[发明专利]一种煤矿立井井筒装备的力学计算方法

说明书

本发明公开了一种煤矿立井井筒装备的力学计算方法，传统计算方法将罐道及罐道梁作为一个个独立的简支梁或超静定梁个体进行受力分析计算，虽可满足要求，但会造成大量的材料浪费；本发明所述的力学计算方法基于钢结构有限元理论，将所有井筒装备作为一个整体进行受力分析，依据井筒装备的空间约束关系和拓扑关系，进行受力计算。该模型通过对立井井筒内空间结构的分析、位移边界条件及节点约束条件的限定，可实现立井井筒装备有关的荷载计算、钢结构受力计算、装备构件的力学可靠性计算等。相比传统力学计算方法具有计算准确率高、可节省材料等优点。

技术领域

本发明涉及力学计算模型技术领域，具体为一种煤矿立井井筒装备的力学计算方法。

背景技术

传统立井井筒装备力学计算方法都是基于《采矿工程设计手册》进行的。从本质上来讲，传统立井井筒装备力学计算方法都是将罐道及罐道梁作为一个个独立的简支梁或超静定梁个体进行受力分析计算，得到的结果可以满足实际需求，但往往超过实际需求，造成大量的材料浪费，不能做到优化设计。而立井井筒装备实际为一个大的整体，应该依据井筒装备间的空间约束关系和拓扑关系进行整体计算更为科学合理。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种煤矿立井井筒装备的力学计算方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种煤矿立井井筒装备的力学计算方法，包括如下步骤：

步骤1，根据井筒装备模型分析罐道、罐道梁、井壁之间的连接方式；

步骤2，设置装备空间结构特征；

步骤3，设置位移边界条件；

步骤4，设置节点约束条件；

步骤5，根据步骤1-步骤4，建立立井井筒装备钢结构有限元力学模型；

步骤6，根据立井井筒装备钢结构有限元力学模型进行荷载计算、钢结构受力计算、装备构件的力学可靠性计算。

优选的，步骤2中，装备空间结构特征包括罐道梁与井壁、罐道梁与罐道梁、罐道梁与罐道之间均为铰接，构件之间集中力作用点均视为节点，其中相邻节点之间的构件为单元。

进一步的，井筒装备构件包括管子梁、罐道梁、罐道、管路和梯子间。

优选的，步骤3中，位移边界条件设置如下：

当井壁与罐道梁的连接方式为梁窝方式，则对应边界单元的边界节点位移设为0；

当井壁与罐道梁的连接方式为托架方式，则对应边界单元的边界节点线位移设为0。

进一步的，边界节点位移包括线位移和点位移。

进一步的，罐道梁与井壁的连接约束位移，连接方式为铰接；罐道接头的连接方式为铰接；罐道与罐道梁连接处位移连续设置。

优选的，步骤4中，节点约束条件设置为：

罐道和罐道梁只约束位移，而不约束转角；

支撑梁和副支撑梁与井壁的连接处只约束位移，而不约束转角；

罐道和罐道梁的连接采用节点束缚的形式，节点束缚的处理也只传递位移而不传递转角；罐道与罐道的连接处是同一个节点。

优选的，步骤5中，立井井筒装备钢结构有限元力学模型具体如下：

步骤51，钢结构节点载荷计算；

步骤52，根据立井井筒装备内节点及单元的空间约束关系和拓扑关系进行钢结构整体受力计算；

步骤53，力学可靠性计算。