煤矿主井井架承载能力验算

"主井井架承载能力验算于建兵;贾勇;朱旦育【摘要】以安徽省一煤矿主井为例，主井原打算每年提升煤为300万t,现为了增加年提升量，年提升量改为350万t.对其采用有限元软件ANSYS分析了井架的主腿1、主腿2、牛腿1、牛腿2等的主要构件在新荷载作用下的最大应力情况.可以看出工况4情况下结构应力增加最大，并对在工况4情况下的地基进行验算.最后经过验算，井架结构基本可以满足改造后的提升要求.通过对该井架的分析可以给以后相类似井架的分析提供参考.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷)，期】2011(000)003【总页数】3页(P134-136)【关键词】井架;荷载;应力；ANSYS;工况【作者】于建兵;贾勇;朱旦育【作者单位】中国矿业大学，建筑工程学院，江苏，徐州,221008;中国矿业大学，建筑工程学院，江苏，徐州,221008;中国矿业大学，建筑工程学院，江苏，徐州,221008【正文语种】中文【中图分类】TU272;TU328该矿2004年11月8日正式建成投产，矿井设计能力年产原煤300万t，按照要求，该煤矿将进一步提高到年产350万t。主井提升及地面原煤运输能力不能满足实际生产需求，需要对主井提升及地面运输系统进行扩能改造。根据《该煤矿主井系统（含地面生产系统）改造可行性方案》，提升机卷筒保持现状，单勾装载量由16t提高到20t，提升主钢丝绳单根最小钢丝破断拉力总和由945.131kN提高到1001.627kN，超过了该煤矿主井井架设计的钢丝绳破断力。该煤矿主井井架结构设计型式为钢井架L-A型;第一层天轮平台（高程40.900m），第二层天轮平台高程46.300m，井架总高52.950m。井架结构为空间框架体系，主副斜腿、框架梁均采用箱形梁，部分为焊接工字形梁。井架所用钢材为Q235钢。基础采用C25混凝土，整体现浇基础。井架基础置于第三层粉土上，地基承载力标准值fk=220kPa。天轮直径为3.50m，单根钢丝绳破断力818.0kN。井架现状见图1。井架分析计算采用国际通用大型有限元软件ANSYS进行。按正常工作提升荷载和断绳荷载两种情况进行计算，共进行了6种工况组合。工况1至工况4的计算荷载采用提升系统改造后的新荷载，为了与改造前的情况做进一步对比，还进行了原设计破断力荷载下的工况5和工况6的计算。按照《矿山井架设计规范》（GB50385—2006），多绳摩擦式提升井架进行破断力验算时，一组钢丝绳取钢丝绳破断力设计值，另一组则取其0.33倍。其工况组合则分别按以下情况考虑：①正常提升时，上绳重载，下绳空载;②正常提升时，上绳空载，下绳重载;③上绳破断力，下绳0.33倍破断力;④下绳破断力，上绳0.33倍破断力;⑤上绳原设计破断力;⑥下绳0.33倍原设计破断力。计算所用荷载见表1。计算模型取三维空间框架结构，按梁单元进行计算杆件或组合杆件的连接处均作为节点，两节点间作为一个单元。根据井架的受力特点，对主要结构杆件划分单元进行计算。共计3090个节点，1550个单元，截面和材料特性根据井架施工图定义。模型单元图如图2。1）荷载组合I。钢丝绳破断时，井架计算荷载为：一根为破断力+另一根为0.33倍的破断力+1.2x自重。2）荷载组合H。正常提升时，井架计算荷载为：一个箕斗为重载+另一个箕斗为空载+1.2x自重+风荷载。根据ANSYS的计算，得出6种工况下各单元内力。其中主要构件的最大应力如表2。为便于分析结果，井架各构件名称见图3。通过表2可以看出工况4应力增加最大，所以在工况4情况下对井架基础进行验算，工况4情况下底部产生反力可以通过ANSYS计算出来，各向支座反力见表3。主腿基础底面积51m2，基底与地基摩擦系数取0.5，工况4地基竖向反力为6337.7/51=124.27kPa<220.00kPa,所以地基承载力满足要求，地基最大水平反力为1775.0<6337.7x0.5,所以地基抗滑满足要求。1） 在下天轮钢丝绳全部破断（工况4）下，下天轮梁应力比原设计应力增加较大。2） 主腿1,主腿2与主腿横梁连接节点及与天轮梁连接节点，应力增加幅度较大，应力水平较高。4） 主腿基础断绳荷载下承受最大竖向荷载满足地基承载力要求，最大水平荷载满足地基抗滑要求。5） 井架提升改造后，结构整体基本能满足要求，考虑到结构损伤及材料强度疲劳，应进行局部增大截面改造，将应力水平恢复至原设计应力水平。【相关文献】[1]中华人民共和国建设部.GB50385—2006矿山井架设计规范[S].北京：中国计划出版社，2006.[2]中华人民共和国建设部.GB50017—2003钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社.2003.[3]陆赐麟.目前钢结构工程实践中的不合理现象与思考[J].建筑结构，2009（4）:67-69.[4]吴世全.大型双变断面箱体钢结构一井架的制作技术[J].煤矿现代化，2005,1（7）:56-59.[5]张爱林，王惠德，田汝珉，等.服役井架结构的双重非线性分析[J].石油学报，1996,17(2):106-111.[6]KITIPORNCHAIS,CHANSL.Nonlinearfiniteelementanalysisofangleandteebeamcolumns[J].J.Struct.Engin.ASCE,1987,113(4):721-739.[7]ALBERMANIFGA,KITIPORNCHAIS.Nolinearanalysisofthinwalledstructuresusingleastelement/member[J].J.Struct.Engin.ASCE,1990,116(1):215-234.[8]周国强，刘金梅.在用井架计算机模拟试验[J].石油机械，2001,29(1):8-10.[9]齐明侠，田佳禾.K型模型井架应变位移测试及计算分析[J].石油机械，1998,2