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有限元分析技術在碎石樁設計領域的應用

     

波西亚时光最帅男角色 www.iyeuq.icu 隨著我國基礎設施建設的快速發展,在工程中不可避免的遇到土地松軟工況,必須對其進行軟基處理,使其沉降足夠堅固,提高穩定性,防止工程建成后地基下沉造成不穩定事故。碎石樁成本較低,操作靈活,結構可靠,是軟基處理的有效手段之一。

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圖1 碎石樁

傳統碎石樁在作業前,振動器的導桿在起吊時與地面不垂直,施工前需要有扶正過程,由于設備重量大,高度高,吊具是軟起吊,更加大了操作難度。另外,原有設備在落料時倉體及閥體上沾有殘料,對設備壽命有較大影響,易堵塞物料并磨損零部件。受國家工程技術相關院所委托,由北鋼聯負責改進現有碎石樁的設計,研制新型底部出料振沖碎石樁,從結構優化、工藝升級、強度校核等方面入手,解決設備使用難題。

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圖2 模型軸測圖

 

(1)加裝配重保證受力平衡

通過北鋼聯工程技術人員在現場的實地查驗,導桿與作業面不垂直的原因是由于原有設備設計時重心與起吊點位置連線與設備導桿的軸線不平行,導致設備起吊后導桿的軸線與水平面不垂直。

解決這一問題的首要,便是解決設備重心偏載問題,具體調整方案是:在料倉后增加配重導軌,導軌選用方管型材,在內部灌鉛,達到起吊點的連線與導桿中心線重合的目的。在實際制造前,先利用大型有限元分析軟件進行了三維實體的計算,根據計算結果合理添加,使設備起吊后無需調整直接作業。

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圖3 碎石樁配重優化

(2)閥體優化改善密封可靠性

為了減少過渡倉和氣密倉在落料的過程中及閥關閉時對閥體密封膠墊的損壞,對閥的整體結構進行改善。原有閥的損壞多是由于閥在關閉時,閥體蓋體上有殘料,殘料造成關閉時對密封損壞;另一方面,閥體本身密封位置不合理也是導致密封損壞的原因。設計組提出繼續使用原有閥結構,確保整體結構不受影響,將閥體鐘罩結構的坡度加大,盡量減少閥蓋體上殘料的積存。同時,將原有閥體的密封位置進行改變,將鐘罩閥體密封由蓋體轉移到座體上。

 

(3)全面受力分析確保人機安全

盡管碎石樁在工程方面有較大的應用,但在設備使用及設計方面還存在一些問題,目前產品的設計依據主要源于工程技術人員的施工經驗,大部分分析計算研究主要針對地基、土壤、巖石等展開,對設備本體受力機制的研究極少。必須應用科學的手段對產品進行改進及完善,有助于了解設備承載力的提高機理,維護設備、人員安全。

選用有限元計算軟件MIDAS,在基于Q235B材質的基礎下,對碎石樁的:恒荷載、活荷載、節點載荷、應力、位移、共振計算等方面進行探索,通過多方對計算結果的審查,對模型的正確性給以肯定,設計結構完全符合實際生產需要。

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圖4 氣壓活載荷分布圖及整體應力示意圖

 

我國軟弱地基類型繁多,碎石樁是打造復合地基解決軟基問題的主要設備,對于樁基礎的設計,利用有限元分析計算的辦法,符合工程實際情形,對人員安全、設備運行具有積極意義。因此,在研究新型碎石樁時采用正確的設計手段并驗證其科學性是非常必要的。

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