基于ANSYS结构优化模块的加载反力架设计

盾构反力架安装专项方案及受力计算书

目录 一、工程概况 (2) 二、反力架的结构形式 (2) 2.1、反力架的结构形式 (2) 2.2、各部件结构介绍 (2) 2.3、反力架后支撑结构形式 (4) 三、反力架安装准备工作 (5) 四、反力架安装步骤及方法 (5) 五、反力架的受力检算 (6) 5.1、支撑受力计算 (6) 5.2、斜撑抗剪强度计算 (8) 六、反力架受力及支撑条件 (8) 6.1、强度校核计算： (10) 6.2、始发托架受力验算 (11)

一、工程概况 东莞市轨道交通R2线2304标土建工程天宝站~东城站盾构区间工程起点位于天宝站，终点位于东城站。盾构机由天宝站南端盾构始发井组装后始发，利用吊装盾构机的260t履带吊安装反力架。 二、反力架的结构形式 2.1、反力架的结构形式 如图一所示。 图一反力架结构图 2.2、各部件结构介绍 (1) 立柱：立柱为箱体结构，主受力板为30mm钢板，筋板为

20mm钢板，材质均为Q235-A钢材，箱体结构截面尺寸为700mmX500mm，具体形式及尺寸见图二。 图二立柱结构图 (2) 上横梁：结构为箱体结构，主受力板为30mm钢板，筋板为20mm钢板，材质均为Q235-A钢材，箱体结构截面尺寸为700mmX500mm，其结构与立柱相同。 (3) 下横梁：箱体结构，主受力板为30mm，筋板为20mm钢板，材质均为Q235-A，箱体结构截面尺寸为250mmX500mm，其结构如图三所示。 图三下横梁结构图

（4 ）八字撑：八字撑共有4根，上部八字撑2根，其中心线长度为1979mm，下部八字撑2根，其中心线长度为2184mm，截面尺寸如图四所示。 图四八字撑接头结构图 2.3、反力架后支撑结构形式 后支撑主要有斜撑和直撑两种形式，按照安装位置分为立柱后支撑、上横梁后支撑、下横梁后支撑。 立柱支撑（以左线盾构反力架为例）：线路中心左侧（东侧）可以直接将反力架的支撑固定在标准段与扩大端相接的内衬墙上；线路中心线右侧（西侧）材料均采用直径500mm，壁厚9mm的钢管。始发井东侧立柱支撑是3根直撑(中心线长度为1700mm)，始发井西侧立柱是2根斜撑(中心线长度分别为5247mm和3308mm，与水平夹角均为45度)和一根直撑（底部）。如下图所示 1700

反力架相关验算

反力架相关验算 1、反力架说明 本区间所采用的反力架立柱和横梁为宽度为600mm 、长度为800mm 、厚度为30mm 的Q235钢板焊接成受力箱梁形式并加焊加劲板，反力架支撑采用φ500的钢管斜向45°及水平支撑，每边两根；底部采用φ500的钢管横撑，一端顶在反力架上，另一端顶在标准段底板上。 2、反力架受力概述 本工程施工使用的盾构机的最大推力为34000kN ； 盾构机始发时盾构推力一般不大于8000kN 。 反力架总受力取最大推力为34000 kN ； 左、右线两台盾构机推力均按相同考虑。 3、反力架受力计算 反力架的主体结构是由30mm 厚钢板焊接而成而成，截面尺寸为600mm ×800mm ，四根承压梁之间采用螺栓连接，反力架总推力按34000kN 设计，每根梁承受压力为8500kN ，以上部横梁简化成简支梁计算，梁长6m ，则均布荷载q=8500kN ÷6m=1416.7kN/m ，则： 最大弯矩max 1416.73381593.8M kN m =??÷=? 惯性矩： 2220.007852()0.615()22z d I h t b d R r y y A ??=?+-+-??+???? 267520182250249770 cm =+= 最大弯应力max max /z M y I σ=? 841593.80.24/(24977010)N m m m -=??? []121.3235M P a M P a σ=<= 故刚度满足要求。 4、立柱的抗剪验算：

根据《钢结构设计规范》4.1.2节中的相关内容，立柱的抗剪强度： 228500000098700112/141/249770000030 v w VS N mm f N mm It τ?===≤=? 5、立柱与底板预埋件连接处的抗拔力验算： 箱形杆件（如本例中反力架立柱）在满足双面焊接的情况下必需进行双面焊接，在不能满足双面焊时，钢板的焊缝处应作成30°的斜口进行塞焊，焊缝的高度均不低于20mm ，有效的焊缝高度不得低于14mm 。经计算，1m 焊缝的抗剪、拉承载力为329t ，反力架与预埋件的焊缝长度为12.8m ，满足施工的要求。计算如下： 有效焊缝长度为1m ，0.70.72014e f h h mm mm ==?= 26235/141000 3.2910329e w N f h l N mm mm mm N T σ=???=??=?=， 即每米20mm 高度的焊缝的承载力为329t 。） A 、预埋件自身抗拔力计算： lw=12×（30cm-1cm ）×2=7m 力垂直于焊缝长度方向：N=7×329t=2303T 实际施工中设2块1000mm ×1200mm 的预埋板用于抗拔和抗剪，总抗拔力（抗剪力）F=2N=4606T>3400T ，满足要求。 B 、立柱与预埋件焊缝强度抗拔力的计算： （2个立柱、立柱截面尺寸600×800） lw=[（600-10）×2+（800-10）×2]×4=11.04m N= 329×11.04=3632t ，立柱与预埋件焊缝强度抗拔力满足要求。 C 、立柱与预埋件焊缝抗剪力的计算 由反力架设计图可知： （1）立柱与预埋件的焊缝长度：L 1=[600×2+800×2]×2=5.6m （2）底部横撑与预埋件的焊缝长度：L 2=（06+0.8）×4=5.6m 则L=5.6+5.6=11.2m N=329×11.2=3685T>3400T ，满足要求。 6、立柱螺栓连接处螺栓的抗剪验算：

盾构机反力架计算书

盾构机反力架计算书 太平桥站盾构始发反力架支撑计算书一、工程情况说明 哈尔滨地铁一号8标工业大学—太平桥区间投入一台德国海瑞克盾构机进行施工，编号S-285，从太平桥站西端头下井。我们对反力架采取水平撑加斜支撑的形式加固，将反作用力传递至车站底板、中板及侧墙。 二、反力架及支撑示意图 12 中板 侧反反 力力 墙 架架 底板底板 12 1-12-2 计算说明: 1、根据以往施工情况，始发盾构机推力按照800T进行计算，其中底部千斤顶油压按照200bar，两侧按照140bar，顶部千斤顶不施加推力; 2、通过管片和基准钢环调节，每组千斤顶所在区域按照均布荷载进行计算; 3、水平支撑采用200mm及250mm宽翼缘H型钢，分别支撑与车站底板及侧墙上，斜撑采用200mm宽翼缘H型钢，45度角撑于车站底板上; 4、反力架经几次始发使用，梁自身抗弯和抗剪无问题，本次不予计算。三、力学模型图

A 44.7t/m44.7t/mBD C 89.4t/m 盾构机在顶推过程中反力架提供盾构向前掘进的反力，通过焊接在反力架上的型钢支撑， 将力传递到车站结构上。为保证反力架能够提供足够的反力，以确保前方地层不会发生较大 沉降。要求型钢支撑强度足够。 四、计算步骤 1、模型简化 假设千斤顶推力平均分配到四个支撑边，即每边承受200t的压力。 2、轴力验算 1)底边 σ,F/A,F/(8，A，2，A),2000000/(8，6428，2，9218),28.6MPa 112 2 200mm H型钢截面面积A=6428mm1 2 250mm H型钢截面面积A=9128mm2 σ,σ,210MPa 1max 2)右侧边 σ,F/A,F/(10，A),2000000/(10，6428),31.1MPa 21 σ,σ,210MPa 2max 3)顶边 σ,F/A,F/(4，A),2000000/(4，6428),77.8MPa 31 σ,σ,210MPa 3max

基于ANSYS的结构优化设计有限元分析.

基于ANSYS 的结构优化设计有限元分析 收稿日期:2004211213 作者简介:郝金伟(19752,男,后勤工程学院结构工程专业在读硕士研究生,重庆400016 闫奕任(19752,男,1998年毕业于后勤工程学院营房工程专业,沈阳军区联勤部营房部,辽宁沈阳110005蒋懋(19752,男,后勤工程学院在读硕士研究生,讲师,后勤工程学院军事建筑工程系,重庆400016 郝金伟闫奕任蒋懋 摘要:为验证ANSYS 对结构优化设计的有效性,从理论上说明了结构优化设计的数学过程,介绍了ANSYS 优化的相

关概念、过程,结合某设计优化实例,为使用者提供了一套系统的思维模式,创造了良好的条件和方法。关键词:结构,优化设计,有限元分析中图分类号:TU318.1文献标识码:A 引言 据统计,与传统设计相比,采用优化设计可以使土建工程降低造价5%~30%[1]。自1973年Z ienkiewicz 利用有限元法做结构分析,Braibant 利用节点坐标为设计变 量做有限元分析以来,随 着计算机和有限元软件的发展,用计算机手段实现结构优化设计再度引起了工程师和研究者们的极大兴趣。大型通用有限元软件ANSYS 不仅可以做一般结构应力分析、动态系统模拟、热传导分析和磁场分析,也可以用来做优化设计。ANSYS 提供了两种优化方法:零阶方法是一个很完善的处理方法,可以很有效地处理大多数的工程问题;一阶方法基于目标函数对设计变量的敏感程度,因此,更加适合于精确的优化分析。对于这两种方法,ANSYS 提供了一系列的分析→评估→修正的循环过程,即对于初始设计进行分析,对分析结果就设计要求进行评估,然后修正,这一循环过程重复进行,直到所有的设计要求都满足为止。 1结构优化设计 1.1结构优化设计的数学过程 最优结构方案可以包括很多方面:可求出结构最好的几何形状;可选择各种构件尺寸使结构的造价最低;若构件本身的形状允许改变,也可选择构件的最好形状;若几何形状已定,则可以适当选取截面,使结构总重量最轻。结构优化设计具有如下特点: 1无论是以重量或造价为目标函数,其函数式中的各项系数均为正值,且目标函数值恒大于零,多为取极小化问题。2设计变量总是不小于零。3在数学模型中可以避免等式约束条件,它通常由结构分析来代替,因此约束条件多为不等式,约束函数一般是连续可导和非线性的。4最优解一定位于可行域的边界上,而不在可行域的内部。5设计变量多,约束条件多,且约束函数多为隐函数。

反力架受力计算

反力架受力计算 一、反力架的结构形式 1、反力架的结构形式如图一所示。 图一反力架结构图 2、各部件结构介绍 2.1 立柱：立柱为箱体结构，主受力板为30mm钢板，筋板为20mm钢板， 材质均为Q235-A钢材，箱体结构截面尺寸为700mmX500mm，具体形式及尺寸见图二。

图二立柱结构图 2.2 上横梁：结构为箱体结构，主受力板为30mm钢板，筋板为20mm钢板，材质均为Q235-A钢材，箱体结构截面尺寸为700mmX500mm，其结构与立柱相同。 2.3 下横梁：箱体结构，主受力板为30mm，筋板为20mm钢板，材质均为Q235-A，箱体结构截面尺寸为250mmX500mm，其结构如图三所示。 图三下横梁结构图 2.4 八字撑：八字撑共有4根，上部八字撑2根，其中心线长度为1979mm，下部八字撑2根，其中心线长度为2184mm，截面尺寸如图四所示。

图四八字程接头结构图 二、反力架后支撑结构形式 后支撑主要有斜撑和直撑两种形式，按照安装位置分为立柱后支撑、上横梁后支撑、下横梁后支撑。 1、立柱支撑：材料均采用直径500mm，壁厚9mm的钢管，内部浇灌混凝 土提高稳定性。始发井西侧立柱支撑是2根直撑(中心线长度为3875mm)，始发井东侧立柱是2根斜撑(中心线长度分别为8188mm和4020mm，与 水平夹角分别是29度和17度)。如下图所示 西侧立柱直撑型式东侧立柱斜撑型式 2、上横梁支撑：材料均采用直径500mm，壁厚9mm的钢管，内部浇灌混 凝土提高稳定性，中心线长度分别为4080mm、4141mm、4201mm，其 轴线与反力架轴线夹角为15度。

反力架计算书汇总

目录 一、设计、计算总说明 (1) 二、计算、截面优化原则 (1) 三、结构计算 (1) 3.1 反力架布置形式 (1) 3.2力学模型 (2) 3.3 荷载取值 (3) 3.4力学计算 (3) 四、截面承载能力复核 (6) 4.1 截面参数计算 (6) 五、截面优化分析 (8) 六、水平支撑计算 (9) 七、螺栓连接强度设计 (10) 7.1计算参数确定 (10) 7.2 弯矩设计值Mmax和剪力设计值Vmax (10)

一、设计、计算总说明 该反力架为广州市地铁21号线11标[水西站～长平站]盾构区间右线盾构机始发用。 反力架外作用荷载即盾构机始发的总推力乘以动荷载效应系数加所有不利因素产生的荷载总和，以1600吨水平推力为设计值。 反力架内力计算采用中国建筑科学研究院开发的PKPM2005版钢结构STS 模块为计算工具。对于螺栓连接、角焊缝连接处的设计，仅仅计算其最大设计弯矩和剪力值，而不作截面形式设计，可根据提供弯矩、剪力设计值来调整截面是否需要做加固处理。 二、计算、截面优化原则 1、以偏向于安全性的原则。所有计算必须满足实际结构受力的情况，必须满足强度、刚度和稳定性的要求。 2、在满足第1项的前提下以更符合经济性指标为修改结构形式、截面参数等的依据。 3、参照以往施工项目的设计经验为指导，借鉴其成熟的结构设计形式，以修改和复核计算为方向进行反力架结构设计。 4、但凡构件连接处除采用螺栓连接外，需要视情况进行必要的角焊缝加固，特殊情况下，可增设支托抗剪、焊钢板抗弯，以保证连接处强度不低于母体强度。 三、结构计算 3.1 反力架布置形式 由两根立柱和两根横梁以及水平支撑组成。立柱与横梁采用高强螺栓连接，为加强整体性一般按照以往施工项目的施工经验另需在连接处焊接，故

反力架验算(midas)

目录 一、设计总说明 (2) 二、设计原则 (2) 三、设计步骤 (3) 四、结构设计 (3) 4.1、主梁部分 (3) 4.2、支撑部分 (3) 4.3、预埋件部分 (4) 五、反力架受力分析 (4) 5.1、盾构始发时最大推力计算 (4) 5.2、反力架荷载计算 (4) 5.3、反力架材质强度验算 (5) 5.4、ф600mm钢管支撑验算 (5) 5.4.1、强度验算 (5) 5.4.2、稳定性验算 (6) 5.5、斜支撑底板强度验算 (7) 六、结语 (7)

反力架结构验算 一、设计总说明 （1）、该反力架为南昌市轨道交通1号线一期工程土建一标DZ012盾构机始发使用，本文验算使用于双港站至蛟桥站下行线盾构机始发 （2）、反力架外作用荷载主要为盾构机始发掘进的总推力，根据进洞段的水文地质资料及洞口埋土深度结合上行线始发掘进经验、盾构机水土压力设为0.21MPA，不做推算。 （3）、参照《结构设计原理》、《结构力学》及其他施工标段成熟的设计经验，结合本标段现场实际情况进行反力架结构设计与验算。 （4）、对于螺栓连接、角焊缝连接处的设计，仅计算其最大受力弯矩和剪力值，而不做截面形式设计，可根据提供弯矩、剪力设计值来调整截面是否需要做加固处理。 （5）、力在钢结构中的传递不考虑焊缝的损失 二、设计原则 反力架的设计依据盾构机始发掘进反力支承需要，按照盾构机掘进反向力通过16组斤顶支承在隧道管片，隧道管片又支承在反力架的工作原理进行设计。设计外形尺寸不得与盾构机各部件及隧道洞口空间相干扰，同时要求结构合理，强度、刚度满足使用要求，加工方便，且单件便于运输。 反力架支撑属于压杆，最佳受力状态便是尽量使截面在各个方向上的惯性矩相等，即（I y=I z），因此在此采用圆环形截面做支撑结构也是理想选择。材料确定之后，接下来便要对支撑的结构进行合理的设计，总的设计原则便是让反力架整体变形达到最小。

始发架反力架基座结构受力计算书

始发架、结构受力检算书编制： 审核： 审批： 1

附件8 始发基座结构承载能力计算书 始发基座结构受力检算书 一、设计资料 始发架主受力结构为纵梁、横梁、并与连接杆焊接成一个整体，形成整体受力结构，盾构作用在轨道梁上，通过轨道传力到底座上，最后传递到始发架井底地基，轨道梁和支架采用螺栓、焊接形式连接，其结构图如下： 支承架主视图 支承架侧视图 二、受力分析 2.1如上图所示，盾身重力荷载作用在轨道上，通过支架传递到底座基础，斜纵梁是受力主体，横梁把荷载传递到基础。 2.2受力验算 盾构总重G=377t 其中：盾构刀盘重量G1＝60t 长度L1=1.645m 前盾总成重量G2＝

110t L2=2.927m 中盾重量G3＝110t 长度L3＝3.63m,盾尾重量G4＝35t,长度L4＝4.045m, 由上面盾构节段位置的重量和长度，可知结构最不利位置在前盾总成，因此只需检算盾构前盾总成下方的支承架是否满足受力要求即可。 取荷载分项系数取 1.2，动载系数取 1.25，则盾构前盾总成下方每根钢轨荷载为：P=1.2x1.25x1100/(2x2.927)=281.86kN/m, 假设钢轨荷载均匀分布传递到支承架纵梁，则纵梁荷载q=281.86kN/m; 取支架单元支架计算： 纵梁受力检算： 按简支梁计算 Mmax=ql2/8=281.86× 0.892 /8=27.91kN/m max max 6 27910 48.1579.810x M Mpa W -σ= ==? 满足刚度要求 2.3底横梁检算： F ＝P ×cos62.32°=130.94t,平均分配到4根横梁上，则每根横梁拉力T1＝32.74t T=2T1＝65.48 465480062.56[]181104.6710F Mpa Mpa A -σ= ==σ=? 满足受力要求 2.4支架横梁中连接螺栓计算：

Ansys在复合材料结构优化设计中的应用_图文(精)

A一13玻璃钢学会第十六届玻璃钢/复合材料学术年会论文集2006年 Amys在复合材料结构优化设计中的应用 覃海艺,邓京兰 (武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070 摘要:优化设计方法在复合材料结构设计中起着十分重要的作用。本文详细介绍了Ansys两种优化设计方法.目标函数最优设计和拓扑优化设计的过程,并运用目标函数最优设计方法对复合材料夹层结构进行了最优结构层合设计和运用拓扑优化设计方'法对玻璃钢圆凳进行了最佳形状设计。结果证明Ansys优化设计方法在复合材料结构设计中的有效性。 关键词:Ansys;优化设计方法;目标函数最优设计;拓扑优化设计;复合材料 l前言 复合材料是由两种或多种性质不同的材料组成,具有比强度、比刚度高、耐疲劳性能好及材料与性能可设计强等特点,广泛应用于汽车、建筑、航空、卫生等领域。复合材料通过各相组分性能的互补和关联获得优异的性能,因此复合材料各组分之间及材料整体结构的合理布置,充分发挥复合材料的性能已成为设计的关键所在…。Ansys软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术,Ansys强大的优化设计功能已广泛地应用于复合材料制品的结构设计心J。 2Ansys中的优化设计方法【3娟j 2.1目标函数最优设计 “最优设计”是指满足所有的设计要求,而且所需(如重量、面积、体积、应力、费用等的方案最小,即目标函数值最小。也就是说,最优设计方案是一个最有效率的方案。在Ansys中设计方案的任何方面都是可以优化的,如尺寸(如厚度、形状(如过

渡圆角的大小、支撑位置、制造费用、自然频率、材料特性等。实际上,所有可以参数化的Ansys选项都可以作优化设计。目标函数最优设计是通过改变设计变量(自变量的数值,使状态变量(设计变量的函数,因变量在满足一定条件时,目标函数(因设计变量的改变而有所改变的值最小。 目标函数最优设计的一般步骤为①生成循环所用的分析文件,该文件须包括整个分析的过程,并满足以下条件:参数化建立模型(PREIy7,对模型进行初次求解(SOLUTION,对初次求解的结果提取并指定状态变量和目标函数(POSTl/POST26;②在Ansys数据库里建立与分析文件中变量相对应的参数,这一步是标准的做法,但不是必须的(BEGIN或OPT;③进入OPT优化处理器,指定要进行优化设计循环的分析文件(oPT;④声明优化变量:指定哪些参数是设计变量,哪些参数是状态变量,哪个参数是目标函数;⑤选择优化工具或优化算法:优化算法是使单个函数(目标函数在控制条件下达到最小值的传统算法,包括零阶算法和一阶算法;⑥指定优化循环控制方式,每种优化方法和工具都有相应的循环控制参数,比如最大迭代次数等;⑦进行优化分析;⑧查看设计序列结果(OPT和后处理(POSTl/POST26。 2.2拓扑优化设计 拓扑优化是指形状优化,有时也称为外型优化。拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多作者简介:覃海艺(1980?,男,在读硕士。 49 载荷的物体的最佳材料分配方案。与目标函数最优设计不同的是,拓扑优化不需要给出参数和优化变量的定义。目标函数、状态变量和设计变量是程序内部预定义好的。用户只需给出结构的参数(材料特性、模型、载荷等和要省去的材料百分比,即可通过优化计算得到结构的最佳外形设计。拓扑优化的目标是在满足结构约束的情况下减少结构的变形能,从而提高结构的刚度,所以在优化中表现为“最大刚度”设计。

始发架反力架基座结构受力计算书

. . 始发架、结构受力检算书编制： 审核： 审批：

附件8 始发基座结构承载能力计算书 始发基座结构受力检算书 一、设计资料 始发架主受力结构为纵梁、横梁、并与连接杆焊接成一个整体，形成整体受力结构，盾构作用在轨道梁上，通过轨道传力到底座上，最后传递到始发架井底地基，轨道梁和支架采用螺栓、焊接形式连接，其结构图如下： 支承架主视图 支承架侧视图 二、受力分析 2.1如上图所示，盾身重力荷载作用在轨道上，通过支架传递到底座基础，斜纵梁是受力主体，横梁把荷载传递到基础。 2.2受力验算

盾构总重G=377t 其中：盾构刀盘重量G1＝60t 长度L1=1.645m 前盾总成重量G2＝110t L2=2.927m 中盾重量G3＝110t 长度L3＝3.63m,盾尾重量G4＝35t,长度L4＝4.045m, 由上面盾构节段位置的重量和长度，可知结构最不利位置在前盾总成，因此只需检算盾构前盾总成下方的支承架是否满足受力要求即可。 取荷载分项系数取 1.2，动载系数取 1.25，则盾构前盾总成下方每根钢轨荷载为：P=1.2x1.25x1100/(2x2.927)=281.86kN/m, 假设钢轨荷载均匀分布传递到支承架纵梁，则纵梁荷载q=281.86kN/m; 取支架单元支架计算： 纵梁受力检算： 按简支梁计算 Mmax=ql2/8=281.86× 0.892 /8=27.91kN/m max max 6 27910 48.1579.810x M Mpa W -σ= ==? 满足刚度要求 2.3底横梁检算： F ＝P ×cos62.32°=130.94t,平均分配到4根横梁上，则每根横梁拉力T1＝32.74t T=2T1＝65.48 465480062.56[]181104.6710F Mpa Mpa A -σ= ==σ=?

基于Ansys的框架结构优化设计

基于Ansys的框架结构优化设计 摘要：在实际工程问题中，经常遇到各种框架结构的优化问题，大多基于Ansys分析软件求解已知载荷、稳定条件下的框架结果最小体积，即最小质量以减少施工材料控制最优成本。本文通过对一常见的矩形截面的四边框架结构进行优化设计分析，提高了对Ansys分析软件的运用能力，加深了对起运行机制的认识，为以后熟练地运用该软件打下基础。 关键词：框架结构矩形截面优化设计Ansys软件 1.工程背景 框架结构由于具有自重轻、造价较低和施工简单等诸多优点，在包括大型工业厂房在内的工程领域得到了广泛的应用[1].随着对设计质量要求的不断提高，人们一直在探索如何在保证框架结构安全的前提下，减少材料用量，降低成本，以满足经济性的要求。 框架结构的优化设计思想从MICHELL[2]框架理论的出现至今已有近百年历史，BENDSOE等[3]提出的多工况拓扑优化方法标志着对优化设训一研究进入了新的阶段。国内学者也在该领域进行了大量的研究，如隋允康等对框架结构离散变量的优化问题进行了研究，通过函数变换找到了满应力的映射解，并结合框架拓扑优化特点提出了ICM(独立、连续、映射)方法[4]。随着计算机技术的发展，人们开始利用ANSYS等软件对工程结构进行有限元分桁和优化设计。APDL是ANSYS参数化设计语言，它是一种通过参数化变量方式建立分桁模型的脚本语言[5-6], ANSYS提供了两种优化方法即零阶方法和一阶方法。除此之外，用户还可以利用自己开发的优化算法替代ANSYS本身的优化方法进行优化设计。本文利用APDL优化设计模块编制用户程序，对一个实际框架进行了结构优化。结果表明运用ANSYS进行框架结构优化设训一可以有效提高设计质量，具有广泛的运用前景。 2.框架结构模型假设 在工程应用中，实际的析架结构形式和各杆件之间的联结以及所用的材料是

功成街盾构始发反力架支撑设计

始发反力架体系计算书 1、 设计概况 （1）盾构机简介 海瑞克盾构机 S-392、 总推力为 42000KN,通过 32 根推进油缸作用于支撑装 626 置，切削刀盘扭矩为 4400kNm(100%),盾构机承受极限最大脱困扭矩为切削刀盘扭矩 的 120%。 （2）反力架简介 反力架尺寸为长 6.205m，高 8.000m（下端 1.44m 为固定端，上部有 6.56m 为简 支于中板） ，主体采用 Q235 型钢三榀制作，反力架底座与底梁预埋钢板焊接连接， 焊缝高度为 10mm，反力架用Φ 609 钢管双排 45 度斜撑支撑，支撑作用点分别设置与 h=3.859m 和 h=5.876m 处。反力架支撑图见附图。 2、 设计原则 反力架支撑属于压杆，最佳受力状态便是尽量使截面在各个方向上的惯性矩相 等，即（Iy=Iz） ，因此在此采用圆环形截面做支撑结构也是理想选择。材料确定之后， 接下来便要对支撑的结构进行合理的设计，总的设计原则便是让反力架整体变形达 到最小。设计步骤为：1、分析各杆件的类型，计算出各杆件的临界荷载；2、对于 反力架进行受力分析，确定出支撑点的最佳位置，使反力架整体变形最小；3、布置 好支撑位置后，验算反力架工字钢的强度与刚度，保证二值在规范允许范围内；4、 对支撑本身进行加固，形成一个桁架结构，使整个支撑可看成一个刚体，确保整体 稳定性。 3、 体系计算 （1）支撑设计验算
1

1.506
-4.444
洞 门 [+1环]
[-9环]
[-8环]
[-7环]
[-6环]
[-5环]
[-4环]
[-3环]
[-2环]
[-1环]
[+2环]
[+3环]
[+4环]
钢 环 -10.294
-12.294
图 1 功成街始发站剖面图
支撑截面为圆环 d ? 585 mm ， D ? 609 mm ， l a ? 5.6m, lb ? 2.83 钢材选用 Q235， ?s ? 61.6 ， ? p ? 101 由欧拉公式 Fpcr ?
?l ? 2 EI ，? ? ，i ? 2 i ??l ?
I A
? ,? ? ?35? ~ 45? ?，
la ? 1 .6 ，得到 2.5 ? l a ? 2.81， sin ?
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对于圆环， I ?
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中板
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对 a 杆和 b 杆，查表得两端固定，得到 ? ? 0.5
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底板
a 和 b 杆均属于粗短杆，则 ? cr ? ? s ? 235Mpa
图 2 计算简图
2

反力架、托架计算

附件2 反力架验算 反力架与结构间用双拼56b工字钢管撑,支撑布置见下图。 反力架支撑受力验算 实际始发掘进正常推力一般不超过1000t,且加设钢环对应力起均衡作用，考虑不均匀受力和安全系数，总推力按3000t计算。四个集中力P按3000t平均分配计算，四个集中受力范围内P按3000t平均分配计算,管片承受总推力为3000t，集中受力点平均分配得750t。反力架本身刚度可达到要求，不会因推力而变形考虑，若图中所示四个受力区域可满足推力要求,则反力架支撑稳定,先计算四个角的钢支撑受力面积。左侧立柱为斜支撑受力最不利，按750t平均分配

到4个支撑点，每点受力为188t ，其中双拼工字钢截面面积为29327mm 2： 斜支撑受力最为不利,若此区域可满足最不利受力条件,则反力架稳定,按最不利受力状态,平均分配计算,每个角支撑所受压力为750t,双拼工字钢受力为188t ；双拼工字钢应力为188t/29327mm 2cos38°=50.5N/mm 2, 钢材设计强度为235N/mm 2，故支撑可满足盾构始发要求,即反力架稳定。 附件3 始发基座验算 （1）计算简图： 12 34 盾构托架使用250x255H 型钢制作，共13道横向支撑，上图为一道横向支撑的半侧，主要受力梁为2号与4号梁。 盾构机按照374t 计算,由受力分析可得发射架每边承受总力： ?=? 27sin 125 sin 374 1G ，得t 278.207G 1= 发射架共13道横向支撑，共12个区间，每个区间受力： KN 73.172 /1278.2072G ==, 最后力传递至横向支撑，由13个支撑承受，得水平力： KN F 39.7263cos 13 78 .2072=??= （2）2号梁计算： 按照图纸取每个区间支撑钢板0.89m 支撑钢板截面积为：2 4m 102670.03.890 A -?=?=，2号梁长0.567m L =。

反力架计算书-附件(修改)

要说明 、工程说明 盾构机始发时盾构推力一般不大于8000kN。 反力架总受力取最大推力为15000 kN; 左、右线两台盾构机推力均按相同考虑。 二、反力架结构验算 本区间所采用的反力架立柱和横梁为宽度为600mm长度为 1000mm厚度为20mn1的Q235钢板焊接成受力箱梁形式板，反力架支撑采用500*600，厚度20mm的Q235钢板焊接，底部采用焊接形式，焊缝高度20mm 按图纸建模，考虑到反力架中各杆件都是钢板焊接成的箱室单元，可按梁单元进行计算。

反力架支撑结构图 1、强度验算 把反力架圆环分成三个部分，上钢环，中钢环和下钢环，受到盾构力的反力上钢环15%中钢环40%下钢环45%考虑，不考虑上端与下端的支撑。采用midas civil 建模如下图。

荷载如果按规范，把压力看成动载，和自重进行组合，压力按照1500T 验算。 强度上：N= 1.2*G+1.4*P 刚度上：F = G+P 计算结果 最大应力在176Mpa 左右，满足要求。 . i-76410c+00 5 L44377e+€D5 —-a.03105s +004 ——4.B27S0# +004 ——1.52450e +0D 斗 □ ,00000e *000 4.732D9e ―-7.385365+004 -1.1 LBS -i-OO 5 -1.75953&+O0S CB:霉雙 MAX 1 1 MITJ ! 49 壬牟T 廊樣壬录1 ~ 单扫khl/m r Z; 口，二 ES 2、最大变形验算 最大变形在上部4.2mm 左右。这是不考虑上部支撑与下部支撑， 且力进行了组合，而且强度上是压力的1.4倍计算的结果，如果加上 支撑，按实际力进行计算，变形及应力要小很多，完全满足要求。 MIDAS^ivil POSTPROCESSOR SEAM STRESS

反力架受力计算

反力架受力计算 反力架的结构形式 1、反力架的结构形式如图一所示 图一反力架结构图 2、各部件结构介绍 2.1立柱：立柱为箱体结构，主受力板为 30mm钢板，筋板为20mm钢板，材质均 为Q235-A钢材，箱体结构截面尺寸为700mmX500mm,具体形式及尺寸见图二。

匚:亠： '、:g § 图二立柱结构图 2.2上横梁：结构为箱体结构，主受力板为30mm钢板，筋板为20mm钢板, 材质均 为Q235-A钢材，箱体结构截面尺寸为700mmX500mm,其结构与立柱相同。 2.3下横梁：箱体结构，主受力板为 30mm，筋板为20mm钢板，材质均为 2.4八字撑：八字撑共有4根，上部八字撑2根，其中心线长度为1979mm, 下部八 字撑2根，其中心线长度为2184mm，截面尺寸如图四所示。

0 701 125 | 125 | 125 丨 125 , 十 匸十5十s 十1 -4 >4-4 4. > 4 700 图四八字程接头结构图 反力架后支撑结构形式 后支撑主要有斜撑和直撑两种形式，按照安装位置分为立柱后支撑、上 横梁后支撑、下横梁后支撑。 1、立柱支撑：材料均采用直径 500mm,壁厚9mm 的钢管，内部浇灌混凝 土提高稳 定性。始发井西侧立柱支撑是2根直撑（中心线长度为3875mm ）， 始发井东 侧立柱是2根斜撑（中心线长度分别为8188mm 和4020mm,与 水平夹角分别是29度和17度）。如下图所示 凝土提高稳定性，中心线长度分别为 4080mm 、4141mm 、4201mm ，其 轴线与反力架轴线夹角为15度。 西侧立柱直撑型式 2、上横梁支撑：材料均采用直径 500mm ，壁厚9mm 的钢管，内部浇灌混

盾构反力架验算

郑州市轨道交通5号线工程土建施工08标段经开第三大街站～商英街站盾构区间 反力架检算计算书 计算： 复核： 审批： 郑州轨道5号线土建08标项目三分部 2016年3月20日

一、验算依据 1、反力架、托架设计图 2、《材料力学》 3、《建筑施工计算手册》 4、《钢结构设计规范》GB50017-2003 二、结构形式 反力架由两片横向钢梁、两片竖向钢梁、四片斜钢梁组成，钢梁采用Q235钢板焊接而成，钢梁之间采用高强度螺栓连接，钢梁大样见下图。 反力架结构图 设10个支点，其中底部钢梁支撑于车站底板，一侧竖向钢梁支撑于车站侧墙，另一侧竖向钢梁支撑顶部支撑于车站中板，底部支撑于车站底板，中间两个支点采用型钢斜撑于车站底板上的底纵梁，斜撑采用双拼300H型钢。 三、荷载工况 盾构始发总推力取1000t，按照均布荷载进行检算。 四、结构计算 （1）斜钢梁 总荷载为1000t/8=125t

计算长度l=2.237m 惯性矩Ix=0.012m4 截面模数Wx=0.022m3 ix=0.41m 最大面积距S=0.04*0.46*0.23+0.4*0.04*0.48=0.0119m3 按照两端简支进行计算。 最大弯矩Mmax=1/8ql2=1/8lF=1250*2.237/8=349.5kN·m 最大剪力Vmax=1/2ql=625kN 支反力F=625kN 斜钢梁截面 强度检算： M/1.05W=15886kN/m2=15.9MPa

基于ansys结构优化

题目：基于ansys的悬臂梁机构优化 专业： 班级： 学号： 姓名： 2014年1月 绪论 在钢结构工[程中，钢材的用量是非常巨大的，这其中不免会存在材料安全储备太高，过于浪费的情况。如何在保证结构安全的情况下，减少钢材用量，降低成本，这正是本文研究的意义所在。结构优化设计是在满足各种规范或某些特定要求的条件下，使结构的某种指标(如重量、造价、刚度或频率等)达到最佳的设计方法。该方法最早应片j在航空工程中，随着计算机的快速发展，很快推广到机械、土木、水利等工程领域。它的出现使没计者从被动的分析、校核进入主动的设计，这是结构设计上的一次飞跃。ANSYS作为大型工程汁算软件，其模拟分析功能非常强大，掌握并使用ANSYS对结构进行模拟、计算、优化，对提高材料利用率、减少成本，是很有效的。本文基于ANSYS的结构设计优化，在ansys workbench中对悬臂梁结构进行优化。 1问题描述

一根悬臂梁长度为300mm，高度为15mm，宽度为40mm。材料为结构钢，弹性模量E=200Gpa，泊松比u=0.3，屈服极限δ=250Mpa。悬臂梁一端固定，另一端施加有垂直于悬臂梁90N的力。假设悬臂梁高度10为变直径，垂直于悬臂梁的90N为变力进行优化设计，以得到尽量小的质量，同时合理的的安全系数。几何模型如图1所示。其中，悬臂梁高度及受力为变量，高度范围从10mm到20mm，力范围从70N到110N。安全系数为2以上，悬臂梁质量尽可能小。 图1 几何模型 图2 一端受固定约束

图3 另一端受90N力 2优化步骤 2.1最初的分析结果 最初的质量为1.413kg，最初的3张图显示当悬臂梁的高度为15mm，端部受力为90N的结果，明显安全系数过大。 图4等效应力 图5总变形 图6安全系数

反力架托架计算

附件2反力架验算 反力架与结构间用双拼56b 工字钢管撑,支撑布置见下图。 反力架支撑受力验算 实际始发掘进正常推力一般不超过1000t,且加设钢环对应力起均衡作用，考虑不均匀受力和安全系数，总推力按3000t 计算。四个集中力P 按3000t 平均分配计算，四个集中受力范围内P 按3000t 平均分配计算,管片承受总推力为3000t ，集中受力点平均分配得750t 。反力架本身刚度可达到要求，不会因推力而变形考虑，若图中所示四个受力区域可满足推力要求,则反力架支撑稳定,先计算四个角的钢支撑受力面积。左侧立柱为斜支撑受力最不利，按750t 平均分配到4个支撑点，每点受力为188t ，其中双拼工字钢截面面积为29327mm 2： 斜支撑受力最为不利,若此区域可满足最不利受力条件,则反力架稳定,按最不利受力状态,平均分配计算,每个角支撑所受压力为750t,双拼工字钢受力为188t ；双拼工字钢应力为188t/29327mm 2cos38°=50.5N/mm 2,钢材设计强度为235N/mm 2，故支撑可满足盾构始发要求,即反力架稳定。 附件3始发基座验算 （1）计算简图： 盾构托架使用250x255H 型钢制作，共13道横向支撑，上图为一道横向支撑的半侧，主要受力梁为2号与4号梁。 盾构机按照374t 计算,由受力分析可得发射架每边承受总力： ?=? 27sin 125sin 374 1G ，得t 278.207G 1= 发射架共13道横向支撑，共12个区间，每个区间受力： KN 73.172 /1278.2072G ==, 最后力传递至横向支撑，由13个支撑承受，得水平力： （2）2号梁计算：

完整版挂篮预压反力架计算书

新建铁路蒙西至华中铁路煤运通道工程 MHTJ-3 标 (48+48)mT 构转体挂篮预压反力架 计算书 计算：马奎 复核：肖雨晨 审核：石磊 中铁四局集团有限公司 蒙华铁路MHTJ-3 标项目经理部四工区 二0 一六年十二月

附件13 挂篮反力架预压计算书 一、工程概况： DK226+221.15 跨太中银铁路特大桥位于榆林市市靖边县杨桥畔镇境内，上跨太中银铁路、204省道及青银高速。该桥在55#?57#墩处以一联（48+48）m预应力混凝土T 构跨越太中银铁路，连续梁施工里程为DK226+315.3A DK226+413.05全长97.7m。 主梁采用截面采用单箱单室直腹板形式，顶板厚度除梁端及中墩附近外均为40cm，腹板厚50?70cm底板由边墩处的40cm按二次抛物线变化至中墩根部的90cm。顶板宽度11.4m，底板宽度7.0m。箱梁两侧腹板与顶底板相交处均采用圆弧倒角过渡，箱梁悬臂板下设置通长的滴水槽。 主梁共划分23个梁段，其中0号梁段长12.0m,边墩现浇梁段长4.75m,其余梁段长分别为3.5m、4.0m。主梁除0号梁段、边墩现浇梁段在墩旁支架上施工外，其余梁段均采用挂篮悬臂浇筑，悬浇梁段最重1487kN。 二、预压目的 检验挂篮主桁的实际承载力和安全可靠性，并获得弹性和非弹性变形参数, 为悬臂梁施工提供数据, 同时检验挂篮加工质量。 三、荷载情况 根据分析，挂篮预压按最大荷载1#计算，挂篮需要计算1#块所在（单侧为 3.5m）钢筋混凝土重量+横坚预应力筋+施工荷载，混凝土1#块为57.19m3（148.69t ），钢筋重量为9.34t，施工荷载考虑5t，单侧共163.03t。按照规范预压重量不小于施工荷载的120%，每一个单侧压重为195.6t 。 单侧重量为：加载到120%寸，195.6t X 1000=163030kg=195.6t。加载重力为：195600kg X 10kg/N=1956KN单个油顶的作用力为：978KN再通过油顶回归方程公式计算出压力表读，来控制加载重量。 四、预压试验加载方案 1 、加载方法 挂篮在浇筑混凝土期间，荷载在底板位置由底板模板传至底篮前后托梁，再由吊带、

反力架计算书-附件(修改)

要说明 一、工程说明 盾构机始发时盾构推力一般不大于8000kN。 反力架总受力取最大推力为15000 kN； 左、右线两台盾构机推力均按相同考虑。 二、反力架结构验算 本区间所采用的反力架立柱和横梁为宽度为600mm、长度为1000mm、厚度为20mm的Q235钢板焊接成受力箱梁形式板，反力架支撑采用500*600，厚度20mm的Q235钢板焊接，底部采用焊接形式，焊缝高度20mm。 按图纸建模，考虑到反力架中各杆件都是钢板焊接成的箱室单元，可按梁单元进行计算。 反力架计算模型

反力架支撑结构图 1、强度验算 把反力架圆环分成三个部分，上钢环，中钢环和下钢环，受到盾构力的反力上钢环15%，中钢环40%，下钢环45%考虑，不考虑上端与下端的支撑。采用midas civil建模如下图。

荷载如果按规范，把压力看成动载，和自重进行组合,压力按照1500T 验算。 强度上：N＝1.2*G+1.4*P 刚度上：F＝G+P 计算结果 最大应力在176Mpa左右，满足要求。 2、最大变形验算 最大变形在上部4.2mm左右。这是不考虑上部支撑与下部支撑，且力进行了组合，而且强度上是压力的1.4倍计算的结果，如果加上支撑，按实际力进行计算，变形及应力要小很多，完全满足要求。

3、焊缝强度验算 由上面的计算可知，总共有6道支撑支持反力架，其中两道斜撑，4道直撑，按照最不利受力状态，盾构机以最大推力推进，每个钢支撑所受的平均力大小为2500kN ，根据作用力与反作用力原理，预埋钢板所受的压力也为2500kN ，方向为与预埋钢板成45°角斜向下，因此预埋钢板受到的水平力为： N kN k 176845cos 2500=?? 焊缝的强度验算： 23 /8.731712 14101768mm N l h N w e f =??==τ 2 23 /24420022.1/8.731712 14101768mm N f mm N l h N wt f w e f =?=≤=??==βσ