箱型截面钢井架天轮平台梁数值计算方法研究

作     者：曹海通 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于广云

授予年度：2015年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：天轮平台梁 箱型截面 物理模拟 数值计算方法 壳单元 现场测试 

摘      要：天轮平台梁是煤矿钢结构井架的关键受力构件。目前对钢结构井架天轮平台梁进行数值计算时,均假定为梁单元。近年来煤矿采用箱型截面钢结构井架日益增多,此种截面的井架天轮平台梁高跨比很小,受力性能与一般梁有较大差异,将其假定为梁单元进行数值计算不精确。所以在箱型截面钢结构井架的研究中,准确地总结出天轮平台梁结构的受力分布规律,并找到一种可靠的数值计算方法是一项非常重要的工作。本文以某煤矿箱型截面钢结构井架天轮平台梁为研究对象,首先通过箱型截面天轮平台梁室内相似模型试验,研究了天轮平台梁结构在荷载作用下的受力分布规律。试验结果表明:箱型截面天轮平台梁不符合普通梁结构整体受力较为均匀、梁底跨中内力最大等规律,将其假定为梁单元进行数值计算的方法不够准确;在正常提升及断绳荷载作用下,箱型截面天轮平台梁的应力值均低于Q235钢的屈服强度,满足承载力要求。然后,通过有限元软件ANSYS中的壳单元对箱型截面天轮平台梁进行数值模拟,与上述室内相似模型试验结果进行对比分析。研究表明:室内试验测得数据与数值模拟计算结果基本吻合,误差在5%左右,考虑到物理模拟误差以及数值计算参数取值的偏差,认为室内试验和数值模拟计算可以互相验证,证明采用壳单元对箱型截面天轮平台梁进行数值模拟是一种可靠地数值计算方法。最后,以某矿区现役箱型截面钢井架为工程背景,采用仪器对该井架天轮平台梁进行现场测试,所测数据跟数值计算结果基本吻合,认为两者可以互相验证,进一步证明本文采用的天轮平台梁数值计算方法是可靠的。