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本文是一篇土木工程论文,本文以模块式栈桥八块板课题为研究背景,对第九块 C 型钢间距为750mm 板进行试验分析。利用 ABAQUS有限元软件来对进行相应建模,然后将试验与仿真模拟进行分析,验证后者是否具有正确性。另外还对该底板的承载力进行了仿真分析,将试验与模拟数据进行分析,可以总结出以下结论:(1)这种组合式底板承载力与 C 型钢间距关系密切,对比分析不同间距的底板应力应变曲线、荷载挠度曲线,不难发现,型钢间距越大,轻质底板承载力越低,型钢间距对该种类型底板的影响最大。(2)验证模型正确的基础上,运用 ABAQUS 建立了 13 个轻质底板有限元模型,以混凝土密度级别、组合底板厚度、型钢间距为三个要素,分析它们对该底板承载力的作用,将模拟后的计算结果进行对比后发现,得到以下结论:①轻质底板泡沫混凝土密度等级提高两级,(密度每增加 100kg/m3对应提高一个等级),其承载能力约提高 3%。即密度提高一个等级,承载能力增强 1.5%。泡沫混凝土密度等级对于承载力提高的效果微乎其微。②C 型钢间距为 500mm 时,保护层厚度每增加 5mm,底板承载增量约为0.7%-1.7%。C 型钢间距为 600mm 时,保护层厚度每增加 5mm,底板刚度约提高10%。与 500mmC 间距相比,承载力大大加强。

第 1 章 绪论

1.1 引言
近些年我国经济取得了迅速发展,在此背景下建筑业也得到了长足的进步,伴随而来的是人们对物质文明和精神文明的需求。传统的钢结构以及钢筋混凝土结构存在很多缺点与不足,譬如缺乏耐久性与耐火性,而且对应的刚度整体较小,不具有优秀的延性等,这使之很难适应当前建筑业的发展需求。为了更好满足当前建筑市场的多元需求,一种创新的结构体系应运而生,亦即是所谓的“钢-混凝土”组合结构。这种结构充分利用了砼与钢的综合性能,将前者的抗压性能与后者的抗拉性能进行了有机的融合,使得双方的局限性得到很好的抑制,以其承载力高,韧性好,施工方便,抗震能力好等优点被广泛用于各种建筑结构中。同时,建筑行业的不断发展,为人类社会带来了一系列能源问题。如何将现存社会的各种资源材料更高效的运用起来也成为人们迫在眉睫,急待解决的问题,这其中就包括对节能建筑材料的研究,而泡沫混凝土这一材料以其质量轻,保温隔热性能好,造价低,环保等优点出现在大众视野。
同时,随着建筑行业的发展,使装配式结构取得跨越式的发展。标准构件工厂化生产越来越普及,而建筑工业化发展并不均衡。目前建筑工业化主要集中于房屋建筑领域,在工业建筑领域工业化生产水平相对落后。栈桥是一种重要的工业建筑,它承担散料的运输功能,目前,装配式栈桥在国外现代化矿井中已有大量应用实例,国内研发的成套式栈桥是在引进,吸收国外装配式栈桥的基础上,结合我国散装物料储蓄运输一体化工程进行的研发。
装配式栈桥底板常用的为 KST 板和压型钢板[2-3],而以泡沫混凝土作为其底板的使用材料,可以大大降低耗钢量,减轻底板自重。因此,将泡沫混凝土应用于装配式栈桥底板结构中,构成一种新型栈桥底板结构,不仅符合国家节约能源,而且也满足我国当前的绿色建材要求,有助于减缓能源危机,更好的维护生态环境,当然还有助于该组合结构的持续稳健发展,可以适应结构体系发展的要求,因此,对于该类新型模块式栈桥泡沫混凝土组合底板的研究具有重要的现实意义。
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1.2 模块式栈桥的研究现状
成套式模块栈化桥是指输送设备输送煤炭的一种新型的输煤栈桥结构[1],其是一种基于建筑工业化、环保绿色化的新式栈桥,其施工速度快,可优化空间大,材料可以重复利用,工程造价低,建筑垃圾少,对环境影响低,符合国家近年来绿色施工的现代化要求。用“工厂制造”替代“现场建造”,实现了产品设计的标准化,部件加工的模块化,施工建造的装配化。解决了传统桁架栈桥构件多、施工质量标准不高、安全隐患多的问题。成套式模块栈桥采用全钢结构,由若干单元模块通过螺栓联接,组成输送走廊,在输送走廊中吊挂带式输送机形成物料运输系统。成套式模块栈桥由六大标准部件组成,包括顶板、横梁、侧墙板、底板、吊挂式胶带输送机及附属设施。产品标准模块长度有 9m、12m 两种,组合成单跨 36m 以内模数跨度,跨度超过 36m 或非模数跨度栈桥可根据需要单独设计加工。模块栈桥基本单元为 12m 标准模块,由 3 个 12m 标准模块组合为 1 个标准跨度,4 个标准跨度组合加 1 个四柱模块,为 1 个标准段。四柱模块设防火疏散门。该组合形式的划分能最大限度地满足装配运输、防火疏散、经济合理等要求。如图 1-1 所示栈桥,其相互关系如下:两翼受力壁板采用整体冷弯的波纹钢板,顶部为薄壁型钢横梁连接加强,胶带支悬挂于结构横梁下部,管道、电缆桥架等附属设施支撑于结构横梁上部,结构底板采用轻质保温 KST 板,板下部设置水平支撑,顶板为围护构件[4-6]。

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第 2 章 一体化轻质底板承载力性能试验研究

2.1 概述
对于成套式模块栈桥轻质底板的开发是否能够成功的运用于工程实践当中去。我们除了有可靠的理论分析以外,更应该通过更直观、更实际的方法来验证其承载力性能。本文采用试验研究的方法。试验研究[45]是最为科学的探究方法,具有直观性,用于对数据进行最为直接的采集。试验研究经常被用于研究材料的力学性质,而且应用于不同材料组成的不同结构和构件的基本计算方法。此文所提出的成套式模块轻质底板是一种较为新颖的结构,但是在我国对于这种底板的科学研究方法和计算理论并不成熟,仅仅根据数据理论分析达不到精准地表达其在外荷载影响下的受力情况与所承载的能力。所以,需要对其进行试验研究。
本课题组对成套式模块轻质底板的力学性能研究主要做了单块板构件试验研究与整体试验研究,本文主要针对单块底板构件进行试验研究并理论分析,故本章节将着重介绍单块底板构件的竖向荷载下的抗弯承载性能的试验设计。
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2.2 试验目的
作为模块化栈桥结构设计的重要构成之一,目前对于该底板的性能及能力的研究,我国在该设计中都分别应用到静力试验与有限元数值模拟的方法。此文试验研究的目的包括下面几个关键部分:
(1)对轻质底板施加竖向荷载,检测构件在荷载作用下的变形情况和底板裂缝的产生及发展状态。
(2)探究该轻质底板结构在竖向荷载作用下的受力特性。记录实验过程中泡沫混凝土底板应变情况和型钢应变情况。
(3)对实验方案、装置、过程和试验现象、试验结果展开全面分析,比较分析得出的实验数据和有限元模拟计算结果,以此来确定该论文中有限元方法对这种类型构件的适用与否。
此试件设计与装配的全部过程都是在中煤建筑安装集团有限公司永年研究基地制成的。起初,试件采用的泡沫混凝土容重控制在 800-900 kg/m3,密度是控制泡沫混凝土强度的主要因素,同等条件下,泡沫混凝土的强度随密度的增大而增大,密度大小是 800kg/m3的泡沫混凝土,它的抗压强度达到 6.4Mpa,在体积相同的情况下,其自身的重量大约等于普通混凝土自重的 50%,表现出该构件具有轻质的性质。
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第 3 章 模块栈桥轻质底板有限元分析...............................31
3.1 有限元概述............................................... 31
3.1.1 ABAQUS 有限元简介.............................................. 31
3.1.2 ABAQUS 有限元的分析步骤......................................... 31
第 4 章 轻质底板承载性能的影响分析......................................51
4.1 不同 C 型钢间距的模型的建立与分析...................................51
4.1.1 模型的建立........................................51
4.1.2 C 型钢间距对轻质底板承载力的影响.......................52

第 4 章 轻质底板承载性能的影响分析

4.1 不同 C 型钢间距的模型的建立与分析
4.1.1 模型的建立
本试件进行设计尺寸采用的为 750mm 的 C 型钢间距,对其进行设计荷载的加载。C 型钢作为该轻质底板构件的主要材料,其间距是影响轻质底板承载力的关键因素。C 型钢间距越小,底板的承载能力越强。C 型钢间距过大底板不足以承载,甚至承载过程未能达到设计荷载就先破坏。为了进一步研究 C 型钢间距对轻质底板的影响。本节利用有限元软件模拟三个不同 C 型钢间距,建立三个有限元模型。C 间距分别取 500mm、600mm、750mm,模拟编号为 B-1、B-2、B-3

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结论与展望

结论
泡沫混凝土优势体现在质量轻、环保、抗震、保温等,因此在当前建筑领域得到颇为广泛的应用。然而目前主要是将其用作隔墙板、保温部件,而不是用作承重,国内外对于将泡沫混凝土应用于楼板等承重构件的研究很少,本文针对这一情况,结合轻钢与泡沫混凝土这两种建筑材料的优势,创新了提出了将它们进行组合构成一种轻质底板组合结构,设计并制作了九块不尽相同的组合底板,对其进行了试验研究,本文以模块式栈桥八块板课题为研究背景,对第九块 C 型钢间距为750mm 板进行试验分析。利用 ABAQUS有限元软件来对进行相应建模,然后将试验与仿真模拟进行分析,验证后者是否具有正确性。另外还对该底板的承载力进行了仿真分析,将试验与模拟数据进行分析,可以总结出以下结论:
(1)这种组合式底板承载力与 C 型钢间距关系密切,对比分析不同间距的底板应力应变曲线、荷载挠度曲线,不难发现,型钢间距越大,轻质底板承载力越低,型钢间距对该种类型底板的影响最大。
(2)验证模型正确的基础上,运用 ABAQUS 建立了 13 个轻质底板有限元模型,以混凝土密度级别、组合底板厚度、型钢间距为三个要素,分析它们对该底板承载力的作用,将模拟后的计算结果进行对比后发现,得到以下结论:
①轻质底板泡沫混凝土密度等级提高两级,(密度每增加 100kg/m3对应提高一个等级),其承载能力约提高 3%。即密度提高一个等级,承载能力增强 1.5%。泡沫混凝土密度等级对于承载力提高的效果微乎其微。
②C 型钢间距为 500mm 时,保护层厚度每增加 5mm,底板承载增量约为0.7%-1.7%。C 型钢间距为 600mm 时,保护层厚度每增加 5mm,底板刚度约提高10%。与 500mmC 间距相比,承载力大大加强。
③C 型钢间距为 500mm 时改变其板厚,承载力是 C 型钢间距为 600mm 时改变板厚的 1.125 倍。综合 500mm 板与 600mm 板可知,对于该种类型底板的板厚取值 145mm 为宜。
参考文献(略)