大斜度桥梁爬模模板侧压力研究及其结构优化

摘要

全自动液压爬模系统是用于桥梁施工中塔柱成型的先进机械装备。目前研究仅限于直立爬模，对于大斜度爬模系统的研究设计鲜有涉及，同时模板侧压力未有明确计算方法。本文针对大斜度爬模模板的侧压力及其结构，从方案设计、模板侧压力、爬模刚度、结构优化等方面展开研究。本文主要工作内容和创新点如下:
　　(1)分析大斜度爬模系统的结构，确定爬模的施工工艺，指出大斜度爬模设计的主要关键技术，设计大斜度爬模的总体方案，并对大斜度爬模的工况进行研究。
　　(2)分析影响爬模模板侧压力的各种因素，建立大斜度爬模模板侧压力仿真模型，进行爬模侧压力仿真分析，并得到侧压力计算方法。
　　(3)以淮北市相王大桥大斜度爬模为研究平台，设计模板侧压力实验方案，采集上下侧立面模板混凝土侧压力数据，得到侧压力曲线。实验结果与仿真结果基本吻合，且下侧立面最大侧压力约为55.68KN/m2，上侧立面最大侧压力约为53.64KN/m2，与计算值误差最大仅为2.6％，验证了仿真模型的可靠性与准确性。
　　(4)利用有限元仿真软件，仿真分析大斜度爬模的强度和刚度，得到爬模危险应力集中区域及最大变形量位置，为大斜度爬模的优化设计提供参考。
　　(5)对大斜度爬模承重系统进行参数化建模，并对其进行结构优化。优化后承重系统的总质量相比未优化前减少6.4％，并有效减少应力集中，最大应力相比优化前减少23.4％。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 桥梁索塔爬模施工技术

1．3 大斜度爬模的发展概况和国内外研究现状

1．3．1 爬模的发展概况

1．3．2 国内外研究现状

1．4 课题的来源、研究的意义及主要内容

1．4．1 课题的来源

1．4．2 研究的意义

1．4．3 主要内容

2 大斜度爬模的结构、工艺流程和工况分析

2．1 大斜度爬模系统的原理及结构

2．1．1 爬模爬升原理及优点

2．1．2 大斜度爬模系统的结构组成

2．2 大斜度爬模系统的爬升工艺

2．2．1 大斜度爬模的工艺流程

2．2．2 大斜度爬模的安全要求

2．3 大斜度爬模的主要关键技术

2．4 大斜度爬模系统的工况分析

2．5 本章小结

3 大斜度爬模模板侧压力研究

3．1 爬模侧压力分析

3．1．1 侧压力影响因素

3．1．2 爬模侧压力的数学模型

3．2 爬模侧压力的仿真分析

3．2．1 仿真模型的建立

3．2．2 仿真结果分析

3．3 模板侧压力实验

3．3．1 实验设备及条件

3．3．2 实验方法

3．3．3 实验过程及结果分析

3．4 本章小结

4 基于ANSYS的大斜度爬模结构分析

4．1 有限元法及刚度分析数学模型

4．1．1 有限元法理论

4．1．2 刚度分析数学模型

4．2 大斜度爬模有限元模型的建立

4．2．1 大斜度爬模的三维造型

4．2．2 定义材料性能参数及网格划分

4．3 大斜度爬模计算条件

4．4 大斜度爬模刚度仿真分析

4．4．1 爬模预埋件、重要部件校核

4．4．2 有限元仿真结果分析

4．5 本章小结

5 大斜度爬模的结构优化

5．1 结构优化方法及原则

5．1．1 爬模轻量化

5．1．2 变密度法的拓扑优化数学模型

5．2 爬模优化设计流程

5．3 优化设计过程及结果分析

5．3．1 DOE试验设计

5．3．2 响应曲面优化

5．3．3 目标优化结果分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读学位期间的主要成果

致谢