新型挤扩变径灌注桩成型机是用来形成挤扩变径桩的一种桩工机械,是一种全新的挤扩设备,许多问题等待人们去探索和研究。 本文首先介绍了挤扩变径桩成型机的研究发展历程及当前国内外研究现状,具体介绍了新型挤扩变径灌注桩成型机工作装置,并指出变径桩成型机研究中存在的问题。新型挤扩变径灌注桩成型机在工作中的主要负荷是土层对挤扩装置的挤扩臂的挤扩阻力,由于土体的复杂性,人们对挤扩臂与土壤间受力变形的规律缺乏应有的研究,目前设计多基于经验和类比。而挤扩臂作为主要的功率输出和受力部件,其强度和刚度是否满足设计要求,将直接影响桩成型机的使用寿命和变径灌注桩承力盘的质量。 本文针对这些问题,从五个方面进行了深入研究。本文首先从土的本构关系出发,对工程计算中应用较广的几种弹塑性模型的屈服准则进行分析和比较,最终选用Drucker—Prager屈服准则确定了桩基土体本构模型。然后借助国际上先进的CAE软件—ANSYS,利用土塑性力学圆孔扩张理论,首次将有限元方法应用到新型挤扩变径灌注桩成型机的挤扩效应的研究,对新型挤扩变径灌注桩成型机的挤扩效应进行弹塑性的非线性有限元分析,建立了土壤挤压计算有限元模型,得出各类土中桩孔壁土的径向位移S与径向挤压应力P的关系曲线,反映了土体在挤扩过程中的运动规律。在此基础上,对几类工程土样的P-S曲线变化规律综合图进行了分析和比较,得出一些有益的结论,为分析挤扩臂强度以及进一步的试验、理论研究提供科学依据和技术指导。另外,根据有限元数值模拟结果获得的位移—载荷数据列表,用MATLAB软件拟和出几种代表性的工程土样的P-S曲线方程。然后,本文对新型挤扩变径灌注桩成型机工作机构整机及各构件进行力学分析,建立机构力学模型和力学方程,并推导了挤扩机构在不同土质中工作阻力和液压驱动力随挤扩臂位移的变化规律曲线;确定挤扩机构在密实细砂中的挤扩作业终止位置为挤扩臂的最大受力工况位置,并求出挤扩臂在最大工况位置的载荷和反力值,为挤扩装置的优化和改进提供一定的理论依据。在上述四方面研究成果的基础之上,本文应用ANSYS软件对挤扩臂进行三维接触非线性有限元静强度分析,得出挤扩臂在最大受力载荷下的应力、变形分布情况,并进行强度校核,