自行走悬索桥主缆检修车研究与设计

发布时间：2017-04-14 15:24

  本文关键词：自行走悬索桥主缆检修车研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：主缆索是江阴长江公路大桥的主要受力部件,其健康程度尤其重要,需要定期进行检修。但是现在检修设备的安全性差、检修效率低、可靠性低、覆盖范围窄、工人劳动强度大,为了解决上述问题,本文设计了悬索桥主缆检修车同时对其进行研究。根据江阴长江公路大桥的主缆、锁夹的结构,通过对检修车的行走、翻转、涂层作用进行力学计算,以及对其主桁架、翻板机构、压紧轮机构进行设计、有限元分析,满足了该检修设备的功能、性能要求。风载荷是造成检修车不稳定的重要因素,对其研究十分必要,故以Davenport风速谱为基础,以Matlab软件为工具,分别应用谐波叠加法、线性滤波法模拟检修车在140m高空工作时的脉动风时程样本,同时以蒙特卡洛法为手段研究其概率特性。为了保证检修车的安全及稳定性,以ANSYS的瞬态分析模块为工具,研究主桁架的风振响应特性和检修车整机与主缆接触面积对其抗风稳定性影响。研究结果表明：(1)检修车具建议晴天使用,并具有自行走、自动过索夹能力,最大爬坡角为26。,能对主缆进行360。全覆盖检修,不会破坏主缆涂层,在允许的偏载作用下不会发生侧翻,为保证其稳定运行压紧轮需要以预设压力保压运行。该方案对于同类桥梁的检修设备设计具有参考意义。(2)20×104次模拟600s时长的风速,其概率计算结果可代表脉动风速整体概率情况；使用谐波叠加及线性滤波法模拟风速的分布模型分别是Vf-N(0,0.75412)、Vf-N(0,0.84462),使用前者模拟的风速更偏于保守。(3)最大统计风速的预测公式是正确的,且计算精度高；与蒙特卡洛法计算结果相比,拟合公式可瞬时得出结果,同时对电脑硬件要求低。在不同模拟次数下,将此公式与风速分布模型结合,可计算最大风速发生概率的最大值。(4)以谐波叠加法为手段模拟脉动风,当风速不发生概率P分别为99.9%、…、99.9999%时,风速值分别是4.2m/s、5m/s、5.8m/s、6.5m/s。此研究提出了一种使用脉动风的方式,其对风工程的学术研究及工程应用具有参考价值。(5)风载实际是不断变化的,以《公路桥涵设计通用规范》为依据将其等效为静力后,对主桁架的有限元计算是可靠的；与比线性滤波法相比,使用以谐波叠加法为手段模拟的风载荷对结构进行风振响应特性研究更偏于保守。(6)增大履带与主缆接触面积能够使检修车整机的抗风稳定性增强。
【关键词】：悬索桥主缆检修车 线性滤波 谐波叠加 脉动风 风振响应
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U445.7
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 引言11
• 1.2 江阴长江公里大桥介绍11-12
• 1.3 自行走式主缆检查车国内外研究现状12-13
• 1.3.1 国内主缆检修设备使用现状12
• 1.3.2 国外主缆检修设备研究现状12-13
• 1.4 脉动风模拟及结构风振响应研究现状13-14
• 1.5 本论文研究内容14-15
• 第2章 主缆检修车方案设计及关键技术研究15-37
• 2.1 江阴长江大桥主缆结构介绍15
• 2.2 主缆检修车整机介绍15-16
• 2.3 检修车力学分析计算16-25
• 2.3.1 风荷载静力计算16-17
• 2.3.2 检修车行走力学计算17-19
• 2.3.3 检修车对主缆涂层作用力计算19-22
• 2.3.4 检修车抗翻转力学计算22-25
• 2.4 检修车关键系统设计与分析25-35
• 2.4.1 主桁架系统设计与分析25-32
• 2.4.2 翻板机构的设计与分析32-35
• 2.4.3 压紧轮机构的设计与分析35
• 2.5 本章小结35-37
• 第3章 脉动风的概率统计研究及预测37-51
• 3.1 脉动风模拟37-41
• 3.1.1 Davenport功率谱37
• 3.1.2 Davenport功率谱模拟37-38
• 3.1.3 谐波叠加法脉动风模拟38-40
• 3.1.4 线性滤波法脉动风模拟40-41
• 3.2 基于谐波叠加法的脉动风研究41-47
• 3.2.1 蒙特卡洛方法介绍41
• 3.2.2 脉动风区间概率研究41-42
• 3.2.3 脉动风速概率分布模型研究42-44
• 3.2.4 脉动风最大统计风速研究及预测44-45
• 3.2.5 脉动风带概率研究及应用45-47
• 3.3 基于线性滤波法的脉动风研究47-49
• 3.3.1 脉动风的区间概率研究47
• 3.3.2 脉动风速概率分布模型研究47-49
• 3.3.3 脉动风速带概率研究及应用49
• 3.4 谐波叠加法与线性滤波法模拟脉动风对比分析49-50
• 3.4.1 概率统计对比分析49
• 3.4.2 概率分布对比分析49-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 检修车主桁架风振响应特性研究51-55
• 4.1 由谐波叠加法模拟的脉动风进行主桁架风振响应特性研究51-52
• 4.2 由线性滤波法模拟的脉动风进行主桁架风振响应特性研究52-53
• 4.3 线性滤波、谐波叠加模拟法对比分析53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 检修车抗风稳定性研究55-72
• 5.1 研究工况55
• 5.2 检修车橡胶模型等效计算55-57
• 5.2.1 履带橡胶等效弹簧刚度计算55-56
• 5.2.2 压紧轮橡胶等效弹簧刚度计算56-57
• 5.3 检修车抗风稳定性研究有限元模型介绍57
• 5.4 检修车抗风稳定性研究57-70
• 5.4.1 瑞利等效阻尼计算58
• 5.4.2 检修车行走时抗风稳定性性研究58-62
• 5.4.3 检修车下行过锁时抗风稳定性研究62-66
• 5.4.4 检修车上行过锁时抗风稳定性研究66-70
• 5.5 本章小结70-72
• 结论及展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79
• 攻读学位期间发表的学术论文及科研成果79

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本文编号：306303