【正文】 .............................. 21 第四章 連接設(shè)計(jì) ................................................ 22 鋼結(jié)構(gòu)的連接種類和要求 ................................. 22 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法 ................................. 22 焊接與螺 栓連接要求 ............................... 22 橫梁與柱的連接設(shè)計(jì) ..................................... 23 連接形式設(shè)計(jì) ..................................... 23 設(shè)計(jì)計(jì)算 ......................................... 24 縱梁與柱的連接設(shè)計(jì) ..................................... 25 搭接板與柱的焊接連接設(shè)計(jì) ......................... 25 搭接板與懸伸支撐托座的焊接連接設(shè)計(jì) ............... 27 縱梁與懸伸支撐托座的螺栓連接設(shè)計(jì) ................. 30 梁的拼接連接設(shè)計(jì) ....................................... 30 第五章 基于 CATIA 的立體車庫鋼結(jié)構(gòu)分析 ......................... 33 有限元分析概述 ......................................... 33 有限元分析一般基本步驟 ........................... 33 有限元結(jié)構(gòu)的離散化 ............................... 34 關(guān)于 CATIA.............................................. 35 CATIA 軟件簡介 ................................... 35 CATIA 有限元分析特點(diǎn) ............................. 36 CATIA V5 有 限元分析過程 .......................... 37 立體車庫結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析 ................................... 38 基于 CATIA 參數(shù)化實(shí)體建模 ......................... 38 單根橫梁有限元分析 ............................... 40 單根縱梁有限元分析 ............................... 41 車庫整體穩(wěn)定性分析 ..................................... 42 鋼架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題 ............................... 42 立體車庫鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的特點(diǎn) ....................... 42 吉林建筑大學(xué) V 機(jī)械式立體車庫整體穩(wěn)定性分析（屈曲分析） ......... 43 立體車庫鋼框架模態(tài)分析 ........................... 44 第六章 總結(jié)與展望 .............................................. 47 致謝 ........................................................... 48 參考文獻(xiàn) ....................................................... 49 吉林建筑大學(xué) 1 第一章 緒論 立體車庫設(shè)計(jì)選題的目的和意義 在我國，許多大中城市交通設(shè)施落后，道路堵塞嚴(yán)重，停車難、亂停車與不斷增長的機(jī)動車保有量間的矛盾同益突出，早己是社會普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問題。 智能立 體車庫以其操作方便、安全可靠、高效低耗等優(yōu)點(diǎn)，并且可最大限度地利用空間，安全方便，是解決城市用地緊張、緩解停車難的一個(gè)有效手段。 日本公司有新明和、石川島播磨、日精、三菱重工等歐洲有意大利就開發(fā)并使用可最大限度地利用空間的機(jī)械式停車設(shè)備，經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展，機(jī)械停車庫從造型、結(jié)構(gòu)、控制、驅(qū)動、監(jiān)測、材料、保險(xiǎn)等方面不 斷地更新?lián)Q代，日趨完美。 國內(nèi)狀況 我國立體車庫的發(fā)展，始于上世紀(jì)八十年代但由于市場需求原因，十多年來緩慢。此外還有垂直升降類和平面移動類。 未來的車庫系統(tǒng)管理更開放、更靈活，整個(gè)管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)控制與管理一體化，系統(tǒng)操作更加簡便，功能更加強(qiáng)大。包括立柱、橫梁、縱梁的設(shè)計(jì)。 目前機(jī)械式立體車庫種類及特點(diǎn) 立體車庫的類別根據(jù) JB／ T87131998機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，按其工作原理區(qū)分主要包括以下九種： (1)升降橫移類 SH； (2)垂直循環(huán)類 CX； (3)水平循環(huán)類 SX； (4)多層循環(huán)類 DX； (5)平面移動類 PY； (6)巷道堆垛類 XD； (7)垂直升降類 CS； (8)簡易升降類 JS； (9)汽車升降機(jī)類 QS (1)升降橫移類 代號 SH 采用以載車板升降或橫移存取車輛的機(jī)械式停車設(shè)備的立體停車庫叫做升降橫 移 停車庫。其工作原理是存取停放車輛的車位系統(tǒng)在水平面上作循環(huán)運(yùn)動 ,將所需存取車輛的載車板移到出入口處 ,駕駛員再將汽車存入或取出。 (8)簡易升降類 代號 JS 把停車位分成上、下二層或二層以上 ,借助升降機(jī)構(gòu)或俯仰機(jī)構(gòu)使汽車存入或取出的簡易機(jī)械式停車庫叫做 簡易升降類機(jī)械式停車庫。 橫移式立體車庫 工作原理 橫移式立體車庫是指利用載車板的升降或橫向平移存取停放車輛的機(jī)械式停車設(shè)備。 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 選擇 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)選型 經(jīng)過實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性分析，選定 四層六 列 升降橫移式立體車庫。 其中為給 第一層留足夠空間取高為 2500mm。 在梁的設(shè)計(jì)中，梁的剛度和強(qiáng)度對截面設(shè)計(jì)起控制作用，因此應(yīng)先進(jìn)行這二者的計(jì)算。整體車庫鋼結(jié)構(gòu)許用位移為 10mm。 圖 前導(dǎo)軌支撐 梁總體尺寸簡圖 圖 AB段 導(dǎo)軌支撐 梁受力 與彎矩 簡圖 已知 A、 B 兩點(diǎn)為全約束， ， 。 滿足條件。 1 載荷計(jì)算：已知單位長度梁的自重設(shè)計(jì)值 ； 為一個(gè)車位的寬 。因?yàn)檐堉菩弯摵透拱逡话愣驾^厚，都能滿足局部穩(wěn)定要求。 2 整體穩(wěn)定性計(jì)算 由《鋼結(jié)構(gòu)使用設(shè)計(jì)手冊》中關(guān)于實(shí)腹式單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性計(jì)算公式為： 式中： N—— 所計(jì)算構(gòu)件段范圍內(nèi)的軸心壓力； —— 所計(jì)算構(gòu)件段范圍內(nèi)的最大彎矩； —— 歐拉臨界應(yīng)力， ； —— 彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)； —— 與 W 相應(yīng)的截面塑性發(fā)展系數(shù)； —— 計(jì)算彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定性時(shí)的等效彎矩系數(shù)。 （ 4） 當(dāng)采用不焊透的對接焊縫時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)圖中注明坡口的形式和尺寸，其有效厚度 不得小 。 承壓型高強(qiáng)度螺栓連接： 靠孔壁承壓和栓桿受剪，與普通的螺栓相似，其連接多為螺紋連接和絞制孔用螺栓連接。 圖 橫梁與立柱的連接節(jié)點(diǎn)示意圖 四層升降橫移式立體車庫鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 24 設(shè)計(jì)計(jì)算 一、 柱與搭接板的焊縫計(jì)算 柱與連接板 1的連接采用全角施焊的角焊縫連接連接，轉(zhuǎn)角處連續(xù)施焊，沒有起弧和落弧所引起的焊角缺陷。 顯然， ，滿足條件。承受集中載荷 F 的作用，計(jì)算時(shí)將 F簡化到焊縫計(jì)算截面得到剪力 ，彎矩 。 ○ 4 b 點(diǎn)折算應(yīng)力： 顯然 ，滿足條件。梁的拼接連接節(jié)點(diǎn)，一般應(yīng)設(shè)在內(nèi)力較小的位置。 有 限元方法已應(yīng)用于大量實(shí)際問題中，這種方法有很多的優(yōu)點(diǎn)，因而變得十分普遍。 在許多實(shí)際工程問題中，人們很難得到它的精確解，這要?dú)w因于微分方程組的復(fù)雜性，以及難以確定的邊界條件和初值條件。要得到控制方程，首先要使用平衡方程，然后引進(jìn)協(xié)調(diào)方程四層升降橫移式立體車庫鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 34 找出必要的附方程。 有限元結(jié)構(gòu)的離散化 離散化就是將分析的結(jié)構(gòu)分割成為有限個(gè)單元體，使相鄰單元體僅在節(jié)點(diǎn)處相連接，而以此單元的結(jié)合體去代替原 來的結(jié)構(gòu)。有網(wǎng)格圖、結(jié)構(gòu)變形圖、等值線圖、主應(yīng)力矢量圖以及結(jié)構(gòu)載荷圖、約束標(biāo)記圖等。索尼公司利用 CATIA軟件完成了 1700 萬件零件的制造。 CATIA 有限 元 分析 特點(diǎn) CATIA 的新產(chǎn)品的開發(fā)非常的迅速。在設(shè)計(jì)完成產(chǎn)品后，對于產(chǎn)品能否滿足強(qiáng)度要求 ，能否滿足各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，就需要對設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行應(yīng)力和應(yīng)變分析。 圖 前處理器的主要功能是形成并提交求解器能識別的有限元模型數(shù)據(jù)文件，包括數(shù)據(jù)文件的輸入、輸出功能、自動網(wǎng)格劃分功能、生成幾何圖形功能和圖形 顯 示及輸出功能。 立體車庫結(jié)構(gòu) 靜 態(tài) 分析 本文采用的是基于 CATIA 軟件建模并進(jìn)行分析。節(jié)點(diǎn)的自由度個(gè)數(shù)與所求解的物理模型有關(guān)，單元分為點(diǎn)單元、線單元、面單元和體單元。 四層升降橫移式立體車庫鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 40 圖 H型鋼三維實(shí)體圖 單根 橫梁有限 元 分析 根據(jù)前面我們對立體車庫鋼結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)和 力學(xué)分析，我們可以將車庫各部 件受力情況反應(yīng)到車庫數(shù)學(xué)模型中，并進(jìn)行校核優(yōu)化，下面我們先從單根 橫 粱開始分析。 (1) 力學(xué)模型建立及網(wǎng)格劃分 先前的參數(shù)化設(shè)計(jì)的 H型鋼三維實(shí)體，修改為，就得到橫梁三維實(shí)體， 設(shè)置材料為鋼， 泊松比 ， 彈性模量 為 1011Pa， 如圖所示 。在劃分網(wǎng)格之前必須做好定義單元類型、單元實(shí)常數(shù)、材料屬性以及控制好網(wǎng)格的密度，然后生成分析所需的合理網(wǎng)格單元。實(shí)體建立完成后，使用其 Generative Structural Analysis 模塊進(jìn)行有限元分析，操作簡便， 非常 適合初學(xué)者。 求解器的主要功能是對有限元模型形成的整體方程組進(jìn)行計(jì)算和分析，包括帶寬優(yōu)化、方程組求解方法的選取、確定收斂判據(jù)等。對于新的設(shè)計(jì)模型，設(shè)計(jì)者可以方便地了解結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布情況，隨時(shí)修改結(jié)構(gòu)。開始之初，受計(jì)算機(jī)硬件的 限制， CATIA V4版本是工作站版本，運(yùn)行在 UNIX系統(tǒng)下面，隨著計(jì)算機(jī)硬件的飛速發(fā)展， CATIA推出了運(yùn)行在個(gè)人計(jì)算機(jī) (PC)上的版本 CATIAV5。在國內(nèi)，幾乎所有的航空 X： f、半數(shù)以上的汽車廠商都在使用 CATIA，哈爾濱四層升降橫移式立體車庫鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 36 飛機(jī)制造公司用 CATIA 來設(shè)計(jì) ECl20 直升機(jī)，從造型到數(shù)控程編，實(shí)現(xiàn)超精加工。它的內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、三維建模、分析計(jì)算、動態(tài)模擬與仿真、工程圖的生成到生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全過程，其中還包括了大量的電纜和管道布線、各種模具設(shè)計(jì)與分析、人機(jī)交換等實(shí)用模塊。選定離散結(jié)構(gòu)所用的單元之后，要對典型單元進(jìn)行特性分析，分析時(shí)首先就要對單元假設(shè)一個(gè)位移插值函數(shù)，或者稱之為選擇一個(gè)位移模式，位移模式選定后，就可以通過節(jié)點(diǎn)的位移得到該節(jié)點(diǎn)所在的單元體內(nèi)任意一點(diǎn)的位移。第二種方法叫做位移 法或剛度法，假定節(jié)點(diǎn)位移作為問題的未知量，然后用平衡方程和力與位移的關(guān)系，借助位移表達(dá)這些協(xié)調(diào)控制方程。數(shù)值解法分為兩大類：有限差分方法和有限元方法。 2. 可以毫無困難地處理一般的荷載條件。因此在對于要求結(jié)構(gòu)有較好延性的抗震設(shè)計(jì)和按塑性設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，其拼接連接節(jié) 點(diǎn)應(yīng)按板件截面面積的等強(qiáng)度條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。材料均為 Q235鋼，考慮到兩者之間的受力特點(diǎn)，螺栓采用與木材相適應(yīng)的普通螺栓。 查表得： E43XX 型焊條的手工焊焊接厚度小于 16mm 的 Q235 鋼，焊角焊縫對接焊縫時(shí)，焊縫的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 、抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為、抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為 。 ⑹ 折算應(yīng)力： 豎向焊縫兩端點(diǎn)處，由彎矩引起的應(yīng)力為： 豎向焊縫兩端點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)滿足 因此滿足要求。 角焊縫的最小焊角尺寸： 式中： —— 焊件的最厚板厚 角焊縫的最大焊角尺寸： 式中： —— 焊件的最薄板厚 選擇角焊縫的焊角尺寸應(yīng)滿足： 吉林建筑大學(xué) 25 取 對于直角角焊縫的 計(jì)算 厚度 二、 搭接板 1 與搭接板 2 的螺栓連接設(shè)計(jì) 為了保證連接強(qiáng) 度和可靠性，搭接板 1 與搭接板 2 之間的連接采用四個(gè)M16的高強(qiáng)度摩擦型螺栓連接。橫梁與搭接板 1 通過角焊縫連接， 搭接板 2與柱同樣通過角焊縫連接，搭接板 1與搭接板 2 用高強(qiáng)度螺栓連接。 （ 5） 在直接承受動力載荷的結(jié)構(gòu)中，角焊縫表面應(yīng)做成直線形或凹形。 縱梁設(shè)計(jì) 與校核 縱梁在結(jié)構(gòu)中的作用是連接和固定托架橫梁