中央索面大挑臂主梁结构复合型施工挂篮结构改进及有限元分析研究

论文摘要

随着十二五规划的实施,我国桥梁建设事业迅猛发展,桥梁类型也逐渐增多。对桥梁施工设备的要求越来越高,为了迎接挑战,设计人员大胆创新,新型的桥梁施工设备不断涌现。本文针对一种新型的悬臂浇注施工挂篮——中央索面大挑臂结构主梁复合型施工挂篮进行研究。济南建邦黄河公路大桥项目是济南市实施城市北跨发展战略的控制性工程。该桥主梁采用独特的大挑臂主梁结构,对施工设备的设计提出了挑战。挂篮设计单位自主创新,摒弃了传统的前支点挂篮设计,开发新型的复合型挂篮。对于这种新的设计,必须详细掌握其力学特性并验证其设计的合理性。本文在充分研究该挂篮设计思想及结构后,做了以下研究:①分析挂篮的结构特性和边界条件,并运用杆、梁、壳单元等单元对挂篮离散,建立一个切实有效的挂篮整体有限元模型。②对挂篮模型进行多种工况下的静力分析,得到挂篮对不同荷载组合的响应。确定挂篮整体设计的合理性,并找出需要改进和加强的位置。③根据静力分析结果对挂篮进行结构改进。在保证挂篮整体性能的同时大幅降低了最大应力,并减轻重量,增加操作安全性。具有明显改进效果和显著的经济效益。④对改进后挂篮有限元模型进行模态分析,求得其固有频率和振型等动力学特性,并对挂篮动态特性做出初步评价。分析可能引起挂篮共振的固有频率。⑤在模态分析基础上,研究挂篮在简谐激励作用下的位移响应,得到挂篮的共振危害频率,为进一步的优化设计和施工安全措施提供基础。⑥在深入研究挂篮模态分析和谐响应之后对挂篮进行侧向强风瞬态激励下的瞬态响应模拟,验证挂篮的动力学设计的可靠性。并提出挂篮设计的一些可能发展方向。本文深入研究这一新型挂篮的静力学和动力学特性,并提出合理的改进方法和方向,对这类挂篮的未来设计和实际应用具有一定的指导意义

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 论文选题背景
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 我国桥梁悬臂施工机械发展现状
• 1.1.3 挂篮构造简介
• 1.2 课题背景及研究内容
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 研究的主要内容
• 2 建邦黄河大桥挂篮施工技术
• 2.1 建邦黄河大桥项目简介
• 2.2 主梁施工方法
• 2.2.1 混凝土箱梁结构形式
• 2.2.2 混凝土箱梁及斜拉索主要施工方法
• 2.2.3 箱梁及斜拉索施工工艺流程
• 2.3 箱梁及斜拉索总体施工设备选用
• 2.3.1 箱梁施工设备
• 2.3.2 斜拉索主要施工设备
• 2.4 主要施工工程
• 2.4.1 中塔塔、墩、梁固结0 号梁段施工
• 2.4.2 边塔0 号梁段施工
• 2.4.3 中、边塔1 号梁段施工
• 2.4.4 边跨现浇梁段施工
• 2.5 施工挂篮介绍
• 2.5.1 前支点挂篮浇注原理
• 2.5.2 挂篮结构组成
• 2.5.3 挂篮安装
• 2.5.4 挂篮预压
• 2.5.5 挂篮行走步骤
• 2.5.6 前支点挂篮混凝土浇注状态
• 2.5.7 挂篮模板施工
• 2.6 济南建邦黄河大桥施工挂篮主要技术特点
• 3 有限元理论与挂篮有限元模型的建立
• 3.1 有限元法及ANSYS 发展简介
• 3.1.1 有限元法要点
• 3.1.2 有限元法特性
• 3.1.3 有限元分析单元理论基础
• 3.1.4 有限元法发展历程及ANSYS 介绍
• 3.2 挂篮金属结构材料属性
• 3.3 挂篮有限元模型的建立
• 3.3.1 单元选择
• 3.3.2 上部结构有限元模型
• 3.3.3 承载平台桁架有限元模型
• 3.3.4 主纵梁和行走滑梁有限元模型
• 3.3.5 锚固系统及斜拉索建模
• 4 挂篮静力学分析
• 4.1 挂篮静力学求解工况
• 4.1.1 浇注工况
• 4.1.2 行走工况
• 4.1.3 其它工况
• 4.2 挂篮静力学求解
• 4.2.1 荷载
• 4.2.2 浇注工况计算分析
• 4.2.3 浇注工况结果分析
• 4.2.4 行走工况计算分析
• 4.2.5 行走工况结果分析
• 4.2.6 挂篮整体抗倾覆稳定性校核
• 4.3 本章小结
• 5 挂篮结构改进和分析
• 5.1 改进策略和方法
• 5.1.1 承载平台桁架结构改进
• 5.1.2 行走滑梁结构改进
• 5.1.3 横梁结构改进
• 5.1.4 承载平台结构改进
• 5.1.5 挂篮上部结构改进
• 5.1.6 锚固系统改进
• 5.2 挂篮结构改进后静力分析
• 5.3 关键位置连接件验算
• 5.3.1 连接螺栓验算
• 5.3.2 联接销轴验算
• 5.4 挂篮局部稳定性验算
• 5.4.1 主纵梁的局部稳定性验算
• 5.4.2 行走滑梁局部稳定性验算
• 5.5 张拉杆强度验算
• 5.6 承载平台桁架杆件稳定性验算
• 5.6.1 腹杆稳定性验算
• 5.6.2 弦杆稳定性验算
• 5.7 本章小结
• 6 挂篮动力学分析
• 6.1 挂篮的模态分析
• 6.1.1 模态分析的一般步骤
• 6.1.2 挂篮模态分析结果
• 6.1.3 挂篮模态及振型分析
• 6.2 挂篮谐响应分析
• 6.2.1 挂篮谐响应分析方案
• 6.2.2 挂篮谐响应分析结果
• 6.3 挂篮瞬态动力学分析
• 6.3.1 挂篮瞬态动力学分析方案
• 6.3.2 挂篮瞬态分析结果
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读硕士学位期间发表论文成果