连续梁墩顶转体可拆卸球铰结构分析及试验研究

作     者：胡叶江 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高日

授予年度：2020年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：墩顶转体 可拆卸球铰 齿轮驱动 有限元模拟 摩擦自锁 

摘      要：桥梁转体施工是在非设计轴线上选择更有利的位置浇筑或拼装梁体,适用于各种复杂的场地条件,所以转体施工法在跨越深谷急流和既有线路的桥梁施工中最为常见。特别是墩顶转体施工法,由于其在经济性和安全性方面的优势,近年来在多座连续梁中使用。但是,墩顶转体施工法也存在几方面的不足:转体完成后体系转换过程中顶升梁体存在安全隐患、墩身臃肿、球铰不能重复使用。为解决这些问题,本文提出了一种可拆卸钢球铰,并进行了以下研究工作:(1)研究了转体施工中的转体系统的组成,在常见球铰的基础上添加楔形块和环形套箍,提出了可拆卸钢球铰。通过参考机械设计原理,设计了多齿轮并联驱动的牵引驱动系统。详细介绍了可拆卸钢球铰和齿轮驱动系统的结构形式和工作原理、布置形式以及转体完成后转体设备的拆卸方法。从理论上对可拆卸球铰和齿轮驱动系统进行了计算,分析了球面滑板的应力分布、楔形块的摩擦条件、环形套箍的应力分布、转体启动牵引力以及齿轮驱动系统的驱动能力。并且以100m连续梁墩顶转体为例,对可拆卸球铰和齿轮驱动系统进行了计算,转体设备满足使用要求。(2)采用有限元分析软件对可拆卸钢球铰和液压马达底座进行数值模拟分析。根据数值模拟结果分析了球铰整体和各组件的应力和位移的分布特点,并分析了不同摩擦系数对球铰受力的影响。模拟马达底座在转动过程中的受力,确保其具有足够的水平刚度。(3)制作1:1可拆卸钢球铰模型,进行了最大荷载为50000k N的竖向承载力试验,测试了球铰的竖向变形并得到了荷载-位移曲线,测试了环形套箍的应力并与数值模拟结果进行了对比。并根据试验对球铰的结构进行改进。