高速铁路大型箱梁内模刚度研究及结构优化

摘要

全自动液压内模是一种专门用来浇注大型箱梁的大型内模板系统。随着高速铁路、高速公路等的桥梁箱梁的建设，该内模系统将具有一个十分广阔的应用前景。 本文以中铁十一局株洲桥梁厂的32m全自动液压内模为研究对象，对其结构、工作原理、施工工艺、设计方法进行了全面的分析。在对国内外全自动液压内模资料进行分析和研究的基础上，在对株洲某桥梁厂生产的内模标准段进行刚度分析的基础上，针对全自动液压内模腹模板刚度不足，提出了改进措施--在增加腹模板钢板厚度的基础上，适当改变腹模板钢梁的截面尺寸，可以在很大程度上提高内模的强度和刚度。以大型分析软件ANSYS为工具，通过适当的假设，建立了内模标准段有限元模型，然后模拟内模施工中的受力，得到了内模标准段的应力与应变分布图，并由支撑反力求出了内模标准段的油缸及支撑杆的直径，得到了它们的最小值；由内模标准段的应力应变的分布情况，探讨了内模模板钢架结构优化设计的可能性，并利用ANSYS的优化分析模块对标准段钢架进行了截面尺寸优化，获得了模板钢架的最佳结构参数，优化后的强度和变形对比优化前的强度和变形有了明显提高，并有效减轻了重量，标准段模板应力分布更加合理；为了检验有限元模型是否正确，设计了一个内模标准段模型，通过模拟施工的加载过程，进行了应变测量，结果显示内模钢架的实验数据与理论数据比较吻合，表明ANSYS的建模是正确的。 论文应用现代设计计算、分析研究手段，提出了全自动液压内模的改进措施，通过强度和变形的分析计算、钢架参数优化、实验等分析，验证了ANSYS的建模是正确的。这些工作对内模端部，变截面及相似结构设备的设计也能起到一定的借鉴作用。论文的研究成果对于全自动液压内模的设计、制造是有重要的工程应用价值和理论意义的。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1箱梁内模系统的发展和应用现状

1.2箱梁内模系统的分类

1.2.1半自动液压内模

1.2.2全自动液压内模的类型

1.3箱梁施工的技术指标

1.4本课题的课题来源，研究意义及主要内容

第二章全自动液压内模的结构、施工过程及设计方法

2.1全自动液压内模的组成

2.2全自动液压内模的工作过程

2.2.1吊装进入工作台位工况施工过程

2.2.2自爬进入工作台位工况施工过程

2.3全自动液压内模的施工工艺

2.4内模设计一般方法简介

2.4.1极限状态设计法

2.4.2优化设计

2.4.3有限元法

2.5有限元分析软件ANSYS简介

2.5.1 ANSYS的特点

2.6本章小结

第三章全自动液压内模标准段模板刚度分析

3.1全自动液压内模标准段力学模型

3.2全自动液压内模标准段受力分析

3.3全自动液压内模标准段有限元模型

3.3.1全自动液压内模标准段有限元模型简化与假设

3.3.2全自动液压内模标准段有限元模型

3.3.3原内模标准段的刚度分析

3.3.4设计后的内模标准段刚度分析

3.4全自动液压内模标准段油缸参数计算

3.4.1各油缸及底支撑杆的支座反力

3.4.2油缸直径的计算

3.4.3油缸在受力情况下的变形

3.5本章小结

第四章全自动液压内模标准段钢架的参数优化

4.1优化设计的基本概念

4.2工程优化设计问题的主要类型及多约束优化问题的数值解法

4.3优化方法的选择

4.4全自动液压内模标准段钢架结构参数优化

4.4.1全自动液压内模标准段钢架结构优化

4.4.2优化流程

4.5全自动液压内模标准段钢架优化结果分析

4.6优化后的模型应力及变形分析

4.7本章小结

第五章全自动液压内模标准段模拟实验

5.1实验验证的目的及方法

5.2实验模型的设计

5.3测试装置和仪器

5.4实验分析

5.5应变测试系统设计

5.5.1应变片工作原理

5.5.2应变片的安装方法

5.6应力与应变关系

5.7测试点的选择

5.8实验结果分析

5.9本章小结

第六章全文总结

参考文献

附录1

致 谢

攻读学位期间主要的研究成果