摘要
小曲线节段拼装式架桥机是一种特种工程装备，其独特设计旨在解决小曲线半径和大跨度预制梁的架设难题。与传统直线型架桥机不同，该架桥机除了承受弯曲变形外，还存在扭转变形，因而受力情况更为复杂。目前对于此类架桥机强度和刚度的理论研究还不充分，这限制了设计人员对其力学性能的了解和结构的安全评价。本文以小曲线节段拼装式架桥机为研究对象，采用理论分析和有限元模拟相结合的方法，对不同架设工况下的结构强度和刚度进行了分析和校核。最后，在工况分析计算结果的基础上，提出了金属主框架轻量化设计方案。具体工作如下: (1)为了实现小曲线半径、大跨度预制梁的架设，提出了小曲线节段拼装式架桥机的初步设计方案。该方案主要包括两个方面:一方面，在架桥机箱型主梁上设置了竖向铰，使其能适应更小曲线半径架设工况;另一方面，采用节段拼装的施工方式，确保在架设小曲线预制梁的同时满足大跨度的要求。最后,根据架设跨度、架设半径与主梁节段夹角的几何关系，给出了小曲线架桥机姿态调整的一般流程。 (2)为了评估小曲线节段拼装式架桥机结构力学性能，开展了主框架结构的强度和刚度理论研究。首先，提出了研究小曲线架桥机主框架结构的力学分析模型，确定了箱型主梁内力变化规律。然后，在弯曲和扭转载荷组合作用下,建立了箱型主梁截面的应力计算表达式。最后，根据箱型主梁内力分布规律与截面应力分布规律依次确定其危险面与危险点，并对其结构强度和刚度进行了详细理论分析和评价，同时也校核了其抗倾覆性能。 (3)为了对上述理论成果进行验证，进行了小曲线节段拼装式架桥机的数值分析。首先，根据设计方案，建立了小曲线节段拼装式架桥机的三维有限元分析模型。其次，分别对外梁有限元模型和双梁有限元模型在相同工况下的同一截面内力进行对比，验证了力学分析模型的合理性。然后，分别对三种典型架设工况进行了有限元分析，研究其应力与应变分布规律，验证了结构强度和刚度理论分析结果的可靠性。最后，对三种工况下主框架危险点的强度和刚度进行了校核，验证了总体结构设计方案的可行性。 （4）为了进一步改进小曲线架桥机总体结构设计方案并实现其结构轻量化，对其金属结构主框架进行了优化设计。首先，结合实际工程需要，确立了架桥机结构优化目标。其次，基于理论计算和有限元模拟结果，确定了设计区域和设计变量，提出了结构优化设计方案。最后，进行了多目标尺寸优化，并对优化后的主框架结构强度和刚度进行了再次校核，进而实现了架桥机轻量化的同时材料分布最优。
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