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缆索吊机结构件有限元分析与瞬态动力学仿真

朱秋妍  
【摘要】:缆索吊机是桥梁施工中最重要的设备之一,主要由基础部分(主索锚固、缆风地锚、主塔基础)、主塔、稳定系统(缆风系统)、缆索系统(主索、起重索、牵引索、索鞍、跑车、吊点、卷扬机)组成。随着我国悬索桥的迅速发展,缆索吊机在桥梁施工中得到了越来越广泛的应用。但由于缆索吊机是针对不同桥梁施工时单独设计的设备,其在构造和安全性能上都有很大不同。同时因为缆索吊机在使用的过程中环境复杂且不稳定因素多,所以在对一套缆索吊机的结构件设计完成后对于其强度的可靠性是否满足要求的验证是十分重要的。本文以某特大跨径山区悬索桥项目为工程背景,采用三维软件UG和有限元软件ANSYS的协同作用建立缆索吊机主要结构件模型,对其进行强度分析和瞬态动力学分析。主要研究工作如下:(1)针对悬索桥自身结构特点和使用时的要求,论述了缆索吊机的发展历程,并讨论在不同悬索桥梁施工中缆索吊机的区别。针对国内几座典型的悬索桥中使用的缆索吊机,分析了缆索吊机的特点以及在桥梁施工和水利施工缆索吊机的不同。(2)讨论了缆索吊机进行强度验证的必要性,根据实际使用中的要求对依托工程中使用的缆索吊机主要结构件进行了三维建模,并对其受力情况进行了分析讨论。(3)通过三维软件与有限元软件的协同作用,建立了缆索吊机结构件的有限元模型,分析了施工中使用的缆索吊机结构件的强度,验证了依托工程中使用的缆索吊机结构件的安全性能,计算结果表明其符合安全要求。(4)针对原缆索吊机主要结构件之一的起重系统上挂架部分在强度计算中存在较大应力集中的情况,对该部分结构做了改进,并再次进行了强度计算。验证了改进结构后的上挂架结构有效降低了局部应力集中现象,使结构设计更加合理。(5)通过分析实际使用过程中可能出现的极限危险工况,分析了该工况下结构的受载情况,并对危险工况下的强度进一步进行了瞬态分析,得到了上挂架部分在瞬态情况下的应力情况,验证了该缆索吊机起重系统上挂架部分的可靠性。


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