)之間的協(xié)同設(shè)計(jì)功能而且還可以提供企業(yè)整個(gè)集成的設(shè)計(jì)流程和端對(duì)端的解決方案。Dassault公司與 MSC公司的強(qiáng)強(qiáng)合作，加強(qiáng)了其 CAE模塊，并且發(fā)展出基于 CATIA的 MSC． visualNastranV5i 有限元分析軟件。 CATIAV5 不但具有 V4版本的強(qiáng)大功能，還增加了許多新的特性。 由于 CATIA 軟件網(wǎng)格的劃分是自動(dòng)進(jìn)行的，因此，有時(shí)候設(shè)計(jì)者并不需要完全了解有限元分析的相 關(guān)內(nèi)涵，對(duì)于側(cè)重設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，這是非常有吸引力的。 后處理器的主要功能是：處理求解器分析后的結(jié)果，識(shí)別求解器生成的格式化及非格式化結(jié)果文件以及將結(jié)果寫(xiě)成各種常用的圖形文件，并以圖形、動(dòng)畫(huà)、曲線、表格和文件形式分別顯示求解器分析后的結(jié)果等。 基于 CATIA 參數(shù)化實(shí)體建模 在進(jìn)行有限元分析前，必須先建立三維實(shí)體模型。 在利用 CATIA 進(jìn)行 H型鋼 參數(shù)化建模過(guò)程中，將 CATIA 的三維參數(shù)化造型、表達(dá)式處理、 零件庫(kù) 等功能有機(jī)結(jié)合起來(lái)。 利用 CATIA 對(duì)其進(jìn)行映射劃分網(wǎng)格， 由于網(wǎng)格的形狀大小不同，會(huì)影響到分 析結(jié)果 ， 網(wǎng)格劃分越細(xì) , 計(jì)算結(jié)果越精確 . 然耗時(shí)也越長(zhǎng) . 利用 CATIA 的有限元處理工具可以對(duì)實(shí)體 模型進(jìn)行網(wǎng)格的自 分 , 這對(duì)于形狀規(guī)則的模型來(lái)說(shuō) 非常有利 ,對(duì)網(wǎng) 格 大小 進(jìn)行 適當(dāng) 設(shè)置 。修改參數(shù)尺寸即可得到各種規(guī)格 的 H 型鋼材。整個(gè)有限元模型由簡(jiǎn)單的單元組成，相鄰單元間通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接并承受一定的荷載。有限元文件的類型為 CATAnalysis。 CATIA V5 有 限元分析過(guò)程 CATIA 是一種 CAD/CAE/CAM 一體化軟件， CATIA 有限元分析的操作過(guò)程和主要功能構(gòu)成如圖 所示。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)， CATIA 的自動(dòng)網(wǎng)格劃分和有限元分析，也有很大的吸引力。機(jī)械制造者 30年來(lái)一直夢(mèng)想著在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)他們的全套操作，即從設(shè)計(jì)人員在機(jī)械設(shè)計(jì)中的第一筆點(diǎn)畫(huà)，到產(chǎn)品生產(chǎn)和廠房布置等所有步驟， CATIA 真正做到了這一點(diǎn)。另外 CATIA 還用來(lái)制造米其林輪胎、伊萊克斯電冰箱和洗衣機(jī)、 3M 公司的粘合劑，還有 ABB公司制造的火車(chē)和通用動(dòng)力公司建造的核潛艇。有限元分析后處理可以實(shí)現(xiàn)：點(diǎn)、位移、單元應(yīng)力等力學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)人員所關(guān)心和熟悉的設(shè)計(jì) 參數(shù)，如應(yīng)力集中區(qū)、最大應(yīng)力值、最大撓度、最不利載荷組合作用下的應(yīng)力等；篩選關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如應(yīng)力值高于某一指標(biāo)的節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)；用圖形形象地表示模型和計(jì)算結(jié)果，用于表示和記錄數(shù)據(jù)圖形。 有限元分析軟件一般步驟： ①建立求解域，并將之離散化成有限個(gè)單元，即將問(wèn)題分解成單元和節(jié)點(diǎn)； ②假定描述單元物理屬性的形 (shape)函數(shù)，即用一個(gè)近似的連續(xù)函數(shù)描述每個(gè)單元的解； ③建立單元?jiǎng)偠确匠蹋? ④組裝單元，構(gòu)造總剛度矩陣； ⑤應(yīng)用邊界條件和初值條件，施加載荷； ⑥求解線性或者非線性微分方程組得到節(jié)點(diǎn)值，如不同節(jié)點(diǎn)的位移； ⑦通過(guò)后處理獲得最大應(yīng)力、應(yīng)變等信息。一種方法叫做力法或柔度法，用內(nèi)力作為問(wèn)題的未知量。 8. 可處理大變形和非線性材料帶來(lái)的非線性問(wèn)題。應(yīng)力分析之中的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、線性或者非線性問(wèn)題以及熱傳導(dǎo)和電磁學(xué)中的問(wèn)題都可以用有限元方法進(jìn)行分析。 在設(shè)計(jì)梁的拼接連接時(shí)，除了滿足連接處的剛度和強(qiáng)度外，尚應(yīng)考慮施工安裝的方便。 假定剪應(yīng)力 V全部由豎直焊縫承受，引起的豎向剪應(yīng)力均勻分布。焊縫的截面為 T型，尺寸與懸伸支撐托座相同。 角焊縫的焊角尺寸 角焊縫的最小焊角尺寸 式中： — 較厚焊件的厚度 ； 角焊縫的最大焊角尺寸： 式中 ： — 較薄焊件的板厚 ； 選擇焊角尺寸應(yīng)符合 四層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 26 角焊縫有效厚度 對(duì)直角角焊縫 (3)焊縫截面特性 豎向焊縫的計(jì)算面積為 焊縫對(duì) x軸的慣性矩 焊縫最外緣的截面模量 豎向焊縫兩端點(diǎn)處的截面模量 ⑷ 正應(yīng)力： 假設(shè)彎矩 M由全部焊縫計(jì)算截面承受，引起的水平方向應(yīng)力按三角形分布，其應(yīng)力應(yīng)滿足： 式中： —— 角焊縫在彎矩作用下所產(chǎn)生的垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力； —— 正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè) 計(jì)值增大系數(shù)，對(duì)承受靜載荷和間接承受動(dòng)載荷 吉林建筑大學(xué) 27 的直角焊縫， 。搭接板 1與搭接板2之間采用 級(jí) 的 M16 高強(qiáng)度螺栓連接，此處采用單剪連接，構(gòu)件所在連接處接觸面的處理方法為鋼絲刷清除浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面。摩擦阻力的大小決定于作用在構(gòu)件摩擦面上的壓力 (螺栓的預(yù)緊力 )，同時(shí)也與被連接構(gòu)件的材料及表面處理情況有關(guān)。 （ 3） 對(duì)接焊縫的坡口形式，應(yīng)根據(jù)板厚和施工條件按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn) 《手工電弧焊焊接接頭的基本形式與尺寸》和《埋弧焊焊接接頭的基本形式與尺寸》的要求選用。 ⑵ 虛軸方向強(qiáng)度驗(yàn)算： 因此，也滿足條件。 顯然，截面符合對(duì)柱的整體穩(wěn)定和容許長(zhǎng)細(xì)比的要求。由于梁的跨度 都相同 ， 前后 立柱受力 也相 同，因此 對(duì)右 端 兩個(gè) 立柱進(jìn)行計(jì)算，如果其滿足條件，則其它立柱也 滿足 剛度、穩(wěn)定性要求。 為了保證梁的剛度滿足條件，在梁的中間增加斜支撐，此時(shí)取梁的跨中自由度為原來(lái)的一半，即 ，在進(jìn)行剛度驗(yàn)算。如圖 所示，簡(jiǎn)支梁 AB受力如圖。 四層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 12 圖 立體車(chē)庫(kù)簡(jiǎn)圖 設(shè)計(jì)時(shí)采用 Q235 碳素鋼，其屈服極限為 235MPa，抗拉強(qiáng)度為 375500MPa。進(jìn)行軸心受力桿件設(shè)計(jì)時(shí)，軸心受拉構(gòu)件應(yīng)滿足強(qiáng)度和剛度要求，軸心受壓構(gòu)件除應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度要求外，還應(yīng)滿足整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定要求。 總體 結(jié)構(gòu)尺寸確定 由于車(chē)庫(kù)容許的車(chē)輛為小型、中型小轎車(chē)，因此車(chē)輛的最大尺寸為長(zhǎng) 寬 高為 4700mm 1800mm 1450mm，考慮到車(chē)庫(kù)存取車(chē)方便性和安全性，同時(shí)根據(jù)中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《升降橫移類機(jī)械式停車(chē)設(shè)備》，我們選擇一個(gè)車(chē)位的規(guī)格為 5400mm 2400mm 1700mm， 總規(guī)格為 L W H為 5400 14400 7200mm。下上層均設(shè)有空位，停車(chē)板 是 通過(guò) 橫移動(dòng)作變換空位，降下 空位上方的汽車(chē)，取出汽車(chē)，最底層汽車(chē)無(wú)需倒車(chē)，便可直接開(kāi)出。這種汽車(chē)專用升降機(jī)常用于地下或屋頂或建筑自走式車(chē)庫(kù)存取汽車(chē)的搬 運(yùn)。 吉林建筑大學(xué) 7 這 種車(chē)庫(kù)的高度較高（幾十米 )，對(duì)設(shè)備的安全性、加工安裝精度等要求都很高，造價(jià)較高，但外型美觀大方，可以與建筑物并設(shè)，也可單獨(dú)設(shè)置，與環(huán)境融洽結(jié)合，高效利用土地。 (3)水平循環(huán)類 代號(hào) SX 采用一個(gè)水 平循環(huán)運(yùn)動(dòng)的車(chē)位系統(tǒng)存取停放車(chē)輛機(jī)械式停車(chē)設(shè)備的存車(chē)庫(kù)叫水 平循環(huán)類 車(chē)庫(kù)。不同形式的機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)由于運(yùn)行原理差異，其主要區(qū)別在于主體框架、載車(chē)板裝置、傳動(dòng)裝置等，而安全保護(hù)裝置、電氣控制與運(yùn)行原理關(guān)聯(lián)不大，因此基本類似。 （ 2） 立體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 對(duì)兩層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的主體框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和 梁與柱的連接進(jìn)行設(shè)計(jì)。 發(fā)展趨勢(shì) 隨著當(dāng)今社會(huì)各種高新技術(shù)的引入，立體車(chē)庫(kù)正在向?qū)I(yè)化、復(fù)雜化、智能化和高自動(dòng)化方向發(fā)展 。目前國(guó)內(nèi)立體停車(chē)設(shè)備是以升降橫移類為主，約占總量的 84％。日本經(jīng)濟(jì)經(jīng)歷了幾次高潮和低谷，車(chē)庫(kù)行業(yè)亦幾起幾落，在競(jìng)爭(zhēng)中，產(chǎn)品越趨成熟越注重經(jīng)濟(jì)實(shí)用，性能價(jià)格比更高。由于歐洲國(guó)家土地資源比較富余，停車(chē)問(wèn)題表現(xiàn)不很突出，停車(chē)設(shè)備應(yīng)用量不是很大。 立體車(chē)庫(kù)，以其占地面積少、停車(chē)率高、布置靈活等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的青睞。 finite element analysis(FEA)。 本文結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，對(duì)四層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。立體車(chē)庫(kù)的鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括車(chē)庫(kù)總體方案的確 定、總體尺寸的選擇確定、立柱、橫梁、縱梁的設(shè)計(jì)、連接設(shè)計(jì)等。CAITA modeling 吉林建筑大學(xué) III 目 錄 摘要 …………………………………………………………………………………… I Abstract…………………………………………………………………………… Ⅱ 第一章 緒論 ..................................................... 1 立體車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)選題的目的和意義 ............................ 1 國(guó)內(nèi)外關(guān)于立體車(chē)庫(kù)研究狀況及發(fā)展趨勢(shì) .................... 1 國(guó)外狀況 .......................................... 1 國(guó)內(nèi)狀況 .......................................... 2 發(fā)展趨勢(shì) .......................................... 3 課題的主攻方向與內(nèi)容 .................................... 3 第二章 四層橫移式立體車(chē)庫(kù)總體方案設(shè)計(jì) ........................... 5 機(jī)械式立體車(chē)庫(kù) .......................................... 5 機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)及其組成 ............................ 5 目前機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)種類及特點(diǎn) ...................... 5 橫移式立體車(chē)庫(kù) 工作原理 .................................. 7 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)選擇 ........................................ 8 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)選型 ................................ 8 立體車(chē)庫(kù)的型號(hào)及 基本參數(shù) .......................... 8 總體結(jié)構(gòu)尺寸確定 .................................. 9 車(chē)庫(kù)主體結(jié)構(gòu)確定 ........................................ 9 第三章 立體車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ........................................ 11 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述 ........................................... 11 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性 ................................. 11 立體車(chē)庫(kù)受力情況分析 ............................. 11 立體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)與校核 ........................... 12 導(dǎo)軌支撐梁的設(shè)計(jì)與校核 ........................... 12 立柱的設(shè)計(jì)與校核 ................................. 15 橫梁設(shè)計(jì)與校核 ................................... 18 四層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 IV 縱梁設(shè)計(jì)與校核 .....