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铸铁井盖结构优化的目的及方法

更新:2019/6/17 10:51:11来源:双龙通讯器材 17次浏览

铸铁井盖结构优化的目的是在保证其承载力的前提下,尽可能减轻它的重量,并使其应力分布较为均匀,充分发挥铸铁井盖的力学性能。为使铸铁井盖底板上的应力分布均匀,局部避免遭到破坏,保留圆肋外侧的仿写肋。优化计算是,主要考虑井盖板厚、圆肋高度、圆肋半径和圆肋宽度等因素对井盖承载力的影响,目标参数主要取盖板中心的压应力和拉应力、圆肋底部的拉应力和支座顶部的应力。

(1)盖板厚度

井盖盖板约占总重量的70%-80%,在满足承载力要求的情况下,若能减少盖板的厚度,井盖的重量将会大大减轻。随着板厚的减小,盖板中心的压应力和圆肋底部的拉应力不断增加,尤其是中中心压应力增长较快,且应力较大,成为控制应力。同时,随着板厚的增加,板顶压力和肋低拉应力之间的差距有逐渐缩小的趋势,出于安全角度和变形方面的考虑,确定板厚为15mm

(2)圆肋宽度

圆肋的宽度与高度相互影响,对井盖的承载力和形状上的整体协调起着重要的作用。随着肋宽的增加,肋低部应力迅速下降,而板中心压应力则下降较缓,当圆肋宽度从25mm变化到40mm时,肋底部拉应力下降了近30%,而板顶中心压应力仅下降了10%。因此,合适的圆肋宽度可显著的降低拉应力的峰值,减少井盖的整体重量。

(3)圆肋高度

圆肋高度不但可以增加井盖的有效高度,提高承载力,还可以减少井盖的扰度,保证路面的平整度。增加肋高,可以显著地降低板顶压应力与泪滴的拉应力,较大的提高井盖的承载能力。板顶中心应力、肋低应力与支座顶部应力均随圆肋高度的增大而降低,而板底中心应力在圆肋高度大于50mm后,下降的幅度很小。

(4)圆肋宽度

圆肋的宽度与高度相互影响,对井盖的承载力和形状上的整体协调起着重要的作用。随着肋宽的增加,肋低部应力迅速下降,而板中心压应力则下降较缓,当圆肋宽度从25mm变化到40mm时,肋底部拉应力下降了近30%,而板顶中心压应力仅下降了10%。因此,合适的圆肋宽度可显著的降低拉应力的峰值,减少井盖的整体重量。

通过限元计算,确定了球墨铸铁检查井盖的结构形式的优化模型,并通过实验,验证了优化方案的可行性。该井盖完全满足设计规定的承载力要求,并将重量减少了近30%,节约了大量的材料和资金,提高了井盖的易用性。本优化方案已被市政部门采纳,并用于实际工程中,产生了良好的经济效益和社会效益。



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