煤礦主井井架承載能力驗(yàn)算

"主井井架承載能力驗(yàn)算于建兵;賈勇;朱旦育【摘要】以安徽省一煤礦主井為例，主井原打算每年提升煤為300萬(wàn)t,現(xiàn)為了增加年提升量，年提升量改為350萬(wàn)t.對(duì)其采用有限元軟件ANSYS分析了井架的主腿1、主腿2、牛腿1、牛腿2等的主要構(gòu)件在新荷載作用下的最大應(yīng)力情況.可以看出工況4情況下結(jié)構(gòu)應(yīng)力增加最大，并對(duì)在工況4情況下的地基進(jìn)行驗(yàn)算.最后經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，井架結(jié)構(gòu)基本可以滿(mǎn)足改造后的提升要求.通過(guò)對(duì)該井架的分析可以給以后相類(lèi)似井架的分析提供參考.【期刊名稱(chēng)】《鐵道建筑》【年(卷)，期】2011(000)003【總頁(yè)數(shù)】3頁(yè)(P134-136)【關(guān)鍵詞】井架;荷載;應(yīng)力；ANSYS;工況【作者】于建兵;賈勇;朱旦育【作者單位】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，建筑工程學(xué)院，江蘇，徐州,221008;中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，建筑工程學(xué)院，江蘇，徐州,221008;中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，建筑工程學(xué)院，江蘇，徐州,221008【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類(lèi)】TU272;TU328該礦2004年11月8日正式建成投產(chǎn)，礦井設(shè)計(jì)能力年產(chǎn)原煤300萬(wàn)t，按照要求，該煤礦將進(jìn)一步提高到年產(chǎn)350萬(wàn)t。主井提升及地面原煤運(yùn)輸能力不能滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)需求，需要對(duì)主井提升及地面運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)能改造。根據(jù)《該煤礦主井系統(tǒng)（含地面生產(chǎn)系統(tǒng)）改造可行性方案》，提升機(jī)卷筒保持現(xiàn)狀，單勾裝載量由16t提高到20t，提升主鋼絲繩單根最小鋼絲破斷拉力總和由945.131kN提高到1001.627kN，超過(guò)了該煤礦主井井架設(shè)計(jì)的鋼絲繩破斷力。該煤礦主井井架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)型式為鋼井架L-A型;第一層天輪平臺(tái)（高程40.900m），第二層天輪平臺(tái)高程46.300m，井架總高52.950m。井架結(jié)構(gòu)為空間框架體系，主副斜腿、框架梁均采用箱形梁，部分為焊接工字形梁。井架所用鋼材為Q235鋼?；A(chǔ)采用C25混凝土，整體現(xiàn)澆基礎(chǔ)。井架基礎(chǔ)置于第三層粉土上，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=220kPa。天輪直徑為3.50m，單根鋼絲繩破斷力818.0kN。井架現(xiàn)狀見(jiàn)圖1。井架分析計(jì)算采用國(guó)際通用大型有限元軟件ANSYS進(jìn)行。按正常工作提升荷載和斷繩荷載兩種情況進(jìn)行計(jì)算，共進(jìn)行了6種工況組合。工況1至工況4的計(jì)算荷載采用提升系統(tǒng)改造后的新荷載，為了與改造前的情況做進(jìn)一步對(duì)比，還進(jìn)行了原設(shè)計(jì)破斷力荷載下的工況5和工況6的計(jì)算。按照《礦山井架設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50385—2006），多繩摩擦式提升井架進(jìn)行破斷力驗(yàn)算時(shí)，一組鋼絲繩取鋼絲繩破斷力設(shè)計(jì)值，另一組則取其0.33倍。其工況組合則分別按以下情況考慮：①正常提升時(shí)，上繩重載，下繩空載;②正常提升時(shí)，上繩空載，下繩重載;③上繩破斷力，下繩0.33倍破斷力;④下繩破斷力，上繩0.33倍破斷力;⑤上繩原設(shè)計(jì)破斷力;⑥下繩0.33倍原設(shè)計(jì)破斷力。計(jì)算所用荷載見(jiàn)表1。計(jì)算模型取三維空間框架結(jié)構(gòu)，按梁?jiǎn)卧M(jìn)行計(jì)算桿件或組合桿件的連接處均作為節(jié)點(diǎn)，兩節(jié)點(diǎn)間作為一個(gè)單元。根據(jù)井架的受力特點(diǎn)，對(duì)主要結(jié)構(gòu)桿件劃分單元進(jìn)行計(jì)算。共計(jì)3090個(gè)節(jié)點(diǎn)，1550個(gè)單元，截面和材料特性根據(jù)井架施工圖定義。模型單元圖如圖2。1）荷載組合I。鋼絲繩破斷時(shí)，井架計(jì)算荷載為：一根為破斷力+另一根為0.33倍的破斷力+1.2x自重。2）荷載組合H。正常提升時(shí)，井架計(jì)算荷載為：一個(gè)箕斗為重載+另一個(gè)箕斗為空載+1.2x自重+風(fēng)荷載。根據(jù)ANSYS的計(jì)算，得出6種工況下各單元內(nèi)力。其中主要構(gòu)件的最大應(yīng)力如表2。為便于分析結(jié)果，井架各構(gòu)件名稱(chēng)見(jiàn)圖3。通過(guò)表2可以看出工況4應(yīng)力增加最大，所以在工況4情況下對(duì)井架基礎(chǔ)進(jìn)行驗(yàn)算，工況4情況下底部產(chǎn)生反力可以通過(guò)ANSYS計(jì)算出來(lái)，各向支座反力見(jiàn)表3。主腿基礎(chǔ)底面積51m2，基底與地基摩擦系數(shù)取0.5，工況4地基豎向反力為6337.7/51=124.27kPa<220.00kPa,所以地基承載力滿(mǎn)足要求，地基最大水平反力為1775.0<6337.7x0.5,所以地基抗滑滿(mǎn)足要求。1） 在下天輪鋼絲繩全部破斷（工況4）下，下天輪梁應(yīng)力比原設(shè)計(jì)應(yīng)力增加較大。2） 主腿1,主腿2與主腿橫梁連接節(jié)點(diǎn)及與天輪梁連接節(jié)點(diǎn)，應(yīng)力增加幅度較大，應(yīng)力水平較高。4） 主腿基礎(chǔ)斷繩荷載下承受最大豎向荷載滿(mǎn)足地基承載力要求，最大水平荷載滿(mǎn)足地基抗滑要求。5） 井架提升改造后，結(jié)構(gòu)整體基本能滿(mǎn)足要求，考慮到結(jié)構(gòu)損傷及材料強(qiáng)度疲勞，應(yīng)進(jìn)行局部增大截面改造，將應(yīng)力水平恢復(fù)至原設(shè)計(jì)應(yīng)力水平?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50385—2006礦山井架設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.[2]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社.2003.[3]陸賜麟.目前鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)踐中的不合理現(xiàn)象與思考[J].建筑結(jié)構(gòu)，2009（4）:67-69.[4]吳世全.大型雙變斷面箱體鋼結(jié)構(gòu)一井架的制作技術(shù)[J].煤礦現(xiàn)代化，2005,1（7）:56-59.[5]張愛(ài)林，王惠德，田汝珉，等.服役井架結(jié)構(gòu)的雙重非線(xiàn)性分析[J].石油學(xué)報(bào)，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?chē)?guó)強(qiáng)，劉金梅.在用井架計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)[J].石油機(jī)械，2001,29(1):8-10.[9]齊明俠，田佳禾.K型模型井架應(yīng)變位移測(cè)試及計(jì)算分析[J].石油機(jī)械，1998,2