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菱形挂篮新型轨道设计与结构优化分析
| 论文题名： | 菱形挂篮新型轨道设计与结构优化分析 |
| 关键词： | 桥梁施工;悬臂浇筑;菱形挂篮;轨道设计;结构优化 |
| 摘要： | 桥梁是中国基建进程中最重要的组成部分之一，桥梁技术发展至今，悬臂浇筑连续桥占据了施工方法中的主要地位，其结构优点突出，刚度强度大，利用材料效率更高，并且易于养护，抗震性好，造型简单大方。桥梁的悬臂浇筑施工最主要的工程设备是挂篮，作为最重要的设备，挂篮结构的强度、刚度以及稳定性的达标与否影响到施工人员的安全和整个工程质量。基于此，本文以天津海河大桥为依托，设计了一种新型挂篮行走轨道，该轨道可以更快捷、安全地使挂篮行走；设计并分析菱形挂篮在不同种工况下运行的受力状态，并对其进行了有限元仿真和计算；根据仿真和计算结果提出并验证了工程适用的挂篮改造方案，优化了挂篮组件的结构，降低重量并节约成本。本文的研究内容主要为下述几个方面。 （一）总结国内外悬浇施工挂篮的发展情况，概述了挂篮的类型，归纳总结了当前挂篮装备市场中存在的问题并提出了今后中国在基建中的挂篮应该向桁架结构标准化、通用化以及提高创新性的发展方向与目标。 （二）设计了一种新型挂篮行走轨道，该轨道由高分子材料制备，强度大，抗压与抗剪性能较好，利用新型轨道可以更便捷地实现挂篮行走。对单片轨道进行了力学试验，试验测试了材料的拉伸强度、压缩强度和冲击强度，利用Abaqus软件进行了单片轨道的有限元仿真，结果表明由高分子材料制成的链板轨道强度符合施工要求，单片轨道链板的最大形变为0.087mm，验证了其应用于工程中的可靠性。 （三）使用Solidworks软件建立了挂篮的三维模型并将其导入有限元软件MIDAS/Civil中，根据实际施工情况设计三种应用工况并进行计算，计算结果表明挂篮各构件受力和形变满足工程要求；结合理论力学与结构力学，假设挂篮结构的受力模型计算挂篮构件的刚度和强度，计算结果与MIDAS/Civil仿真结果相差不大，总体误差在5%以内，验证了有限元仿真计算的可靠性。 （四）根据有限元计算结果对挂篮强度或刚度进行了分析，其中多数构件均具有30%以上的性能冗余，但是主桁架CD杆件的刚度性能冗余较小，主桁架BC杆件的强度性能冗余较小，因此针对主桁架构件提出改造措施，通过MIDAS/Civil有限元仿真改变主桁架前仰角，仿真试验发现，前仰角为20°的时候，主桁架结构在符合要求的情况下的用钢量最少，并且各杆件受力相对均匀、合理。优化施工方案增加了混凝土的携带量以延长浇筑节段，有限元仿真发现挂篮各结构均满足受力性能的要求，缩短工期提高了施工效率，完成对挂篮的改造工作。 |
| 作者： | 孙晗 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 欧阳爱国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华东交通大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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