一种钢管片负环结构及其优化设计制造技术

本发明专利技术公开了一种钢管片负环结构及其优化设计，包括钢管片负环，所述钢管片负环包括钢管片，钢管片的数量为五个，本发明专利技术涉及钢管片负环技术领域。该钢管片负环结构及其优化设计，在给不同优化部位的钢管片施加土压力之后，其环向螺栓组的应力情况在11‑15MPa之间变化，因此在这里可以不考虑螺栓本身的破坏情况的发生，通过使用商业三维软件及Abaqus仿真软件对其结构应力分布、位移大小和变形情况进行模拟分析，继而对钢管片结构布局进行优化，以达到结构更加合理化并且保证安全性要求等目的，整个结构优化本着以安全性优先，兼顾实用性和经济性的原则来进行设计优化，有利于管片的加工制造、搬运搭设和安全使用等过程顺利进行。

A negative ring structure of steel tube sheet and its optimal design

【技术实现步骤摘要】
一种钢管片负环结构及其优化设计
本专利技术涉及钢管片负环
，具体为一种钢管片负环结构及其优化设计。
技术介绍
“桥式盾构法”(以下简称“盾构法”)是一种较为先进的顶涵施工方法，是在保留传统顶涵施工、桥涵结构路侧预制工艺的基础上，对结构顶进支护方法进行了重大改革，将明挖开槽改为地下暗挖盾构支护，暗挖推进减低了施工对行车的影响，盾构由钢柱、钢梁、盾壳、子盾构、液压推进系统、辅助机构六大部分组成，装配在第一节框架桥前端的盾构，作为带土顶进时掘进面与路基的施工支护，同时也担负顶推导向，根据不同地质情况设计盾构长度以确保中心土天然支护作用是“桥式盾构法”的关键，盾构的横向截面成简支梁桥形，其外廓尺寸与刚架桥外廓尺寸基本相同，“桥形”梁跨中滞后挖掘的大断面土体(中心土)从盾构入土直到出土前均保持1∶0.75坡比，并滞后子盾构掘进面一段距离开挖，它与盾构共同平衡周边土压，成为掘进面的强大支护体系，盾构母体中的子盾构由液压系统控制，单台组错开推进，担负减阻板的牵引及掘进面的小断面化。增强了开挖面的稳定性，被牵引的减阻板则将上部摩擦力分散。刚架桥推进前顺坡清除底板前方部分中心土体，盾构母体随刚架桥同步推进时，子盾构原推出部分被掘进面土体阻挡与子构箱体作相对运动，套回箱内，完成子盾构掘进工作循环。在轨道交通联络通道的盾构法施工建设过程中，需要在盾构机施工挖掘的隧道中添加钢管片环，作为机体与隧道土体的支撑结构，并且能够满足循环使用的要求，而现有钢管片负环上的结构布局较为复杂，稳定性较差，同时也增加了一定的经济成本，不能同时兼顾实用性和经济性的问题，大大降低了该钢管片负环的实用性。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种钢管片负环结构及其优化设计，解决了现有钢管片负环上的结构布局较为复杂，不能同时兼顾实用性和经济性的问题。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种钢管片负环结构，包括钢管片负环，所述钢管片负环包括钢管片，所述钢管片的数量为五个，所述钢管片负环的内壁固定连接有肋板。本专利技术还公开了一种钢管片负环结构的优化设计，具体包括以下步骤：S1、现有钢管片负环结构模型尺寸及相关数据：该通道单环管片是由五块中空结构的钢管片以及一个环楔形封顶块组成，不同管片之间用螺栓连接，每块钢管片内部有一环向和一定数量的径向肋板，排布在内外圈之间千斤顶支撑部位，为简化该模型，在该模型中，模拟工作环境中钢管片外表面所受土压力为0.3MPa，均匀施加在管片外圈表面，同时千斤顶约300t的轴向推力以11个油缸的形式作用在管片一端，采用有限元软件中的通用模块和分析模块进行计算，分析步骤，时间历程取为0.1s，并且设置自动稳定性，在不同管片接触表面采用通用接触单元接触方式，切向摩擦系数为0.28的罚函数的属性定义以契合实际的接触方式和属性，模拟工作环境中钢管片外表面情况，所受土压力为0.3MPa，经计算所得，分别均匀施加在上下表面4.281MPa和3.827MPa的分布力；S2、钢管片负环结构的具体优化内容：在S1中的模型结构内将前后端面钢板厚度从20mm减为16mm，同时也将内圈钢板厚度从30mm减为16mm，去除环向肋板和部分纵向肋板在考虑千斤顶支撑条件下去除部分径向肋板和中间环向肋板，调整端部接触受力情况，适当切除前后侧面非千斤顶支撑部位方状材料，为了进一步确认该优化方案，对此专门在有限元软件的通用模块做了研究分析，以验证优化方案的合理性。优选的，两个所述钢管片相对的一侧之间通过螺栓固定连接。优选的，所述钢管片也称为特殊衬砌环钢管片，钢管片主要用于地铁联络通道，多与混凝土管片搭配组合使用，钢管片内外直径分别为2650mm和3150mm，且轴向长度550mm。优选的，所述S2中的钢板是用钢水浇注，冷却后压制而成的钢材。优选的，所述S2中的有限元软件采用的是Abaqus，且该通用模块为buckle。优选的，所述S1中的有限元软件采用的是Abaqus，且该通用模块为Static，分析模块为General。优选的，所述S2中的研究分析采用的是4阶屈曲分析方式。(三)有益效果本专利技术提供了一种钢管片负环结构及其优化设计。具备以下有益效果：该钢管片负环结构，包括钢管片负环，钢管片负环包括钢管片，钢管片的数量为五个，钢管片负环的内壁固定连接有肋板，本专利技术还公开了一种钢管片负环结构的优化设计，具体包括以下步骤：S1、现有钢管片负环结构模型尺寸及相关数据，S2、钢管片负环结构的具体优化内容，可实现将内圈及前后端板板厚分别从30mm、16mm减小到10mm的尺寸，其上最大Mises应力从原来的115.1MPa减小到90.13MPa，再通过优化肋板的布置与数量，其结构上最大Mises应力变为93.36MPa，这样优化的效果依然非常明显，而这个数值对于Q235钢来说依然在工程使用的安全范围之内，相应的作为支撑结构的肋板，不能最有效的发挥作为承力结构的作用，所以会适当优化去除该部位工程材料，达到轻便使用的目的，在给不同优化部位的钢管片施加土压力之后，其环向螺栓组的应力情况在11-15MPa之间变化，因此在这里可以不考虑螺栓本身的破坏情况的发生，通过使用商业三维软件及Abaqus仿真软件对其结构应力分布、位移大小和变形情况进行模拟分析，继而对钢管片结构布局进行优化，以达到结构更加合理化并且保证安全性要求等目的，整个结构优化本着以安全性优先，兼顾实用性和经济性的原则来进行设计优化，有利于管片的加工制造、搬运搭设和安全使用等过程顺利进行。附图说明图1为本专利技术结构的立体图；图2为本专利技术结构的剖视图；图3为本专利技术的流程图。图中：1-钢管片负环、11-钢管片、12-肋板。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-3，本专利技术实施例提供一种技术方案：一种钢管片负环结构，包括钢管片负环1，钢管片负环1包括钢管片11，钢管片11的数量为五个，钢管片负环1的内壁固定连接有肋板12，为增加板的刚度，要在板的一侧增加一些小梁，这样配筋后浇注的钢筋混凝土板，就叫做肋板12。本专利技术还公开了一种钢管片负环结构的优化设计，将内圈及前后端板板厚分别从30mm、16mm减小到10mm的尺寸，其上最大Mises应力从原来的115.1MPa减小到90.13MPa，再通过优化肋板12的布置与数量，其结构上最大Mises应力变为93.36MPa，这样优化的效果依然非常明显，而这个数值对于Q235钢来说依然在工程使用的安全范围之内，相应的作为支撑结构的肋板12，不能最有效的发挥作为承力结构的作用，所以会适当优化去除该部位工程材料，达到轻便使用的目的，在给不同优化部位的钢管片11施加土压力之后，其环向螺栓组的应力情况在11-15MPa之间变化，因此在这里可以不考虑螺栓本身的破坏情况的发生，通过使用商业三维软件及Abaqus仿真软件对其结构应力分布、位移大小和变形情况进行模拟分析，继而对钢管片11结构布局进行优化，以达到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢管片负环结构，包括钢管片负环(1),所述钢管片负环(1)包括钢管片(11)，所述钢管片(11)的数量为五个，其特征在于：所述钢管片负环(1)的内壁固定连接有肋板(12)。

【技术特征摘要】
1.一种钢管片负环结构，包括钢管片负环(1),所述钢管片负环(1)包括钢管片(11)，所述钢管片(11)的数量为五个，其特征在于：所述钢管片负环(1)的内壁固定连接有肋板(12)。2.根据权利要求1所述的一种钢管片负环结构，其特征在于：其优化设计具体包括以下步骤：S1、现有钢管片负环结构模型尺寸及相关数据：该通道单环管片是由五块中空结构的钢管片以及一个环楔形封顶块组成，不同管片之间用螺栓连接，每块钢管片内部有一环向和一定数量的径向肋板，排布在内外圈之间千斤顶支撑部位，为简化该模型，在该模型中，模拟工作环境中钢管片外表面所受土压力为0.3MPa，均匀施加在管片外圈表面，同时千斤顶约300t的轴向推力以11个油缸的形式作用在管片一端，采用有限元软件中的通用模块和分析模块进行计算，分析步骤，时间历程取为0.1s，并且设置自动稳定性，在不同管片接触表面采用通用接触单元接触方式，切向摩擦系数为0.28的罚函数的属性定义以契合实际的接触方式和属性，模拟工作环境中钢管片外表面情况，所受土压力为0.3MPa，经计算所得，分别均匀施加在上下表面4.281MPa和3.827MPa的分布力；S2、钢管片负环结构的具体优化内容：在S1中的模型结构内将前后端面钢板厚度从20mm减为16mm，同时也将内圈钢板厚度从3...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱珏，
申请(专利权)人：宁波六希格码建筑科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33