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路基箱结构的变形研究


来源:小九直播回放    发布时间:2023-12-20 07:02:09

  在以上基本假设条件下对路基箱计算模型的研究表明,弹性地基梁模型中地基的弹性模量是通过弹簧的刚度近似模拟的,弹簧模量可用地基基床系数近似表示[7]。因此为了使计算结果有一定代表性,并且考虑到地基基床系数的取值范围,每种地基土层选择三种基床系数值进行计算,分别为:较小值Kmin10%ΔK,中间值(KminKmax)/2,较大值Kmin90%ΔK(其中,Kmin为基床系数最小值,Kmax为最大值),分别表示为10%K,50%K,90%K。由于地基土K值参数和路基箱种类都较多,但同一地基土条件下不一样的规格路基箱的受力变形特性规律相似,以及同一路基箱在不同地基土条件下的受力变形特性规律相似,故选取以下情况分析规律。

  (2)在实际过程中路基箱会产生弯曲变形,与履带间发生脱离现象,为满足弹性地基梁模型,假定吊车履带与路基箱共同弯曲变形;

  (3)在实际在做的工作过程中,路基箱的受力总是变化而且局部不均匀,为满足弹性地基梁模型,假设吊车通过履带将压力均匀分布到路基箱。

  针对路基箱模型的受力及分析模型的基本假设,路基箱上表面与吊车履带接触的部分受均布竖向压应力作用,地基为弹性地基,因此对于地基选用文克尔地基模型[5]。这是一种简单的线弹性地基模型,它假定地基土界面上任意一点处的变形S(x,y)与该点承受的压力强度p(x,y)成正比,且p不影响该点以外地基的变形。根据文克尔对地基的基本假设,本文在采用有限元软件ANSYS对路基箱做多元化的分析时,把路基箱分成规则的若干单元,单元模型采用Shell181[6]。该单元模型有4个节点,每个节点有6个自由度,适用于薄到中等厚度的壳单元,并具有很强大的非线性功能。从约束情况,根据地基对每一单元的影响采用作用于单元两端节点的两根弹簧代替,简化模型如图3所示。弹簧刚度系数为

  [ 4 ]顾晓鲁.地基与基础[M].3版.北京:中国建筑工业出版社,2003.

  [ 5 ]张荣.弹性地基梁计算模型研究[D].北京:北京交通大学,2007.

  通过改变路基箱高度、上下盖板厚度、纵向通长立板厚度、横向和斜向立板厚度,本文确定7种规格的路基箱进行研究,路基箱模型尺寸如表1所示。

  地基土一般是分层分布的,而且在水平方向上地基土土层的厚度和性质都可能会发生变化,要表征地基土特性的参数有很多种,本文以地基基床系数来反映地基的不同土层。文克尔曾提出假设[3]:地基上任一点所受的压力强度p与该点的地基沉降量s成正比,这个反力系数就是基床系数。因此,基床系数也可理解为土体的刚度,基床系数越大,土体越不容易变形。不同土层的天然地基基床系数如表2所示,本文将研究路基箱在不同地基土条件下的受力特性与变形规律。

  利用有限元软件ANSYS分析了多种规格路基箱在不同地基条件下的受力和变形情况,由分析结果可得到以下结论:

  (1)在相同地基条件下,随着路基箱的高度和各板厚的增加,路基箱的承载能力增大,即可以明显提高路基箱的受力性能。当考虑一种路基箱在不同地基条件下的变形情况时,随着地基基床系数的增大,路基箱的最大位移和自身相对变形都越来越小,并且当地基基床系数k10 MPa/m,地基为淤泥质土或软弱黏性土地基时,基础沉降明显增大。因此最好还是不要将路基箱设置在淤泥及软弱黏土层等地基刚度较小的地基层,以避免路基箱的变形造成工程事故。若实际工程中不可避免的碰到淤泥质土或软弱黏性土地基时,可根据真实的情况采取了适当方法对地基做处理后再铺设路基箱。

  分析路基箱在不同基床系数下的承载能力的规律可以为使用单位根据项目中吊车等施力物体对地基的作用力及基床系数相应地选择路基箱规格提供参考。观察图4能够获得,不一样的规格路基箱的承载能力在地基基床系数变化下具有相同变化规律,即随着地基基床系数的增大,路基箱的承载能力也随之增加。当地基基床系数一定时,考虑路基箱规格对路基箱承载能力的影响,结合表2中的路基箱模型尺寸,从编号为M1到M7的路基箱总体尺寸增加,即路基箱整体规格逐渐加大。因此能得到,随着路基箱整体规格的加大,路基箱所能承载的能力明显增大。但从M2与M3的曲线比较来看,当地基基床系数较小时,M3的承载能力比M2的大,而随着基床系数的增加,M2的承载能力却比M3的大,所以在地基基床系数的不同范围,路基箱的高度和各板厚对路基箱承载能力的影响不同。

  (2)路基箱使用单位可以根据路基箱承载能力和地基土条件参考本文结果初步确定路基箱的高度和各板厚。

  (3)考虑到模型与实际情况仍存在差异,以及加工制作的误差,路基箱初始弯曲变形等未知因素的影响,为了确保吊机实际工作过程中的安全性,初选的路基箱在实际工作前应进行必要的测试和试吊。在试吊过程中,吊载重量分步增加,每步增加值不超过200 t,在吊载增加过程中观测路基箱的变形,如发现变形不均或变形过大,需停止继续加载,分析原因后才能继续加载。

  运用有限元软件ANSYS对路基箱建模分析时,其计算模型的选择会直接影响到计算结果。在路基箱荷载作用下,地基土会有不同程度的变形。同时,不同地基土也会影响路基箱的变形和受力。根据实际情况,将其转化为分析模型,则路基箱上作用的荷载为均布压力,路基箱分析模型的基本假设则有以下三条:

  【摘要】摘要在采用AP1000模块化施工技术进行核岛建设时,需要使用大型吊机运输和吊装巨型的结构模块和设备模块。然而,由于起吊大型重量模块而使吊车对地基产生较大压力容易造成地基承载力不足,地基变形和地基土破坏,影响吊车在运行过程中的安全性。因此,为了保证使用过程的安全并降低地基承载力的要求,在吊车行驶路径的路面下铺设路基箱。通过有限元软件ANSYS对路基箱受力进行模拟,对不同地基条件下路基箱的受力变形特性以及同一地基条件下不同规格路基箱的受力特性进行了分析和对比,得到了一些有益的结论。路基箱在不同地基条件下,随地基基床系数的增大,承载能力不断增大,最大变形和相对变形不断减小。与此同时,相同基床系数下,路基箱的承载能力将随其自身规格的增大而增加。这些结果可为路基箱使用单位提供参考。

  [ 3 ]夏栋舟,刘建华.改进的文克尔地基模型对地基刚度折算值的计算方法[J].公路工程,2008,33(4):42-46.

  目前,第三代核电技术AP1000已应用于我国的核电站建设,其特点之一即为模块化建造。整个工程中由于大型结构模块和设备的运输及装配需要,吊机的工作也是整个项目得以顺利进行的重要环节。由于吊机所起吊模块普遍具有质量重、体积大、不可分装的特点,而使吊车对地基产生较大压力容易造成地基承载力不足、地基变形和地基土破坏,影响吊车在运行过程中的安全性。因此,为了保证使用过程的安全并降低地基承载力的要求,在吊车行驶路径的路面下铺设路基箱,将荷载均布分配,降低对地基承载力的要求。

  路基箱内部结构图figinternalstructureweldedgrillLeabharlann Baidugeslabs通过改变路基箱高度上下盖板厚度纵向通长立板厚度横向和斜向立板厚度本文确定土的名称状态10黏土粉质黏土砂土密实0砾石40黄土及黄土类粉质黏土50路基箱平面尺寸000路基箱高度0上下盖板厚030纵向通长立板厚525横向斜向立板厚020模型编号m1m2m3m4m5m6m7structuralengineersvolstructuralanalysis54假定地基土为完全弹性路基箱受到的基底反力与其变形成正比

  [ 1 ]中华人民共和国建设部.GB 50017—2003钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003.

  在AP1000核电项目模块化施工中,大型吊机已成为其关键施工设备。它可将大型模块直接起吊后放置在安装地点。目前核电安装工程项目中吊车额定起重重量最大为3 200 t,吊机履带宽度2 m,若直接与地面接触受力,则对地基的承载力要求很高,需要对地基进行高成本处理。为此,在地基上铺设路基箱,它是由一骨架体组成,骨架体由纵向通长立板和横向立板组成,并且在通长立板和每个横向立板处设置斜向立板,骨架体的上下表面则各封有一层盖板。它的作用是对地基上部施加的荷载进行分载,使地基满足承载力要求。根据吊车履带宽度和地基情况,确定路基箱平面尺寸长6 m,宽3 m,钢材采用Q345[1]。吊机工作过程中路基箱上表面直接承受履带荷载,受力面积为2 m×3 m,下表面与地基接触。路基箱布置示意图见图1,内部结构图见图2。

  图5为荷载作用下采用ANSYS分析得到的路基箱变形图。根据图5能够获得图6所示的一般情况下路基箱沉降变形示意图。图7、图8为路基箱最大沉降和相对变形与地基基床系数的关系图。路基箱最大沉降和相对变形都是设计中需要严格控制的变形量,它们对吊车工作时的安全性起着重要影响。由图6可知,当路基箱的相对变形过大,吊车有也许会出现倾覆等情况,并且对于路基箱的受力,其均布荷载对受力面的作用而产生的应力分布将可能出现应力集中等现象,导致路基箱进入弹塑性状态。从图7和图8能够准确的看出,随地基土基床系数的增大,基础的位移最大值和路基箱自身相对变形都不断减小。路基箱的最大位移和相对变形基本保持相同变化规律,且最大位移受地基土条件影响较大。随着地基变软,基床系数k10 MPa/m,地基为淤泥质土或软弱黏性土地基时,基础沉降明显增大。其根本原因是路基箱底部应力分配不均匀,作用于软土地基上时由于土体材料的非线性效应,荷载对地基沉降的影响增大,导致路基箱最大位移和相对变形都增加。在地基条件不变的情况下,随着路基箱的高度和各板厚的增加,路基箱最大位移增大了,但是路基箱自身相对变形却逐渐减小,并且,在地基基床系数较小,即地基土较软时,路基箱的自身变形和最大位移随路基箱规格变化越来越明显。这表明,在选择路基箱时要将最大位移和自身相对变形考虑,并兼顾经济因素而选取最合适的路基箱。