非滑道区大型结构物建造垫墩优化及装船受力分析研究

论文摘要

随着科学技术的发展,大型钢结构物得到了越来越广泛的应用,其建造规模也朝着高、大、重的方面发展,结构建造也更加趋于模块化。镍矿项目是世界上第一个采用模块化建造集成冶炼装置,该项目共有18个模块,最轻的达到1000多吨,最大重达5000多吨。受很多实际因素影响,镍矿项目模块在非滑道区域建造,对大型钢结构物的建造工况和运输装船工况提出了更高的要求。本文针对大型钢结构物在建造和运输装船过程中涉及的两个重要结构:垫墩和栈桥,进行了详细的强度分析和结构优化,并根据目前的设计现状,应用CAD/CAE技术,与传统设计方法进行比较,改变了过去设计工作中计算数据精度低和设计成本较高等缺点,提高了垫墩和栈桥的结构性能。首先,本文分析了建造垫墩、称重垫墩和装船垫墩三者的结构特点,提出了标准化垫墩的设计思路。选取有代表性的一个垫墩,讨论了对垫墩和土进行墩土耦合有限元建模的思想和过程。应用有限元分析软件AYSYS,对称重过程中垫墩的几种不同工作工况进行了强度分析。其次,根据强度分析结果,以垫墩轻量化为目标函数,在保证垫墩满足强度要求的同时,基于土约束状态下对垫墩进行结构优化设计。优化后的垫墩不仅能满足称重时强度要求,而且使垫墩应力分配更加合理、均匀,有效避免了应力集中,提高了安全性,同时节约了钢材,节省了加工制造费用。最后,根据大型钢结构物在装船过程中的实际工况,将码头和栈桥利用面-面接触单元进行有限元建模。针对平板小车分步移位装船过程的几种实际工况,对所设计的栈桥进行结构强度分析,得到栈桥应力分布情况和应力危险部位,为栈桥的设计和分析提供了理论参考,对提高栈桥的设计质量和整体性能均有一定的指导意义。本论文的研究方法具有一定的工程实用价值和较广的适用性,对于同类大型结构设计的强度计算和结构改善有着重要的借鉴作用,本文的研究结果对实际工程设计也有重要的理论指导意义。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出的背景
• 1.1.1 大型钢结构物的称重
• 1.1.2 大型钢结构物的装船
• 1.2 有限元法的发展和特点
• 1.2.1 有限元法的发展概况
• 1.2.2 有限元法的基本原理和特点
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 垫墩和非滑道场地的特点及有限元建模
• 2.1 有限元结构分析
• 2.1.1 有限元结构分析概述
• 2.1.2 Drucker-Prager 理想弹塑性模型
• 2.2 垫墩的结构特点及其有限元建模
• 2.2.1 传统的垫墩结构设计
• 2.2.2 标准化的垫墩结构设计
• 2.2.3 垫墩的有限元建模
• 2.3 非滑道场地的特点及有限元建模
• 2.4 墩土耦合建模
• 2.4.1 耦合的特点和应用
• 2.4.2 垫墩与强夯实土地基耦合模型的建立
• 2.4.3 强夯实土地基约束与其它约束方式比较
• 2.5 约束和加载
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于土约束的垫墩有限元分析
• 3.1 有限元分析及求解
• 3.2 称重垫墩载荷工况的确定
• 3.3 基于墩土耦合的垫墩强度分析
• 3.3.1 均匀受力时垫墩强度分析
• 3.3.2 结构物微倾时垫墩强度分析
• 3.3.3 液压缸升降失衡时垫墩强度分析
• 3.3.4 建造时垫墩强度分析
• 3.3.5 计算结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于土约束的垫墩有限元结构优化
• 4.1 基于土约束的垫墩结构优化建模
• 4.2 优化设计分析过程
• 4.3 垫墩结构优化分析
• 4.3.1 垫墩优化结果
• 4.3.2 垫墩优化后结果验证
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于接触单元的栈桥有限元分析
• 5.1 码头栈桥结构特点及建模
• 5.1.1 沉箱式码头的结构特点及有限元建模
• 5.1.2 栈桥的结构特点及有限元建模
• 5.2 码头栈桥接触单元有限元建模
• 5.2.1 ANSYS 的接触类型和接触方式
• 5.2.2 面-面接触单元建模
• 5.3 基于接触单元的栈桥码头强度分析
• 5.3.1 上船阶段栈桥强度分析
• 5.3.2 上船阶段驳船支反力为零时栈桥强度分析
• 5.3.3 下桥阶段栈桥强度分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢