四层升降横移式立体车库钢结构设计及有限元分析_毕业论文(编辑修改稿)

四层升降横移式立体车库钢结构设计及有限元分析_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

地下或屋顶或建筑自走式车库存取汽车的搬 运。 横移式立体车库 工作原理 横移式立体车库是指利用载车板的升降或横向平移存取停放车辆的机械式停车设备。 升降横移式立体车库每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升、降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。 停泊在这类车库地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车 位需通过中间层横移出空位，将载车板升或降到地面层，驾驶员才可进入车库内将汽车开进或开出车库。 其结构与运行原理为：各车位由钢丝绳或链条固定在停车托盘的四角于此程序相反，在此不再赘述。 另外在工作过程中，为保证各机构运行平稳或紧急处理运行事故，机械停车库必须采用安全装置，以保证设备的安全和有效运行。 四 层 横移式 立体车库 的运行原理： 四层升降横移式立体车库钢结构设计及有限元分析 8 该停车设备的出入口在第一层，最高层的停 车板只可做升降动作，最底层的停车板只可做横移运动。 中间两层停车 可作升降动作又可做横移动作。 下上层均设有空位，停车板 是 通过 横移动作变换空位，降下 空位上方的汽车，取出汽车，最底层汽车无需倒车，便可直接开出。 结构方案设计 选择 产品结构的设计选型 经过实用性与经济性分析，选定 四层六 列 升降横移式立体车库。 四层六 列式立体车库共 21个车位 (有三 个车位空出，以便进行升降与横移运动 )，可以从底层的五 个车位入库。 升降横移式立体车库可以根据场地和空 间的大小设计车库的整体规模，四层六 列式立体车库具有一定实用性。 该类 型立体库每层设置五 个车位，车辆入库的方式变得更加复杂，可以实现多路径的入库到位，因此有利于对汽车的入库和出库进 行控制优化，提高立体车库存取 车的效率，减少等待时间。 该车库结构类型具有典型性，对于后期进行大型车库的设计和制造具有很好的扩展性，因此具有很好的借鉴意义。 立体车库的型号及 基本参数 中华人民共和国机械工业部 1998年 7月 1日正式实施的 JB/T87131998机械行业标准中确定了机械停车设备具体表示方法，如图 图 吉林建筑大学 9 停车辆的尺寸及质量如下： 对适合于机械式停车设备中停放的车辆，按其尺寸及质量（整车加 50千克物品的质量），分为 X(小 )、 Z(中 )、 D（大）、 T（特大）、 C（超大）五个轿车 组和一个 K(客车 )一个客车组，共六个组，分组范围见表 1： 组别代号 汽车长 /mm x 车宽 /mm x 车高 /mm 质量 /kg X ≤4400x1750x1450 ≤1300 Z ≤4700x1800x1450 ≤1500 D ≤5000x1850x1550 ≤1700 T ≤5300x1900x1550 ≤2350 C ≤560 0x2050x1550 ≤2550 K ≤5000x1850x2050 ≤1850 表 本设计所设计的车库停车辆为中型以下轿车，最大停车数量为 17辆，不能停放客车。 故该车库的型号标记为： PSH17Z。 总体 结构尺寸确定 由于车库容许的车辆为小型、中型小轿车，因此车辆的最大尺寸为长 宽 高为 4700mm 1800mm 1450mm，考虑到车库存取车方便性和安全性，同时根据中华人民共和国机械行业标准《升降横移类机械式停车设备》，我们选择一个车位的规格为 5400mm 2400mm 1700mm， 总规格为 L W H为 5400 14400 7200mm。 其中为给 第一层留足够空间取高为 2500mm。 车库主体结构 确定 立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主，本文 研究的四层升降横移式立体车库主体框架结构全部为钢 结构。 四层升降横移式立体车库钢结构设计及有限元分析 10 钢架结构与其它建筑结构相比具有： 质量稳定，性能可靠； 钢材组织均匀，接近于各向同性均 质体 ； 钢结构自重小 ， 材料的塑性和韧性好钢结构密闭性好；但 钢材的耐锈蚀性较差 ，需要 涂上合格的防锈涂料。 机械式立体车库的主体框架主要采用各种型材焊接加工成型作为承重结构。 钢结构构件大多为轧制型材， 主体采用热制 H 型钢、槽钢、角钢和钢板等型材制造，具有较好的强度和刚度，轻巧、美观，运输方便， 可直接用来加工成结构物，且安装方便，可将工厂加工好的构件运到施工场地，在工地拼 装。 吉林建筑大学 11 第三章 立体车库结构设计 结构设计概述 结构设计的重要性 升降横移式立体停车库的结构设计在整个车库中非常重要，主框架部分、载车板部分和传动系统是升降横移式立体停车库的主要组成部分，主框架部分承担着整个升降横移式立体停车库的总量，它是传动设计和控制系统设计的平台，而且它的轻重、稳定性和可靠性以及载车板部分还影响着整个立体停车库的重量、材料和成本的多少以及安全性，传动系统的性能决定着升降横移式立体停车库运行的好坏 ,所以如何设计主框架部分成为影响整个立体停车库 的关键因素。 立体车库受力情况分析 在车库钢结构设计中，包括轴心受力构件、梁、拉弯和压弯构件的设计。 进行轴心受力杆件设计时，轴心受拉构件应满足强度和刚度要求，轴心受压构件除应满足强度、刚度要求外，还应满足整体稳定和局部稳定要求。 在梁的设计中，梁的刚度和强度对截面设计起控制作用，因此应先进行这二者的计算。 由于 车库系统对于系统的安全要求特别高，所以还应对其整体稳定进行计算。 对于压弯件，需要进行强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性的计算；对于拉弯构件，一般只需要进行强度和刚度计算。 在对立体车库钢结构 骨架的分析中，我们先从单根梁的受力进行分析，适当简化力学模型， 正确分析各梁的约束和受力的基础上，先对各梁和立柱的刚度和强度进行分析，找出系统薄弱处所在，然后再整体分析之中给予特变关注。 立体车库钢结构骨架由立柱、横梁、纵梁和支承动力及附属装置的上、下支承梁等组成，其立柱通过螺栓与基础相连，其余钢梁靠焊接或者螺栓相互连接。 立柱主要承受压力和其他因素造成的扭矩，即压应力和部分剪应力：前后两个面地纵梁主要承受拉伸和弯矩造成的拉应力和弯曲应力；侧面的横梁承受较小的拉应力和剪应力。 为了减小振动和提高稳定性，各部分必须保 证足够的强度和刚度。 四层升降横移式立体车库钢结构设计及有限元分析 12 图 立体车库简图 设计时采用 Q235 碳素钢，其屈服极限为 235MPa，抗拉强度为 375500MPa。 整体车库钢结构许用位移为 10mm。 本车库所限车位为小型 和 中型 ，最大容车重为 1500kg，载车板重约 500kg，所以每个车位最大重量为 1500+500=2020kg。 由于停车的随机性，载荷作用也就不同。 按载荷作用的基本情况，在进行立体车库 钢结构骨架分析考虑空载、对称载荷、非对称载荷和最大偏载四种工况。 导轨支撑梁的设计与 校核 一、材料和截面形式确定 在立体车库设计中，梁的主要作用是保持整个结构的稳定性和承担所停车辆与其它构件自重对梁产生的弯矩和剪力。 纵梁材料选取 H 型钢，材料为 Q235 碳素钢。 二、 导轨支撑梁 的计算 1 载荷及内力计算 吉林建筑大学 13 由于前后 导轨支撑梁 承受作用力相同，跨度 也相同，选取前导轨左端 支撑梁进行 设计。 如图 所示，简支梁 AB受力如图。 图 前导轨支撑 梁总体尺寸简图 图 AB段 导轨支撑 梁受力 与弯矩 简图 已知 A、 B 两点为全约束， ，。 力 可视 为均布载荷。 最大受力为 两个车位满载， 假设 电动机重量 为 250kg： 车辆在上升和下降的时候速度较小， 在梁的载荷计算式，只作恒载计算，不考虑动载的影响，取恒载分项系数。 则 均布载荷 四层升降横移式立体车库钢结构设计及有限元分析 14 AB 段导轨支撑梁为简支梁， 因此纵梁所承受的最大弯矩为： 2 初选截面 由于纵梁选用热轧 H 型钢，梁所需的净截面模量为： 式中： —— 截面塑性 发展系数， H型钢 ； —— 钢材的强度设计值 ，。 查《钢结构设计手册》，选用 H型钢型号为 HN150 75，其截面特性为： H B 3 截面验算： ⑴ 强度验算： 单位长度梁的自重标准值 其中 k= 为考虑焊缝、螺栓等附加构件的重量后梁的自重增加系数。 单位长度梁的自重设计值 ， 恒载分项系数 梁自重引起的跨中最大弯矩为： 梁跨中总的最大弯矩为： 吉林建筑大学 15 最大应力为： 因此满足条件。 ⑵ 刚度验算： 载荷产生的跨中最大挠度（考虑梁的自重）： 载荷产生最大弯矩 截面惯性矩 两跨中最大容许挠度为： 显然，梁的刚度不满足条件。 为了保证梁的刚度满足条件，在梁的中间增加斜支撑，此时取梁的跨中自由度为原来的一半，即 ，在进行刚度验算。 满足条件。 立柱的设计与校核 一、材料和截面形式确定 四层升降横移式立体车库钢结构设计及有限元分析 16 本设计中， 立 柱 主要 承受的 静 载荷 ，工作温度为常温，柱与其它构件之间的连 接是通过焊接和螺栓连接的。 选择 Q235 钢 即 可满足条件。 图 简图 及受力图 简图 立 柱的截面形式要根据柱的受力大小和特点而确定。 柱承受的主要载荷是轴心压力，还有少量的弯矩载荷 ，因此对柱的截面形式选择可按照轴心受力构 件的截面形式进行选择。 选择柱的截面形式为 H 型截面。 二、柱的计算 立柱为等截面立柱，受压静力。 由于梁的跨度 都相同 ， 前后 立柱受力 也相 同，因此 对右 端 两个 立柱进行计算，如果其满足条件，则其它立柱也 满足 刚度、稳定性要求。 1 载荷计算：已知单位长度梁的自重设计值 ； 为一个车位的宽。 第一根柱 第二根柱 显然另一侧受力对称，其承受的压力设计值为： 吉林建筑大学 17 考虑到屋架结构和其它构件的重量，还有风载、雪载、地震等不确定载荷的影响，为了保证设计的安全性，取柱的压力设计值为。 2 初选截面 已知立柱长度 ， 查表得：柱的实轴为 a类截面，虚轴为 b类截面。 先假定长细比。 由《 起重 机 钢结构》附表 41 和 42查得绕截面强轴和弱轴的截面稳定系 数 和 ，取最大值。 柱所需的截面面积为： 钢材的强度设计值 轴心受压件计算载荷 截面稳定系数 所需回转半径： 查型钢表，选择柱的型号为 HW200 200，从附表 5中查得截面特性为： ， ， ， ， 3 验算 立柱的整体稳定和刚度 计算长细比： 四层升降横移式立体车库钢结构设计及有限元分析 18 由附表 41和 42得： 比较这两个值后取 ：。 柱的自重设计值 式中： —— 立柱的线密度； a—— 考虑焊材、柱头和助教等钢材的重量后立柱自重增加系数。 显然，截面符合对柱的整体稳定和容许长细比的要求。 因为轧制型钢和腹板一般都较厚，都能满足局部稳定要求。 横梁设计 与校核 一、材料和截面形式确定 横梁的受力特点是在承吊车辆时，梁承受着垂直向下的载荷，从而对梁产生弯矩和剪力，同时在车辆处于上升和弦挂两 种状态时，由于链条长期受拉力作用，反过来对梁产生轴向压力。 即 横梁同时承受着弯矩和轴向压 力，属于压弯构件。 考虑选材的统一和制造加工的方便性，选用热轧 H型钢，材料为 Q235 钢。 二、载荷计算 吉林建筑大学 19 图 及弯矩 简图 载荷设计值 梁上轴向压力设计值 式中： K—— 链条长期受拉力作用产生轴向力系数值 经 分析产生 最大弯矩 位置为受力处。 已知 ，取两受力点间距为小车车轮距离， 即 ， 则两跨中最大弯矩设计值（未考虑梁的自重）： 三、初选截面 根据经验， 还有参照实物，此处选择梁型号为 HW150 150，查表得其截面特性为： H ， ， ， ， ， ， 四层升降横移式立体车库钢结构设计及有限元分析 20 四、截面验算 1 先验算梁的强度： 查表得： H 型钢截面塑性发展系数。 ⑴ 实轴方向强度验算： 因此， 满足条件。 ⑵ 虚轴方向强度验算： 因此，也满足条件。 2 整体稳定性计算 由《钢结构使用设计手册》中关于实腹式单向压弯构件弯矩作用平面内的整体稳定性计算公式为： 式中： N—— 所计算构件段范围内的轴心压力； —— 所计算构件段范围内的最大弯矩； —— 欧拉临界应力， ； —— 弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数； —— 与 W 相应的截面塑性发展系数；。