箱涵顶进分配力设备的研制

箱涵顶进分配力设备的研制通号(郑州)电气化局有限公司新起点QC小组 3 6 6 7 33 33 34 34 36 38 40 42 45 45 49 49 CRSC-ZZDQHJ-QC-WZ01CRSC-ZZDQHJ-QC-TD01123456789图4组员分工结构饼状图工艺、加工精度等等原因，造成在施工的过程中，分配梁经常出现变形、脱焊、例2880%单个分配梁平min一组传力分配力系统吊运min一组传力分配力系统耗204074028要点施工时延误时间，要点之后的整修更是费时费力。否否测量或纠偏合格是箱身就位道砟回填，更换轨枕纵移便梁便梁拆除恢复线路安装顶进设备、分配力设备试顶顶进增加顶柱、分配梁准备工作制作便梁支座架设施工便梁拉槽出土记录观测数据挖运土装置观测设施测量中线水平记录数据分配力设备使用工况分析统计分配力设备使用工况分析统计分配力设备统计数据单次顶推施工统计数据更换周期一顶一换施工校正时间40min使用寿命每个工期报损率80%施工校正成本（主要为人工费）500元平均单体维修时间70min施工最大承载压力500t平均单体维修成本施工消耗人工每组顶推平均10人制表人：宗辉制表日期：2018.3.16分配力设备结构分析统计设备参数标准GB2585-2007铁路用热轧钢轨材质Q235B,55Q50Mn,U71Mn断后伸长率A/%U75v含碳量0.71%——0.8%铝热焊接，无缝钢轨抗压强度≤8N/mm2千斤顶压力500t10N/mm2制表人：王洪刚制表日期：2018.3.18造成的施工影响需求量化变形、损坏、崩镐变形崩镐现象在每次施工、每个设备中频频遇到。变形、损坏、崩镐率为100%变形、崩镐率降低至20%延长工期崩镐后需重新用吊机摆放分配力设备、分配力设备、顶推力设备，延误进度工期。每个项目此工序平均误工时间35天每个项目顶推施工工序平均误工时间0天消耗人工工作量重复出现，目标难以完成。平均每个项目有12人出现返工，每人返工2次平均每个项目有2人出现返工，每人返工1次污染环境需覆土压实才能施工，产生扬尘，污染环境。每个工地装有扬尘监测系统，每工地每天AQI超过280；PM10浓度超过500μg/m3无需覆土碾压，将以往的重度污染降低至轻度污染。AQI≤150增加成本返工率不断消耗人、材、机增加支出；延误工期，无形中增加成本。平均每个工地：分配梁损坏维修成本5000元；工人返工成本8000元；机械返工成本6500元；延误工期5000元；合计24500元。平均每个工地：分配梁损坏维修成本降至1000元；工人返工成本降至2000元，机械返工成本1500元；延误工期0元制表人：刘子明制表日期：2018.3.202.万方数据网关于“箱涵顶进施工分配梁”为关键词的专利器捷6.功能方面：完全将受到的顶推力传达给受力对数值变形崩镐破坏频次/施工4050D/a=45W=8.94×103W=1.27×103构W=15.19×103W=4.43×106大,抵抗弯曲的能力就越小，在同样截面钢管抗压稳定性和抗蜂窝式航天器蜂窝结构增加其承载力，减轻其整体结构重量50%，降低变形率80%。蜂窝结构在顶推施工中，分配力设备变形崩空心圆柱体结构，减轻其整体结构重量，增加自身抗变形能力，提高承载力30%。分配力设备变形崩镐率降低为B3=1-构A=变形崩镐次数C=创新前变形崩镐次数B=降低变形崩镐率通过技术借鉴，分配梁一次施工中变形崩镐次数降低至A=C×B1×B2×B3×B4=35×30%×20%×75%×10%=0.1间隙。采用位移控制，加载速率机采集，位移和应变数据由个分配梁设备主体加载至屈曲后长度mm外径mm厚度mm材料受压性能屈曲形态极限载荷P/kN初始弹性模量E/MPa条件屈服极限硬化指数n5003772548123243566.7相关屈曲7433.810003772549921233236.8整体弯曲7387.920003772545558213976.7整体弯曲7243.840003772543259173326.7整体弯曲7019.545003772547971713636.8整体弯曲6988.1长度mm外径mm厚度mm材料受压性能屈曲形态极限载荷P/kN初始弹性模量E/MPa条件屈服极限硬化指5003772558522342527.1相关屈曲9236.710003772557921232577.0相关屈曲9025.320003772559558112457.1相关屈曲8926.840003772560255072567.1整体弯曲8384.645003772559971012467.1整体弯曲8384.6该试验采用微机控制电液伺服卧实验序号分配力设备主体t每分配力主体长度m2个分配梁主体3个分配梁主体4个分配梁主体偏角弧度°横向分力t偏角弧度°横向偏角弧度°横向2000.50000004000.50000005000.5000000200100000040010000005001000000200200000.024.274002000.023.490.075.5150020.013.080.054.710.013.0820040.054.950.0810.270.1111.7140040.0910.130.1813.550.2119.5550040.1515.770.2320.510.2727.552004.50.2219.650.2929.510.5347.824004.50.3730.190.5144.770,6853.255004.50.5341.510.7256.710.8268.89实验序号分配力设备主体t每分配力主体长度m2个分配梁主体3个分配梁主体4个分配梁主体偏角弧度°横向分力t偏角弧度°横向分力t偏角弧度°横向分力t2000.50000004000.50000005000.50000002001000000400100000050010000002002000000400200000050020000002004000000400400000050040000002004.50000004004.50000005004.5000000备后最大限度的将所受力集中在轴心，可最大限度的发挥分配梁模块一模块一模块二模块三根据功能实现确定各个模块的组成方案一方案二方案三根据目标需求及实现目标的各种方案各结构设计及材料的选择、制作其他形式分配力设备其他形式分配力设备稳定性强的棱台式分配力设备钢绞线卷扬机拉力设备增加滑动支点减少分配梁压力降低自重蜂窝式混凝土传力设备千斤顶直接用作于受理对象整体钢混式分配力设备钢筋混凝土分配梁整体无需拼装不设置连接器承载力大稳定性强现场拆装式分配力设备短小便携分配力设备相互间设置连接器根据拼接设备现场连接高精度分配力设备分配梁主体传力精确相互连接便捷精确承载力大自重小设置分配力自稳设备箱涵顶进施工中分配梁的研制方案短小便携分配力设备短小便携分配力设备相互间设置连接器根据拼接设备现场连接钢筋混凝土分配梁整体无需拼装不设置连接器承载力大稳定性强分配梁主体传力精确相互连接便捷精确承载力大自重小设置分配力自稳设备现场拆装式分配力设备整体钢混式分配力设备高精度分配力设备新型箱涵顶进施工分配梁方案现场拆装式分配力设备整体钢混式分配力设备高精度分配力设备分析CCCCCC实验方法1.进行分配力设备轴心受压稳定性实验。2.理论分析，分配力设备轴心受压稳定性能进行分析。3.对设备实体建模与网格划分，采用ABAQUS/Standard分析模块，作为建模基础。对创新前后的设备进行轴压性能仿真实验。4.将分配力设备轴心受压稳定性实验与仿真模型进行比对。5.得出结论。实验过程轴心受压稳定实验现场拆装式分配力设备整体钢混式分配力设备高精度分配力设备格量备000000000000000000000000000000000000000000000000结论三种方案都不同程度的降低了崩镐率，但方案一、方案二也存在横向分力，无法完全避免崩镐现象。理论分析1.本模型的选择：本文选用Ramberg-Osgood所提出的钢材应力应变关系的模型。应力应变关系表达式为式中：σ0.2为材料应变为0.2%时所对应的应力。在应变较大时关系为：σu的取值依据钢材牌号确定。2.根据分析进行实体建模。仿真实验可行性1.实体建模与网格划分：仿真采用ABAQUS/Standard分析模块作为建模基础。模型中分配梁对结构进行模拟，柱体与拼接设备均采用实体建模的方式建立，并在装配板块中将建立的各部件装配。模型中试件的拼接设备与柱体在网格划分时将其设为六面体单元。网格划分如图：2.界面接触及边界条件：仿真的研究对象为分配梁轴向受压，模型边界条件与加载方向见图。在试件下拼接设备施加固端约束。在试件上拼接设备也施加约束，约束其上部X、Y两个方向的线位移及三个方向的转动位移，同时在Z方向施加线位移进行加载。在受力全过程模拟分析中，加载通过位移控制，在分配梁上拼接设备沿Z负方向施加50mm位移。3.有限元模型验证：为验证有限元模型的合理性，采用实验方式对分配梁轴向受压进行实验。各试件的荷载变形曲线如图所示。6004006004002000——仿真值——实验值0000.020.040.060.08结论模拟荷载变形曲线与实验结果拟合较好，两者最大误差为3.64%，在合理范围内。因此可以利用限元模型对分配梁轴心受压力学性能进行系统的参数分析。仿真实验仿真结果显示，分配梁中部有明显的环状鼓曲，与实验在高压受力下，混凝土发出劈啪声。由仿真与实验可见，试在轴向高压受力下，高精度稳定形分配力设备的应力所得吻合，分配梁在轴向受压情况下受力集中在中部的边棱附近。件中部的应力水平较高，端部较低；峰值时，钢筋混凝土大部分区域应力水平偏高。分布均匀，整体性强，整体应力水平低。有效性模拟实验可被汽车调运，可在后背墙与箱涵间作为受力与分配力对象可被汽车调运，可在后背墙与箱涵间作为受力与分配力对象可被汽车调运，可在后背墙与箱涵间作为受力与分配力对象可实施性实验t0000000000可靠性模拟实验中部的边棱附近应力较大混凝土分配力设备大部分区域应力水平偏高应力分布均匀，整体应力水平低经济性单价为：800元/组。满足经单价为：350元/组。满足经济单价为：1200元/组。满足经济要求。性1是1否1是2是2否2是3否3是3是4是4否4是安全性1.作业设备进行性能和安全检查，符合有关安全规2.采用管棚超前支护和水安全性符合要求。1.作业设备进行性能和安全2.采用管棚超前支护和水平旋喷桩超前支护方法，控制安全性符合要求。1.作业设备进行性能和安全检查，符合有关安全规2.采用管棚超前支护和水平旋喷桩超前支护方法，控制路基变形在安全范围安全性符合要求。技术指标满足要求，边棱部时间超出4h技术难度较高。技术指标满足要求，容易发生时间不易控制超出4h，技术难技术指标满足要求，ε3.491e，施工时间可以控制在4h内，需对分配力设备进行研究设计，技术难度较制表人：王洪刚制表时间：2018.5.10序号性性12足足3√无缝钢管无缝钢管钢筋混凝土管钢板钢筋混凝土板钢构件钢筋混凝土构件统一规格多规格组装分配梁主体拼接件稳定结构构件匹配方式高精度分配力设备征1234567破坏程度00--性能指标值性能指标值验>2度<5000性能指标度性能指标度度度1.需要高密度模板浇筑，使之成为杂征破坏程度00--性能指标性能指标值值比选结果功能性稳定性力分配梁主体分配梁主体拼接件稳定结构构件匹配方式无缝钢管钢板钢构件统一规格装置检验组装实验高精度分配力设备对策实施序号对策措施负责人地点对策实施一分配梁主体参数计工制造分配梁主体尺寸100%符合设计要求。（45热轧无缝钢管长度允许误差±0.5mm；正圆率允许差±0.5）1.分配梁主体参数设计张新加工车间6.21-7.82.设计分配梁主体尺寸3.绘制分配梁主体零件图纸4.按图纸加工制作分配梁主体对策实施二拼接件参数计工制造拼接件尺寸100%符合设计要求。（钢板长度允许误差±0.5mm；宽度允许误差±0.5mm；厚度允许误差±0.5mm）1.拼接件参数设计陈伯廉加工车间7.9-7.302.设计拼接件尺寸3.绘制拼接件零件图纸4.按图纸加工制作拼接件对策实施三稳定结构参数加工制造稳定结构尺寸100%符合设计要求。（加强筋长度允许误差±0.5mm；宽度允许误差±0.5mm）1.稳定结构参数设计刘子明加工车间7.31-8.202.设计稳定结构尺寸3.绘制稳定结构零件图纸4.按图纸加工制作稳定结构对策实施四统一规格设计组装分配梁整体长度、宽度、高度、直径100%符合设计要求。（长度允许误差±0.5mm）1.按设计要求绘制分配梁图纸王新国加工车间8.21-9.152.按图纸对分配梁进行装配3.按设计要求绘制分配梁顶推施工工程图对策实施五组装实验及调试根据活动目标设定：变形、崩镐频次为7；施工拼装时间≤4h30min；1.进行重载压力实验，测试变形崩镐频次宗辉实验车间9.16-10.152.测试施工拼装时间3.形成检测报告制表人：刘凯制表时间：2018.6.20一实施过程H500、H1000、H2000、H40分配梁主体为圆柱体，外径φ89mm，内径φ85mm，长度分配梁主体尺寸检查表单位：mm设计尺寸主体长度主体宽度主体厚度单节长度轴径φ600045030022089实测尺寸6000.3450.3300.1220.189结论经实测检验，目标达到尺寸要求人二实施过程拼接设备参数设计配合分配力设备尺寸参数分配梁主体型号单个分配梁主体外径分配梁主体外观尺寸6000×450×300mm拼接件尺寸参数设计1.分配梁主体设计为圆柱体，现场场地无法保证绝对平整，为方便传力柱摆放，故需在两端加装大于纵向5个分配梁主体的圆柱直径的正方形拼接设备。2.千斤顶高400mm，其中心高200，传力柱尺寸400×400mm，分配梁中心必须与传力柱中心、千斤顶中心保持同一直线，故拼接件尺寸确定为450mm×300mm长方体。结论拼接设备为正方体尺寸设计为：450×300×20mm450450300人三实施过程稳定结构参数设计配合分配梁主体、拼接件尺寸参数分配梁主体型号单个分配梁主体外径外观尺寸设计6000×450×300mm拼接件型号外观尺寸设计450×300×20mm稳定结构尺寸参数设计1.稳定结构钢板壁厚40mm2.钢板长度89+20）×54+40×2+17×2=6000mm3.钢板宽度：450mm结论稳定结构为长方体尺寸设计为：6000mm×450mm×40mm人四实施过程人五设备拼装时间实验记录实施过程实验目的实测分配力设备拼装所需时间，得出平均摆放时间，以推测施工所需时间。实验设备20T汽车吊1台、吊装带、分配梁、传力柱、千斤顶、秒表实验原理根据现场施工情况，千斤顶顶程为1.2米，分配梁宽度0.45米、传力柱尺寸为0.5米、1米、2米、4米。现场尽量选取较长的传力柱，减少接头个数，保证整体稳定性。0.5米传力柱为调整用。故组装分配梁时存在以下情况（以32米的箱涵，每孔需8列传力柱为例（1）拼装0.5米传力柱，8列传力柱排列一组分配梁；（2）拼装1个1米传力柱，8列传力柱排列一组分配梁；（3）拼装1个2米传力柱，8列传力柱排列一组分配梁；（4）拼装1个4米传力柱，8列传力柱排列一组分配梁；（5）撤下1个0.5米传力柱，拼装1米传力柱，8列传力柱排列一组分配梁；（5）撤下1个1米传力柱，拼装2米传力柱，8列传力柱排列一组传力柱，8列传力柱排列一组分配梁；实验步骤1.吊车现场选好支点，做好吊装前准备2.每孔有8列传力柱，故一次吊装一排共8个，8列传力柱需一个分配梁3.分配梁摆放完成后，安放千斤顶实验过程测量第一组第二组第三组第四组第五组平均时间拼0.5米*1排23min27min31min29min29min27.8min30min33min34min32min35min27.2min拼2米*1排（831min32min35min33min31min32.4min拼4米*1排（851min57min54min59min55min55.2min撤0.5米*1排（8个），拼1米*1排（8个）73min80min74min77min69min74.6min个），拼2米*1排（8个）134min140min128min152min122min135.2min个），撤2米*1排（8个），拼4米*1排（8197min201min188min190min189min193min实验结果1.第一组平均用时27.8分钟;2.第二组平均用时27.2分钟;3.第三组平均用时32.4分钟;4.第四组平均用时55.2分钟;5.第五组平均用时74.6分钟;6.第六组平均用时135.2分钟;7.第七组平均用时193分钟。高精度分配力设备缩短了施工拼装时间，使同等规模施工工序降至为3h13min，达到了实验目标4h30min。制表人：宗辉制表时间：2018.9.30设备拼装时间实验记录实验目的实测分配力设备变形崩镐次数，得出变形崩镐率。实验设备20T汽车吊1台、吊装带、分配梁、传力柱、千斤顶、秒表实验过程实验序号分配力设备主体t每分配力主体长度m2个分配梁主体3个分配梁主体4个分配梁主体偏角弧度°横向分力t偏角弧度°横向分力t偏角弧度°横向分力t2000.50000004000.50000005000.50000002001000000400100000050010000002002000000400200000050020000002004000000400400000050040000002004.50000004004.50000005004.5000000实验结果1.第一组分配力设备变形崩镐频次=0；2.第二组分配力设备变形崩镐频次=0；3.第三组分配力设备变形崩镐频次=0；4.第四组分配力设备变形崩镐频次=0；5.第五组分配力设备变形崩镐频次=0。高精度分配力设备降低了变形崩镐频次，不仅达到了目标值≤7次/施工，致使施工变形崩镐次数为0。制表人：宗辉制表时间：2018.10.10人变形崩镐率较《铁路工程施工技术手册-桥涵》中，同等土质及同等顶推施工时间记录施工日期箱涵位置压力数MPA顶镐数量台顶力T顶程（累施工累积时10.16试顶72018680.5410.18前端入土1920.5208.510.19下滑板1920.52513.510.20接近一半2626.421.510.22涵身入土80%319129.510.24全入土3618.64038.510.26到位18.23657.54845.5单组分配力设备施工破坏数量破坏方式脱焊变形损坏整体崩镐合计数量00000制表人：周航制表时间：2018.10.30数值数值40项目项目效益分析效益效益分析安全效益新型分配力设备的引入，有效减小了变形崩镐率，缩短了顶推施工时间，保持了系统结构的稳定性，保证了箱涵顶进施工的顺利进行，铁路的正常安全运行增加了保障。技术效益1.通过本次课题的研究，小组成员开阔了眼界，增长了见识，同时吸取到不同行业的先进经验。2.通过本次QC活动，小组成员对分配力设备的结构原理、机械构造做到进一步的理解与认识。3.新型分配力设备的研制与应用，提高了顶推施工时工人的操作水平及维修技术，降低了作业劳动强度。4.提升了小组成员的创新力和研发能力。5.这次攻关活动使QC小组积累了不少经验，总结了一套系统的施工管理和新型作业办法，为今后施工安全正点