趙云 楊海栗 德祥 廖磊 胡兵 薛文
摘 要:以SolidWorks三維建模軟件與SolidWorks Simulation有限元分析軟件為平臺,建立垂直升降式立體車庫的鋼架結(jié)構(gòu)。由分析得到其在實際載荷在作用下整體的強(qiáng)度與變形情況。根據(jù)分析結(jié)果提出其優(yōu)化方案,提高整體強(qiáng)度與剛度。
關(guān)鍵詞:垂直升降式立體車庫;鋼架結(jié)構(gòu);強(qiáng)度;剛度
引言
立體車庫是專門實現(xiàn)各種車輛自動停放及科學(xué)寄存的倉儲設(shè)施。隨著城市汽車保有量的不斷增加,停車難的問題已經(jīng)成為各城市的一普遍現(xiàn)象[1]。機(jī)械式立體車庫可以充分利用土地資源,最大限度地停放車輛,成為解決城市靜態(tài)交通問題的重要途徑[2]。
垂直升降式立體車庫占地面積小,空間利用率高,使用方便,且其建設(shè)成本大低于傳統(tǒng)停車場 [3]。
吳煒俊對立體車庫鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析及優(yōu)化[4],徐格寧等對立體車庫鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計分析與繪圖方法進(jìn)行了研究[5],武瑞之等進(jìn)行了立體車庫框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[6]。
文章針對該車庫的鋼架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計,并根據(jù)實際的載荷情況對其進(jìn)行了靜力學(xué)分析,了解其應(yīng)力與位移變形情況,最終對結(jié)構(gòu)提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。
1 垂直升降式立體車庫的主要結(jié)構(gòu)
1.1 主體結(jié)構(gòu)
該垂直升降式立體車庫主要由鋼架結(jié)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)以及安全保護(hù)裝置組合而成,三維結(jié)構(gòu)如圖1。圖中僅裝配兩載車板作為示意。設(shè)計的垂直升降式立體車庫以6層10車位為例,每層2車位(1層不放車)。該車庫參照國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計容車尺寸(底層高度:2000mm,頂層高度:3150mm),除去底層與頂層之外,其余各層間距相同。
1.2 立體車庫鋼架結(jié)構(gòu)
立體車庫的主體鋼架結(jié)構(gòu)均采用型鋼焊接或用高強(qiáng)度螺栓連接而成,作為承重結(jié)構(gòu),需要較好的強(qiáng)度和剛度,以保證車庫整體的安全和穩(wěn)定性。鋼架主體采用H型鋼和槽鋼等,為增加強(qiáng)度,在其上加有用于橫梁、立柱的加強(qiáng)筋板,主體鋼架結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2 鋼架結(jié)構(gòu)分析
2.1 鋼架結(jié)構(gòu)建模
車庫鋼架結(jié)構(gòu)整體較為復(fù)雜,但通過一些簡化的方法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模分析又與實際情況有較大差異,為保證較為精確的計算,直接利用該模型結(jié)構(gòu),采用SolidWorks Simulation進(jìn)行仿真分析研究。網(wǎng)格劃分前需忽略小孔和凹槽,并且對局部進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化,網(wǎng)格劃分如圖3所示。
2.2 有限元分析
主體鋼架受載包括:鋼架、車輛、載車板、電梯曳引機(jī)、橫移機(jī)構(gòu)、升降轎廂的重量,結(jié)構(gòu)所受的風(fēng)力、地震載荷以及結(jié)構(gòu)由于外界環(huán)境溫度變化而引起的溫度應(yīng)力等,它們均以集中載荷或分布載荷的方式作用在車庫鋼架上。
分析時,地震載荷與風(fēng)載荷作用忽略不計。同時根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn),載車板上模擬汽車位置按額定載荷6:4的比例放置額定負(fù)載的1.1倍。車庫的受載情況繁多,典型的三種工況見表1。
根據(jù)分析,當(dāng)立體車庫處于滿載情況時,為其最為惡劣的工況。本次分析針對該工況進(jìn)行,了解立體車庫鋼架整體的結(jié)構(gòu)剛性及應(yīng)力情況,考察其是否達(dá)到強(qiáng)度和剛度要求。
在針對各種工況進(jìn)行計算時,所施加的載荷為:單車位最大載重(1.7噸)、載車板重量(0.7噸),并根據(jù)要求放置額定負(fù)載的1.1倍,最終單車位所施加載荷為2.64噸;同時考慮鋼架自重、升降機(jī)構(gòu)、配重及電機(jī)重量(橫移機(jī)構(gòu)與升降轎廂總重約3070kg,配重4245kg),按照實際情況加載到鋼架上。鋼架材料參數(shù)見表2。計算結(jié)果如圖4與圖5。
由圖示結(jié)果可知,最大載荷出現(xiàn)在最上層角鋼支撐處,應(yīng)力為268.2Mpa,超過屈服強(qiáng)度(245Mpa)。最大變形量出現(xiàn)在頂部承載處,位移量為9.382mm,根據(jù)機(jī)械式立體車庫結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),采用起重機(jī)設(shè)計規(guī)范GB/T 3811-2008,其中需要高定位精度特性的起重機(jī)需滿足公式為:
而橫梁跨度為7200mm,其垂直撓度應(yīng)不超過7.2mm,其強(qiáng)度與剛度均不滿足要求。
3 優(yōu)化設(shè)計
根據(jù)分析結(jié)果,針對右側(cè)受力最大處將厚度由3mm角鋼改為5mm,在滿足車輛進(jìn)出要求的前提下,在最上層中間兩梁下添加角鋼支撐。優(yōu)化后的結(jié)果見圖6與圖7。
由圖6、圖7結(jié)果可知最大應(yīng)力降低為177.4Mpa,最大位移降低為6.427mm,均滿足要求。
4 結(jié)束語
文章針對垂直升降式立體車庫的鋼架結(jié)構(gòu),按照滿載工況進(jìn)行了靜力學(xué)分析,并根據(jù)分析結(jié)果薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,通過優(yōu)化前后分析數(shù)據(jù)對比,可得出以下結(jié)論:
通過對在最上層中間兩梁下添加角鋼支撐結(jié)構(gòu),并適當(dāng)增大角鋼厚度,顯著的減小了鋼架頂部的位移變形量,提高了總體的強(qiáng)度。
參考文獻(xiàn)
[1]王虎軍,馬殷元,耿浩.垂直升降式立體車庫的安全可靠性分析與設(shè)計[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2015,25:75-79.
[2]張敬書,劉占科,楊文偉,等.我國城市停車庫建設(shè)的現(xiàn)狀與選型建議[J].工業(yè)建筑,2011,41(增1):73-76.
[3]楊智文.垂直升降式立體車庫模塊化設(shè)計研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014,12:32-33.
[4]吳煒俊.立體車庫鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析及優(yōu)化[J].SCIENCE & TECHN
OLOGY INFORMATION, 2010,17:1041-1042.
[5]徐格寧,高要臣,等.立體車庫鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計分析與繪圖方法[J].中國工程機(jī)械學(xué)報,2007,1:5-10.
[6]武瑞之,張建鋒,王海峰,等.立體車庫框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J].河南科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009,8:24-26.
作者簡介:趙云(1992-),男,四川邛崍人,在讀本科生。