高速铁路预制箱梁内模的结构分析与优化设计

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高速铁路预制箱梁是由端模、外模和内模形成箱梁的外部形状,再经过混凝土浇筑成型。这种简支箱梁与一般简支梁相比,当它们具有相同梁高时,其强度、刚度以及自身的稳定性均优于后者;这种箱梁中间开了通孔,形成了一个整体性能好,施工方便,节省材料的单箱截面,同时它具有能有效承担正负弯矩的顶板和底板,巨大的钢筋笼也能满足配筋的需要,因此简支双线预应力预制箱梁在客运专线铁路和高速公路桥梁建设中的应用越来越普遍,其静力和稳定性特性对于交通运输安全至关重要。设计合理的简支双线预应力预制箱梁模板是快速生产箱梁的保证,其结构的安全可靠以及满足使用中的变形量是确保所生产箱梁的使用安全的前提。高速铁路预制箱梁内模是箱梁模板最重要的组成部分,因此对预制箱梁内模的结构分析和优化设计具有一定的意义。本课题以中铁十局郑阜线阜阳制梁场一种全自动液压箱梁模板为例,对该简支箱梁模板进行了详细地结构分析及构造设计。设计内容主要包括端截面模板、外模及内模系统等部件的简要概述。其液压内模通过液压油缸的作用,脱模时只需控制相关内模构件的液压阀门来实现脱模,脱模十分便捷快速;模板在安装过程中,具有安装精度高、速度快等特性。除此之外,液压内模因其自动化程度高、脱模方便的优点,使得箱梁成形后移动更方便,随后详细介绍了内模的具体安装步骤及操作步骤。箱梁内模的结构异常复杂,一般通常按截面类型可以将一个整体箱梁分成三段:中截面、变截面和端截面。为了让大家清楚其构造,我们通常可以利用三维分析软件UG、PRO/E、Solidworks做出其三维图。本文中我们以箱梁模板中截面为例,将32米箱梁总结构图、中截面模板三维图通过Solidworks三维图设计软件绘制出来,将箱梁结构组成非常直观地展现出来。本文在第三章详细将郑阜线所用模板各组成部分进行结构分析,用以保证其强度、刚度、稳定性满足规范要求。在第四章将全自动箱梁模板的重要组成部分中截面面板通过有限元软件Solidworks Simulasion进行了有限元校核分析,并进行了内模中截面面板的静力和变形情况分析,分析后获得预制箱梁中截面面板模型在给定约束和加载下的应力分布云图。计算结果表明,初期设计模板在使用过程中可能存在刚度问题,进而会影响到内模的使用寿命及箱梁的生产质量。在第五章中利用MATLAB软件对箱梁内模模板系统油缸和丝杠耳板的布置进行优化求解,确保内模模板上侧模和下侧模完全收缩后,能够形成一个合适的形态能够顺利通过端截面横截面较小的空间。并使用Solidworks画出内模中截面的三维设计图,并对其进行仿真分析,一定意义上论证了内模机构优化结果的正确性,使内模收缩后占用的空间最小,方便脱模,确立了MATLAB软件优化的实用性和广泛性。目前中铁十局三建公司钢结构分公司研究开发的预制高铁箱梁内模已经投入到阜阳制梁场使用,所制箱梁为郑阜线铁路建设使用。本文的研究结果对于箱梁内模在以后的制造和改进中具有一定的借鉴意义和理论适用价值。
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