（机械工程专业论文）高铁箱梁模板台车的结构有限元分析.pdf

摘要 摘要 随着高速铁路的快速发展，箱梁结构的桥梁应用越来越多。箱梁模板台车作 为制造箱梁的主要工具，也得到了快速的发展。随着液压电气技术的使用，梁模 板台车的自动化程度越来越高。 箱梁模板台车的强度和刚度直接影响着箱梁的质量，必须对其进行校核。采 用传统的机械设计方法很难精确地对整个结构的强度和刚度进行计算，因此本文 采用了有限元分析方法。 本文结合三维计算机辅助设计软件s o l i d w o r k s 和用大型通用有限元分析软件 a n s y s 对某一型号的全液压箱梁内模板系统进行结构有限元计算，校核了其强度 和刚度。本文的主要内容包括： 1 分析箱梁模板的国内外发展现状； 2 介绍箱梁模板台车的结构和组成； 3 建立箱梁内模板的三维模型并将其导入到有限元分析软件a n s y s 中，形 成有限元模型； 4 对箱梁内模板承载能力和抗变形能力进行有限元计算校核； 5 确定主梁和小车影响箱梁质量的最不利工况，建立相关的有限元模型，校 核其强度和刚度。 本文根据各种工况建立了内模板的有限元模型，按照标准进行载荷加载，校核 了内模板主要部件的强度和刚度。计算结果表明各主要部件的强度和刚度均满足 要求。同时对后期的模型的优化提供了依据。 关键词：箱梁模板；有限元分析：高速铁路；a n s y s ；s o l i d w o r k s 山东大学硕十学伊论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fh i g h s p e e dr a i l w a y , b r i d g e sw i t ht h eb o xg i r d e rs t r u c t u r e a rew i d e l yu s e d a sam a i nb o xg i r d e rf a b r i c a t i n gt o o l ，b o xg i r d e rf o r m w o r kt h e n d e v e l o p sg r e a t l y w i t ht h eh e l po fh y d r a u l i c sa n de l e c t r i c a lt e c h n o l o g y , t h eb o xg i r d e r f o r m w o r k sa u t o m a t i o nd e g r e ei sh i g h l yi n c r e a s e d t h es t r e n g t ha n ds t i f f n e s so ft h eb o xg i r d e rf o r m w o r ka f f e c tt h eb o xg i r d e r s q u a l i t yd i r e c t l y , t h e r e f o r et h e ym u s tb ev e r i f i e d i ti sv e r yh a r dt oc a l c u l a t et h ee n t i r e s t r u c r u r e ss t e n g t ha n ds t i f f n e s sa c c u r a t e l yu s i n gt h et r a d i t i o n a lm e c h a n i c a ld e s i g n m e t h o d a sar e s u l t ，t h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sm e t h o di su s e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t h es t e n g t ha n ds t i f f n e s so fo n eb o xg i r d e ri n n e rf o r m w o r ki sv e r i f i e d 、i t ht h eh e l p o ft h ec a ds o f t w a r es o l i d w o r k sa n dt h ew i d e l yu s e dl a r g es c a l ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s s o f t w a r ea n s y s t h em a i nc o n t e n t so ft h i sa r t i c l ei n c l u d e ： 1 a n a l y z e st h ed e v e l o p m e n to fb o xg i r d e rf o r m w o r kb o t ha th o m ea n da b r o a d 2 i n t r o d u c e st h es t r u c t u r ea n dc o m p o n e n t so fb o xg i r d e rf o r m w o r k 3 e s t a b l i s ht h e3 dm o d e lo fb o xg i r d e rf o r m w o r kt h e ni m p o r ti tt ot h ea n s y s s o f t w a r et of o r mi t sf f n i t ee l e m e n tm o d e l 4 v e r i f yt h eb o xg i r d e r i n t e r i o rf o r m w o r k s l o a d - c a r r y i n gc a p a c i t y a n d d e f o r m a t i o n - r e s i s t a n c ec a p a c i t yu s i n gt h ef i n i t ee l e m e n tm e t h o d 5 d e t e r m i n et h ew o r s tl o a d c a s eo fb o xg i r d e ri n n e rf o r m w o r k sm a i ng i r d e ra n d s u p p o r t i n gt r o l l y , e s t a b l i s hc o r r e s p o n d i n gf i n i t e e l e m e n tm o d e l s ，t h e nv e r i f yt h e i r s t r e n g t ha n ds t i f f n e s s t h i sp a p e re s t a b l i s h e sf i n i t ee l e m e n tm o d e lo ft h ei n t e r i o rf o r m w o r kb a s e d0 1 1 v a r i o u sw o r k i n gc o n d i t i o n s ，l o a d sa c c o r d i n gt os t a n d a r d ，a n dc h e c k sm a j o rc o m p o n e n t s i n t e n s i t y a n ds t i f f n e s so ft h ei n t e r i o rf o r m w o r k t h er e s u l t ss h o wt h a t m a j o r c o m p o n e n t s i n t e n s i t ya n ds t i f f n e s sm e e tt h er e q u i r e m e n t s ，w h i c hp r o v i d e sab a s i sf o r l a t e rm o d e lo p t i m i z a t i o n 山东人学硕十学何论文 k e y w o r d s ：b o xg i r d e rf o r m w o r k ；f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s ；h i g h s p e e dr a i l w a y ；a n s y s ； s o l i d 腑r k s i v c o n t e n t s c o n t e n t s a b s t r a c t i a b s t r a c t i l l c h a p t e r li n t r o d u c t i o n 1 1 1 b a c k g r o u n da n dm e a n i n g so f t h i ss u b j e c t 1 1 1 1n e d e v e l o p m e n to f w o r l d w i d eh i g h s p e e dr a i l w a y l 1 1 2t h ed e v e l o p m e n to fd o m e s t i ch i g hs p e e dr a i l w a y 一4 1 1 3c h a r a c t e r i s t i c so fb o xg i r d e r 6 1 2r e s e a r c ht r e n d so fb o xg i r d e rf o r m w o r k 7 1 2 1r e s e a r c ht r e n d so fb o xg i r d e rf o r m w o r ko v e r s e a s 7 1 2 2r e s e a r c ht r e n d so f b o xg i r d e rf o r m w o r ki no u rc o u n t r y 8 1 3 t h e o r yo ff i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s 9 1 3 1 p r i n c i p l eo ff i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s 一9 1 3 2p r o c e s s e so ff i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s 1o 1 4t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t so f t h i st h e s i s 11 c h a p t e r2 s t r u c t u r a la n a l y s i so fb o xg i r d e rf o r m w o r k 13 2 1 d e s i g ns t a n d a r do f b o xg i r d e rf o r m w o r k 1 4 2 2p a r t so fb o xg i r d e rf o r m w o r k 11 ； 2 2 1o u t e rf o r m w o r k 15 2 2 2 1 n n e rf o r m w o r k 17 2 3 s u m m a r y ：! ( ) c h a p t e r3m o d e l i n go fb o xg i r d e ri n n e r f o r m w o r k 21 3 1o v e r v i e wo f s o l i d w 6 r k ss o f t w a r e 2 l 3 2c h a r a c t e r i s t i c so fs o l i d w b r k ss o f t w a r ei nc o m p u t e ra i d e dd e s i g n 2 2 ：；3 m o d e l i n go fb o xg i r d e ri n n e rf o r m w o r ks y s t e m s 2 3 3 3 1 a d v a n t a g e so f3 dm o d e l i n go fb o xg i r d e ri n n e rf o r m w o r ks y s t e m s 2 3 3 3 23 dm o d e lo f b o xg i r d e ri n n e rf o r m w o r ks y s t e m s 2 3 3 4c o n v e r s i o no f 3 ds o l i dm o d e lt of i n i t ee l e m e n tm o d e l 2 8 3 5 a d v a n t a g e so f3 ds o l i dm o d e lt of i n i t ee l e m e n tm o d e lc o n v e r s i o n 一2 9 ：；6 s m n m a r y 2 9 c h a p t e r4 s t r u c t u r a lv e r i f i c a t i o no fb o xg i r d e ri n n e rf o r m w o r ku s i n gf e m 31 4 1i ：a i c u l a t i o nc o n d i t i o n s 31 4 2l o a d so nb o xg i r d e ri n n e rf o r m w o r ka c c r o d i n gt or e l a t e ds t a n d a r d s 31 4 2 1r e l a t e ds t a n d a r d s 3l 4 2 2l o a d sa n dl o a dc o m b i n a t i o n so nf o r m w o r kd e f i n e db ys t a n d a r dj g j7 4 - 2 0 0 3 3 2 4 2 3s t a n d a r dv a l u eo fc o n c r e t ep r e s s u r eo nf o r m w o r k 3 2 4 2 4 d e s i g nv a l u eo fl o a d so nb o xg i r d e ri n n e rf o r m w o r k 3 4 4 3v e r i f i c a t i o no ft h ei n n e rf o r m w o r k sl o a d c a r r y i n gc a p a c i t yu s i n gf e m 3 5 4 3 1i n t r o d u c t i o no ft h ei n n e rf o r m w o r k sl o a d - c a r r y i n gc a p a c i t yc a s ef i n i t e e l e m e n tm o d e l 3 5 4 3 2l o a d sa p p l i e di nt h ef i l l i t ee l e m e n tm o d e lo ft h ei n n e rf o r m w o r ki ni t s ij i 东大学硕十学位论文 l o a d c a r r y i n gc a p a c i t yc a s e ：；6 4 3 3c a l c u l a t e dr e s u l t so ft h ei n n e rf o r m w o r ki n i t sl o a d c a r r y i n gc a p a t i t y c a s eu s i n gf e m 3 8 4 3 4 b u c k l i n gv e r i f i c a t i o no f t h ei n n e rf o r m w o r k sb r a c er o d 3 9 4 4v e r i f i c a t i o no ft h ei l i n e rf o r m w o r k sd e f o r m a t i o n r e s i s t a n c ec a p a c i t yu s i n g 】了】：! m 4 0 4 4 1i n t r o d u c t i o na n dl o a d so f t h ef i n i t ee l e m e n tm o d e l 4 0 4 4 2 c a l c u l a t e dr e s u l t so ft h ei n n e rf o r m w o r ki ni t sd e f o r m a t i o n r e s i s t a n c e c a p a t i t yc a s eu s i n gf e m 4 l 4 5 s u m m a r y 4 ：! c h a p t e r5 f i n i t ee l e m e n ts t r u c t u r a la n a l y s i so fb o xg i r d e ri n n e rf o r m w o r k s m a i ng i r d e ra n d s u p p o r t i n gt r o l l y 4 ：； 5 1t h ew o r s tl o a d c a s eo fb o xg i r d e ri n n e rf o r m w o r k sm a i ng i r d e ra n ds u p p o r t i n g t r o l l y 4 ：； 5 2f i n i t ee l e m e n tc a l c u l a t i o no ft h eb o xg i r d e r si n n e rf o r m w o r kw h e no n l yi t s t o pi ss u b j e c t i n gt oc o n c r e t ep r e s s u r e z i ： 5 2 1l o a d sa n db o r d e rc o n d i t i o n so ft h ef i n i t ee l e m e n tm o d e l 一4 3 5 2 2i n t r o d u c t i o no f t h ef i n i t ee l e m e n tm o d e l 4 4 5 2 3c a l c u l a t e dr e s u l t so f t h ef i n i t ee l e m e n tm o d e l 4 4 5 3s t u c t u r ev e r i f i c a t i o no ft h ei n n e rf o r m w o r k sm a i ng i r d e ra n ds u p p o r t i n gt r o l l y i nt h e i rw o r s tl o a d c a s eu s i n gf e m 4 5 5 3 1l o a d sa n db o r d e rc o n d i t i o n so f t h ef i n i t ee l e m e n tm o d e l 一4 5 5 3 2i n t r o d u c t i o no f t h ef i n i t ee l e m e n tm o d e l 4 6 5 3 3c a l c u l a t e dr e s u l t so f t h ef i n i t ee l e m e n tm o d e l 4 6 5 4 s u m m a r y 4 9 c o n e l u s i o n sa n de x p e c t a t i o n s 5l r e f e r e n c e s 5 3 a c a d e m i cp a p e r sd u r i n gg r a d u a t e 5 7 a c k n o w l e d g m e n t s ! ；9 r e s u m e 6 1 l l 第l 章绪论 第1 章绪论 随着高速铁路的快速发展，以及铁道部对行车安全的要求越来越高，对建筑 工程项目的质量要求也越来越高。箱梁模板台车作为箱梁预制时浇注用的一种大 型非标机械设备，在铁路、公路及水利水电工程施工中被广泛使用，模板台车的 设计强度及精度就直接影响到箱梁的质量要求。 1 1 课题背景和意义 高速铁路是指通过改造原有线路( 直线化、轨距标准化) ，使营运速率达到 每小时2 0 0 公里以上，或者专门修建新的“高速新线 ，使营运速率达到每小时 2 5 0 公里以上的铁路系统1 2 1 。无论是高速公路或机场都面对挤塞的问题，高速 铁路就没有这种问题而且载客量非常高。倘若旅程非以大城市中心为出发及 目的地，使用高速铁路加上转乘的时间可能只跟驾驶汽车相若。但高速铁路 毋须自行驾车会较为舒适。另一方面，虽然高速铁路的速度比不上飞机，但 在距离稍短的旅程( 6 5 0 公里以下) ，高速铁路因为无需到一般是颇为遥远的 机场登机，因而仍会较为省时，而且高速铁路的班次可以较为频密，总载客 量亦远高于民航。 1 1 1 世界高速铁路的发展历程 世界高速铁路的发展主要经历过3 个阶段： 第一阶段：1 9 6 4 年1 9 9 0 年 1 9 5 9 年4 月5 日，世界上第一条真正意义上的高速铁路东海道新干线在日本 破土动工，经过5 年建设，于19 6 4 年3 月全线完成铺轨，同年7 月竣工，1 9 6 4 年 1 0 月1 日正式通车i 引。东海道新干线从东京起始，途经名古屋，京都等地终至大 阪，全长5 1 5 4 公里，运营速度高达2 1 0 公里d , 时，它的建成通车标志着世界高 速铁路新纪元的到来。随后法国、意大利、德国纷纷修建高速铁路。1 9 7 2 年继东 海道新干线之后，同本又修建了山阳、东北和上越新干线h 】；法国修建了东南t g v 山东大学硕十学侍论文 线、大西洋t g v 线f 5 】；意大利修建了罗马至佛罗伦萨。以同本为首的第一代高速 铁路的建成，大力推动了沿线地区经济的均衡发展，促进了房地产、工业机械、 钢铁等相关产业的发展，降低了交通运输对环境的影响程度，铁路市场份额大幅 度回升，企业经济效益明显好转m j 。 第二阶段：1 9 9 0 年至9 0 年代中期 法国、德国、意大利、西班牙、比利时、荷兰、瑞典、英国等欧洲大部分国 家，大规模修建本国或跨国界高速铁路，逐步形成了欧洲高速铁路网络。这次高 速铁路的建设高潮，不仅仅是铁路提高内部企业效益的需要，更多的是国家能源、 环境、交通政策的需要| 7 j 。 第三阶段：从9 0 年代中期至今 在亚洲( 韩国、中国台湾、中国) 、北美洲( 美国) 、澳洲( 澳大利亚) 世界 范围内掀起了建设高速铁路的热潮。主要体现在：一是修建高速铁路得到了各国 政府的大力支持，一般都有了全国性的整体修建规划，并按照规划逐步实施18 】；二 是修建高速铁路的企业经济效益和社会效益，得到了更广层面的共识，特别是修 建高速铁路能够节约能源、减少土地使用面积、减少环境污染、交通安全等方面 的社会效益显著，以及能够促进沿线地区经济发展、加快产业结构的调整等等i9 1 。 适合高速铁路的生存环境其实只有两条基本原则：第一是人口稠密和城市密 集，而且生活水准较高，能够承受高速轮轨比较昂贵的票价和多点停靠；第二 是较高的社会经济和科技基础，能够保证高速轮轨的施工、运行与维修需要。就 这两点而言，以巴黎和柏林为核心的欧洲大陆和日本密集的城市带是最适合不过 的【】。因此世界最先进的高速轮轨技术诞生在德、法、日这3 个国家就非常合乎 逻辑1 1 2 j 。 日本的高速铁路“新干线”诞生于1 9 6 4 年。当时的东京至新大阪“东海道”新干 线仅用8 年时间就收回全部投资1 3 】。近4 0 年来，新干线技术不断进步，已经构成 了日本国内铁路网的主干部分。虽然新干线的速度优势不久之后就被法国的t g v 超过，但是日本新干线拥有目前最为成熟的高速铁路商业运行经验，近4 0 年没有 出过任何事故。而且新干线修建之后对于日本经济的拉动也是引起世界高速铁路 建设狂潮原因之一。 2 第1 章绪论 t g v 可能是目前唯一没有任何盈利色彩而享誉世界的法国产品。所谓t g v 是 t r a i nag r a n d ev i t e s s e ( 法语“高速铁路”) 的简称。第一条t g v 是1 9 8 1 年的开通 的巴黎至里昂线。此后不过几个月，t g v 就打败法国航空拥有了这条线路的最大 客源。1 9 7 2 年的试验运行中，t g v 创造了当时的3 1 8 公里的高速轮轨时速。从此 t g v 一直牢牢占据高速轮轨的速度桂冠，目前的纪录是2 0 0 7 年创下的5 7 8 4 公里 d , 时。另外法国境内的加来至马赛t g v 的平均时速超过3 0 0 公里，表现也非 常稳定1 ”】。法国t g v 的最大优势在于传统轮轨领域的技术领先。1 9 9 6 年，欧盟各 国的国有铁路公司经联合协商后确定采用法国技术作为全欧高速火车的技术标准 【1 6 】。因此t g v 技术被出口至韩国、西班牙和澳大利亚等国，是被运用最广泛的高 德国的i c e 则是目前高速铁路中起步最晚的项目。i c e ( i n t e r c i t y e x p r e s s 的简 称) 的研究开始于1 9 7 9 年，其内部制造原理和制式与法国t g v 有很大相似之处， 目前的最高时速是1 9 8 8 年创下的4 0 9 公里【1 7 】。因此现在德国与法国政府正在设计 进行铁路对接，用各自的技术完成欧洲大陆上最大的两个国家铁路网的贯通f l 8 1 。 i c e 起步较晚和进展比较落后的一个重要原因是德国人在高速轮轨和磁悬浮的两 线作战。由于磁悬浮在设计理念上的先天优势( 没有固态摩擦) ，德国的常导高速 磁悬浮一直是其铁路方面科研的重点【l9 1 。磁悬浮的设计理念与传统意义上的轮轨 完全不同，因此当法国的t g v 顺利投入运行，而且速度不亚于当时的磁悬浮时， 德国人才开始在高速轮轨方面奋起直追，但是至今仍与法国t g v 技术有不小的差 距【2 0 1 。 在认识建造高速铁路的优势后，美国奋起直追，不仅保留了原计划拆除的东 北走廊电气化设施，而且在引进t g v 技术的基础上，研制了具有美国特色的高速 列车a c e l a l 2 ，该列车连接了波士顿、纽约、费城、华盛顿，是美国唯一一条高速 铁路。 1 9 7 1 年最早的t r l 型磁悬浮面世之后，至今已经有八个型号。上海磁悬浮采 用的就是最新的t r 8 型【2 2 】。日本磁悬浮研究成功是在新干线正式运行1 0 年之后的 1 9 7 2 年，而且研究方向是与德国完全不同的超导方式。目前日本磁悬浮已经在试 验中得到5 5 2 公里，j 、时的最高速度。 高速轮轨和磁悬浮虽然在设计方法上有天壤之别，却还有一点是共通的，那 山东人学硕十学位论文 就是关注于改变列车和轨道的接触状况以提高速度。到目前为止，磁悬浮能够达 到的设计运行最高时速为4 5 0 公里( 德国) 1 2 3 】，试验最高时速5 5 2 公里( f 1 本) 1 2 4 j 。 与目前最高时速的高速轮轨t g v 相比，磁悬浮的纯速度领先还并不明显，但它有 明显的速度潜力和能耗比、噪音等。与此大相径庭的是近年在兴起的，关注于改 进机车牵引系统的摆式列车，很有可能是此后地面交通工具提高速度的另一个有 益尝试。德国、意大利和瑞典是最早进行摆式列车试验的国家，1 9 9 7 年以来摆式 列车因为价格便宜和制造工艺相对简单 2 5 1 ，尤其是能够充分利用现有线路，不必 铺设全新的铁路网络的优势，而逐渐能够在高速列车的竞争上与高速轮轨和磁悬 浮分庭抗礼。从国际趋势来看，摆式列车很有可能是一种在大规模成熟铁路网基 础上完成提速，而且性价比较高的高速铁路技术。 1 1 2中国高速铁路的发展历程 中国是世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程 最长、运营速度最高、在建规模最大的国家。在运行速度上，目前最高时速可达 3 5 0 公里，正在建设的京沪高速铁路最高时速将达n 3 8 0 公里，堪称陆地飞行；在 运输能力上，一个长编组的列车可以运送1 0 0 0 多人，每隔3 分钟就可以开出一趟列 车，运力强大；在适应自然环境上，高速列车可以全天候运行，基本不受雨雪雾 的影响；在列车开行上，采取“公交化的模式，旅客可以随到随走；在节能环 保上，高速铁路是绿色交通工具，非常适应节能减排的要求【2 引。 中国对高速铁路的研究实际始于1 9 9 0 年代初，较世界上发达国家晚了2 0 至3 0 年，当时京沪高速铁路正处于构思阶段。1 9 9 0 年铁道部完成了京沪高速铁路线 路方案构想报告并提交全国人大会议讨论，这是中国首次正式提出兴建高速铁 路。在第八个五年计划期间，也开始着手进行高速铁路的前期研究，但实质性的 进展不大【2 。 1 9 9 8 年5 月，广深铁路电气化提速改造完成，设计最高时速为2 0 0 公里，为了 研究通过摆式列车在中国铁路既有线实现提速至高速铁路的可行性，同年8 月广深 铁路率先使用由瑞典租赁的x 2 0 0 0 摆式高速动车组。由于全线采用了众多达至l j 9 0 年代国际先进水平的技术和设备，因此当时广深铁路被视为中国由既有线改造踏 4 第1 章绪论 入高速铁路的开端1 2 剐。1 9 9 8 年6 月，韶山8 型电力机车于京广铁路的区段试验中达 到了时速2 4 0 公罩的速度，创下了当时的“中国铁路第一速”，堪称中国第一种高 速铁路机车1 2 9 】。 中国第一条真正意义上的高速铁路，是在2 0 0 2 年建成运营的秦沈客运专线， 全线设计时速达到2 0 0 2 5 0 公里，同年“中华之星”电力动车组在秦沈客运专线 创造了当时“中国铁路第一速”的3 2 1 5 k m h ，轰动一时。而现在秦沈客运专线已 经成为合并成京哈线的区间段3 们。 2 0 0 4 年1 月，国务院批准中国第一个中长期铁路网规划1 3 1 】，正式宣布规划 建设里程超过1 2 万公里的客运专线，客车速度目标值达到每小时2 0 0 公里及以上， 以及三个地区的城际客运系统( 环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区) 。 自规划实施后，大批高速铁路相继上马开工建设，包括温福铁路、合宁铁路、武 广客运专线、京津城际铁路等。 在2 0 0 7 年实行的中国铁路第六次大提速，中国首次在各主要提速干线( 如京 哈线、京广线、京沪线、京九线、陇海线、胶济线等) 大规模开行时速高达2 0 0 - 2 5 0 公里的中国铁路高速( c r h ) 动车组列车，达到了目前世界上既有线提速改造 的先进水平1 3 2 】。2 0 0 8 年8 月，中国首条设计时速达3 5 0 公里的高速铁路京津城 际铁路通车运营【3 3 】。2 0 0 7 年起铁道部开始对中长期铁路网规划调整方案进行 研究，并于2 0 0 8 年1 1 月正式发布中长期铁路网规划( 2 0 0 8 年调整) 。新方案将 客运专线规划目标由1 2 万公里调整为1 6 万公里，并将城际客运系统由环渤海城市 群、长江三角洲城市群、珠江三角洲城市群扩展到长株潭城市群、成渝城市群、 中原城市群、武汉城市圈、关中城镇群、海峡西岸城镇群等经济发达和人口稠密 地区【3 4 】。 2 0 0 9 年，全国铁路投产新线5 5 5 7 公里，其中客运专线2 3 1 9 公里。一批重点项 目建成投产，宁波台州温州、温州福州、福州厦门等客运专线相继建成 通车，特别是世界上里程最长、时速3 5 0 公里、全长1 0 6 8 6 公里的武广高速铁路开 通运营，成为中国高铁的又一里程碑 3 3 】。 2 0 1 0 年1 月2 8 日，郑西客运专线通车，设计时速3 5 0 k m h ，正线长4 5 7 公里，概 算投资5 0 1 亿。4 月2 6 日，福厦铁路通车，设计时速2 5 0 k r n h ，预留3 0 0 k m h ，全长 s 山东大学硕十学位论文 2 7 3 公里，总投资1 4 4 2 亿。5 月1 日，成灌高铁通车，设计时速2 0 0k m h ，线长6 6 公 里，估算总投资为6 9 8 7 亿。7 月1 日，沪宁城际铁路通车，设计时速3 5 0k m h ，正 线全长3 0 0 公罩，投资估算总额3 9 4 5 亿。9 月2 0 日，昌九城际铁路通车，设计时速 2 5 0k m h ，全长1 3 l 公里，投资总额约6 5 亿。1 0 月2 6 同，沪杭城际高速铁路通车， 设计时速3 5 0 k m h ，正线全长1 6 0 公里，投资4 4 0 亿。1 2 月3 0 日，长吉城际铁路开通， 设计时速2 5 0 公里，全长1 0 8 公里，总投资9 6 亿。1 2 月3 0 日，海南东环铁路通车， 设计时速2 5 0k m h ，全长3 0 8 公里，投资约2 0 0 亿1 3 6 1 。 截止n 2 0 l o 年年底，中国高速铁路运营里程已达8 3 5 8 公里，2 0 1 1 年中国还将 有近5 0 0 0 公里高铁投产，其中桥梁比重近5 0 t 3 7 1 。桥梁比重最高的广珠城际铁路 达到9 0 以上，全长1 3 1 8 公里的京沪高速铁路桥梁总长达1 0 6 0 公里，桥梁比重为 8 0 1 3 引，其中昆山特大桥1 6 4 8 公罩为我国客运专线中桥梁长度之最3 9 1 。正是由于 箱梁具有良好的性能，所以在我国的高速铁路的建设中，箱梁在高速铁路桥梁中 的应用比例很大。 1 1 3 箱梁的结构特点 ， 箱梁指横截面形式为箱型的梁，箱梁的梁内腔特点是中间位置内腔特别大， 两端出口小，呈现一种瓶颈形状，内腔是标准段，两端是变截段，出现三面变化， 当桥梁跨度较大时，箱形梁是最好的结构形式，它的闭合薄壁截面抗扭刚度很大， 对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁犹为有利【4 0 1 。顶底板都具有大的面积，能有效地 抵抗j 下负弯矩并满足配筋需要，具有良好的动力特性和小的收缩变形值【4 。 由于箱梁薄壁和变截面的特性，底板受力钢筋和腹板预应力钢绞线束的定位， 内模的支立拆除及小截面混凝土入仓、捣固等空间有限，在预制过程中极易出现 漏浆、空洞、冷缝、云状波纹等表面质量缺陷和钢筋束位移，保护层不足等内在 质量隐患，针对上面的质量问题，施工过程应从模板、混凝土聚合物及施工工艺 方面控制1 4 2 1 。 箱梁模板台车作为制梁的专用非标设备，对于控制箱梁的表面质量起很大的 作用，一台好的钢模板可以保证制梁过程中不漏浆，不塌陷、表面光滑、无空洞 现象f 4 3 1 。虽然现在生产模板的企业比较多，但对模板的结构优化设计和受力分析 6 第1 章绪论 的却很少且很粗略，箱梁模板主要存在以下问题： ( 1 ) 一套桥梁模板的重量都比较重，属于大吨位焊接钢构件，一般都在2 0 0 吨 左右，而且换梁场再利用的可能性比较小，因此对原材料造成极大的浪费】。 ( 2 ) 箱梁模板的表面质量要求特别高，在结构上必须合理分段，减少拼接缝1 4 5 1 。 ( 3 ) 模板使用过程中劳动强度大，安装比较麻烦m6 | ，需设计简单实用轻便的模 板。 ( 4 ) 模板制梁过程中必须具备很高的安全性，如果强度、刚度设计不够，容易 产生坍塌现象1 4 7 j 。 不同时速的箱梁断面尺寸变化从而使钢模板的设计发生变化，尤其对于变截面 处，对于不同尺寸箱梁模板的设计，往往采用比较法和经验设计，尤其在钢模板 的强度和钢度上，这样往往会造成强度不够1 4 8 】，或者原材料的增加，从而减少了 生产利润，有时还会影响箱梁的尺寸和表面质量，因此必须用科学的现代设计方 法对钢模板进行结构优化设计，保证其强度和钢度，提高钢模板的工作性能。 1 2 箱梁模板国内外研究动态 模板工程是随着混凝土工程同时发展起来的，已有了相当长的历史。现代建筑 中钢筋混凝土结构比重相当大，高层建筑的现浇混凝土结构占8 0 9 6 以上1 4 9 1 。这些工 程中，模板工程费用大约占结构工程费用的2 0 3 0 ，模板及支撑系统的好坏，不 仅直接影响工程成本，而且还影响到工程的质量和工程的工期。因此它已经成为 建筑技术进步的一个重要内容。 最初的模板是采用木散板，按结构形状拼装成混凝土的成型模型。2 0 世纪初， 开始出现了装配式定型木模板，施工时可按结构形状在现场拼装，拆模后可周转 使用l 删。5 0 年代后半期，又出现了大型模板，可采用机械吊装。6 0 年代初，组合式 定型模板在工程中开始应用，由于其具有装拆灵活、通用性强、周转次数多、应用 范围广等特点，所以已发展成为当前主要的模板型式i5 1 】。 1 2 1国外箱梁模板研究动态 7 0 年代以来，欧美、日本国家的模板规格已形成了各具特色的模板体系。如适 7 山东大学硕十学位论文 用于各种浇灌混凝土墙体的大模板体系1 5 2 j ；适用于各种混凝土结构的组合式模板 体系| 5 3 】；适用于浇灌混凝土楼板、平台的台模体系| 54 j ；适用于同时浇灌混凝土墙 体与楼板的隧道模板体系【5 习；适用于筒体结构和高层建筑的滑动模板、爬升模板 及提升模板体系以及适用于坝堤施工的悬臂模板体系纠5 6 j 。 在当前模板工程中，大模板体系和组合式模板体系的应用范围最广，使用量 最多。最早的模板是使用木材制作的，1 9 3 8 年美国最先使用钢模板，并且很快传 入其他国家【57 1 。日本在二次大战后从美国引进钢模板，到1 9 5 7 年后钢模板大量推 广和，至今日本组合式钢模板的拥有量仍达到1 0 0 0 多万平米1 58 1 。6 0 年代初，美国 又研制成了铝合金模板，7 0 年代，美国国际房屋有限公司生产了一套用铝合金铸 造成型的c o n t e c h 铸铝合金模板体系i5 9 j ，这种模板具有重量轻、限度好、使用寿命 长、能多次周转使用，模板精度高、表面可带装饰图案等优点，所以在中东、东 南亚、美洲、非洲等5 0 多个国家和地区得到应用。6 0 年代中期，同本开始使用a b s 树脂制作塑料模板i ( ) o 】。除此之外，还有采用玻璃钢、耐水纸、纺织品等材料制成 的模板。 1 2 2国内箱梁模板研究动态 我国一直n 2 0 世纪7 0 年代中期，模板还是以木模为主，而且采用在施工现场 现拼、现支、现拆的施工方法，这种施工方法，不仅现场需要量大，而且木材的 用量也特别大，每万平米的建筑消耗约上千立方米f 6 。 7 0 年代末，在“