框架式程序设计（通用9篇）
框架式程序设计 篇1
1 工程简介
该工程地震设防烈度为6度, 设计基本地震加速度为0.05g, 设计地震分组为第三组。拟建场区特征周期为0.65 s, 建筑场地类别为Ⅲ类。结构抗震设防类别为丙类, 抗震等级为四级。
2 框架式动力基础设计
2.1 基础结构选型
框架式动力基础的选型原则, 尽量做到各构件布置对称, 构造简单。纵梁、横梁以及柱子受力明确。基础的梁、柱应对称于机器主轴 (纵轴) 布置, 在基础中心线上布置动力设备荷载, 这样能避免或减少扭力作用。
1) 顶板由横梁、纵梁和平台板组成, 顶板应尽量高强, 确保其有足够的质量和刚度。顶板纵梁的刚度应与横梁的刚度相对应。基础顶板厚度不宜小于其净跨度的1/4, 并不得小于800 mm[1]。基础顶板挑台处的悬挑长度不宜超过1.5 m, 挑台处的顶板截面高度应大于悬臂长度的0.75倍。
2) 支柱应尽可能布置在纵梁和横梁的交点处, 以便结构传力明确。柱子宜柔性, 在满足强度和稳定性要求的前提下宜适当减小刚度, 柱子最小截面宽度宜为柱子净高度的1/10~1/12[1], 柱断面一般不小于600 mm×600 mm。
3) 底板作为柱子嵌固端, 将上部荷载均匀地传给地基。基础底板的刚度能有效调整基础不均匀沉降。底板的形式有井式、梁板式、平板式三种。平板式基础底板的厚度、井式和梁板式基础的梁高, 应该根据地基条件不同取基础底板长度的1/10~1/12, 并不应小于800 mm[1]。
2.2 基础设计
1) 地基强度验算[2]:
其中, αf为地基承载力特征值的动力折减系数, 旋转式机器取0.8[1];fa为仅考虑深度修正的地基承载力特征值。
2) 基组偏心值确定:
为避免不均匀沉降和减少振型, 应调整基础的长度和宽度, 尽量使机组 (机器和基础的总称) 的总重心与基础底面形心位于同一铅垂线上, 如果仍有偏心, 应按《动力机器基础设计规范》3.1.14条规定:机组 (机器和基础) 的总重心与基础底面形心在纵向、横向的偏心距分别不应超过相应方向基础边长的3%。
2.3 抗震设计
该工程地震设防烈度为6度, 设计基本地震加速度为0.05g, 设计地震分组为第三组。根据《动力机器基础设计规范》6.1.4条规定, 在抗震设防烈度8度及以下地区建造框架式动力基础, 可不进行抗震验算。原因为在一般情况下基本组合是大于地震作用组合的, 因此基础构件强度验算时基本上是由基本组合控制的, 故可不考虑地震荷载作用 (但在构造上要符合《抗震设计规范》要求) , 仅考虑基本荷载组合和偶然荷载组合。
2.4 设计基本原则
对动力机器基础, 在设计理论上存在着两种不同的观点, 一种是共振法, 认为基础的固有频率避开机器的频率 (包括工作转速, 临界转速等) ±20%, 就能避开共振区就不会产生危险。另一种是振动法, 认为计算动力基础的最大振幅能满足规范中规定的允许振幅, 就可以避免一切危险, 机器就能正常运转。有关文献根据上述两种理论, 提出了组合法。组合法的指导思想是既要考虑避开共振的可能, 又要控制最大振幅, 这种考虑是比较切合实际情况的。
设计基础时, 一般要尽可能使机组固有频率ω和机器正常工作的干扰频率θ相差±25%左右, 以避免机组在其共振区工作。如果不可避免, 要特别注意控制最大计算振幅和振动线速度。《动力机器基础设计规范》中指出:对于中、高频动力机器基础, 允许振动振幅为0.02 mm, 允许振动速度为5 mm/s。
2.5 配筋要求
1) 应按现行《钢筋混凝土结构设计规范》控制基础各构件受力钢筋最小配筋率。
2) 基础上部纵、横梁及柱子的配筋, 需沿外围设有封闭式箍筋。
3) 基础底板应沿周边及板顶、板底配置钢筋网, 钢筋直径应为14 mm~16 mm, 间距宜为200 mm~250 mm[1], 控制配筋率为0.2%。该工程基础底板钢筋上下均配φ20@200, 沿基础周边钢筋为φ16@500 mm。
4) 柱子应沿柱截面四周对称配置竖向钢筋, 由计算确定柱子钢筋, 直径应大于18 mm, 柱子竖向钢筋总配筋率不得小于1%[1]。该工程柱子钢筋按构造配置, 每个柱配筋为26φ25。
5) 顶板在柱宽范围内钢筋, 应按纵、横向框架梁计算。顶板的板顶、板底以及周边配置钢筋网, 钢筋直径宜为14 mm~16 mm, 间距宜为200 mm~250 mm[1]。
6) 顶板和底板上的开孔, 当开孔边长或直径大于300 mm时, 应沿洞口四周布置加强钢筋, 钢筋直径宜为14 mm~18 mm, 间距宜为200 mm[1]。
7) 基础顶部框架的纵、横梁上、下主筋配筋面积均按计算确定。配筋率宜取0.5%~1%。因考虑顶部框架纵、横梁两侧温差产生的应力, 应在梁的两侧分别配置温度钢筋, 每侧配筋率取0.1%[1]。
3 结语
在设计基本原则的组合法中并未明确提出控制何种频率时的最大振幅值, 在多种工作转速的机组基础, 要完全避开共振频率是很难办到的。因此, 就要研究出现共振时的状态是主要频率, 还是次要频率, 只要在主机正常工作状态时的频率不出现共振, 其他频率 (如临界转速频率、瞬间产生的频率) 出现共振, 在这些共振频率产生的振幅值超过规范中所规定的允许振幅值, 可以认为是允许的。如果在正常工作频率出现共振, 应认为是不允许的。设计者必须研究改变基础的固有频率, 影响基础固有频率的因素较多, 如结构刚度, 材料阻尼等。设计者应根据情况分析, 研究解决。
摘要：以某钢厂高炉系统鼓风机站中轴流压缩机组基础设计为例, 探讨了框架式动力基础设计时应注意的几个问题, 并结合《动力机器基础设计规范》对基础结构选型、抗震设计、配筋要求、基础设计原则等问题进行了论述, 以保证框架式动力基础设计的合理性。
关键词：框架式动力基础,抗震,设计,配筋
参考文献
[1]GB 50040—96, 动力机器基础设计规范[S].
[2]GB 50007—2011, 建筑地基基础设计规范[S].
框架式程序设计 篇2
一直以来，我都怕教作文。常常教观察，学生不善于观察;教积累，学生厌烦积累;教修改，学生惧怕修改。在许多学生看来，写作文无疑是一件很痛苦的事。因为不想写，也因为没东西可写。为了应付老师的作业，便去抄袭，瞎编，于是许多作文就成了假话、空话、废话的聚集地。
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“框架式”教学，是指将小学阶段所涉及到的的各种习作文体，巧妙地进行结构分析，使学生能够明晰的找到其中的习作规律和技巧，从而依据这种搭建的“框架”，快速的完成相应的习作。快乐习作就是让学生放松心情，把习作当成表达自我思想，认识，观念的快乐的过程，实现轻松成长。
在教育教学实践中，重复自己是没有希望的，重复他人是没有意义的。只有不断创新，才会让我们走的更远。雨果说：“花的事业是尊贵的，果实的事业是甜美的！让我们做叶的事业吧，因为叶的事业是平凡而谦逊的。”
高国宴老师的框架式快乐习作专题讲座，虽说我只通过培训学了点皮毛，但已经很受用了。今后，我会大量的去阅读，去积淀，为指导好学生的习作打好基础！
陈珍梅
框架式余热锅炉基础抗震设计探讨 篇3
关键词：余热发电,框架式锅炉基础,抗震措施
1引言
水泥窑余热发电工程中的窑尾锅炉具有设备高、体量大、自重大的特点。在大部分情况下, 由于生产工艺的要求, 常将锅炉跨越在窑尾生产线的高温风机上方, 设备基础采用框架式基础。这就要求在进行框架式基础设计时, 应针对性地遵循其自身特有的规律。以往在进行这种框架式基础设计时, 往往只考虑满足结构承重的要求, 水平地震作用常将上部锅炉荷载简化输入到框架式基础柱顶, 以节点荷载形式考虑。
2实例分析
2.1水平地震作用计算
锅炉柱脚与下部基础之间通常采用高强螺栓、焊接或者埋入式柱脚, 可视为固定连接。
该工程场地类别为Ⅱ类, 设计地震分组为第二组, 抗震设防烈度为7度, 设计基本地震加速度值为0.10g, 在多遇地震情况下, 水平地震影响系数α1取值0.08。其中锅炉框架、受热面等重130t, 悬吊炉体重400t。由于炉体是悬吊于锅炉顶部的大板梁上, 因此地震作用计算时应将炉体荷载集中于锅炉顶部。炉体重量集中于锅炉顶部, Geq3=4000k N;锅炉框架、受热面等重量集中于中部重心处, Geq2=1300k N;下部框架现浇梁、板及柱高一半的重量集中在楼板顶面标高处, Geq1=1875k N。由《锅炉钢结构设计规范》 (GB/T22395—2008) [1]可得锅炉结构总水平地震作用标准值FEK=α1Geq, 同《建筑抗震设计规范》 (GB50011—2010) [2]中的计算方法。在计算混凝土框架水平地震作用时采用底部剪力法, 由于该框架式基础与上部锅炉框架形成“上刚下柔”的结构形式, 在手工估算时水平地震影响系数α1建议取最大值。水平地震作用计算简图见图1。
同理可以得出:F1=50.95k N, F2=434.75k N。其中, FEK为结构总水平地震作用标准值。
2.2地震作用计算比较
采用目前国内通用的PKPM计算软件进行计算比较。方法1按照锅炉荷载简化到框架式基础柱顶以点荷载的方式输入;方法2将锅炉框架与框架式基础整体建模计算, 炉体重量以梁间荷载方式输入到锅炉顶部大梁上。其计算模式如图2所示。
根据《火力发电厂土建结构设计技术规程》 (DL5022—2012) [3], 计算地震作用时, 重力荷载代表值应取结构、设备、构配件重力荷载标准值和可变荷载组合值之和, 其中设备荷载的可变荷载组合值系数应取值1.0。在不考虑风荷载等一切条件相同的情况下, 计算结果如表1所示。
由表1可以看出, 锅炉框架与混凝土框架整体建模由于周期增大反而地震作用小于混凝土框架单独建模, 但柱脚最大弯矩基本相当。同时两种计算方式的地震作用均小于水平地震影响系数按最大取值所得的计算结果。锅炉框架与混凝土框架整体建模由于高度和刚度的变化, 其顶部最大位移大于锅炉钢框架的单独计算结果。因此, 在锅炉烟风管设计时, 应充分考虑其位移偏差。
3提高基础框架抗震能力的措施
由于锅炉体系的复杂性, 再加上框架式的锅炉基础形式, 因此, 需要采取合理的抗震措施以提高框架基础的抗震性能。
1) 框架式基础在设计时, 建议根据锅炉规模大小、场地类别、框架跨度和高度适时地提高抗震构造措施的抗震等级, 在软件计算过程中重视角柱的定义。按计算结果配筋, 但由于框架式基础的特殊性, 柱子、框架梁截面往往会比较大, 因此在设计过程中要合理地采取措施, 避免建造成本的增加。
2) 由于锅炉柱脚一般较大, 也就导致框架式基础的柱子偏大, 因此在已有的设计方案中, 配合其配筋形式合理地设置芯柱在不增加施工难度的情况下对提高结构的延性作用较为明显, 可提高结构的抗震性能。
3) 合理设计框架配筋, 并加强现场施工质量管理。框架柱由于截面较大, 配筋率一般都能符合规范规定的各项要求。但在这个过程中应重视框架柱箍筋的设计, 在肢距合理、直径大小与施工方便的前提下, 尽量选择小直径钢筋并方便芯柱的设置。由于一般情况都是在抗震构造措施的抗震等级提高的前提下, 因此框架梁的配筋尽量不要再人为地放大, 以避免超筋或钢筋过密影响施工质量。
4结论
1) 在框架式锅炉基础的设计中, 水平地震作用对结构影响较大, 应特别重视。为减少土建与工艺专业的配合及设计工作量, 可以根据锅炉专业的相关资料将其荷载直接作用于混凝土框架式基础上计算, 但应注意设备荷载的可变荷载组合值系数应取值1.0。若荷载形式比较难以区分时, 建议采用包络设计。
2) 应认识到锅炉安放在框架式基础上, 在地震作用下的结构位移大于锅炉单独计算的结构位置, 烟风管道设计时应考虑其余量。
3) 框架式锅炉基础结构设计时, 建议在框架柱内设置芯柱。
4) 由于锅炉的高度较高, 一般情况下框架式基础抗震构造措施的抗震等级会提高一级, 配筋、构造措施等均按相应要求执行。
5) 由于框架式锅炉基础底部有高温风机设备, 因此基础间很难设置拉梁, 整个基础与锅炉属于高耸式构筑物, 基础设计时要注重抗倾覆计算。
参考文献
【1】GB/T22395—2008锅炉钢结构设计规范[S].
【2】GB 500112—2010建筑抗震设计规范[S].
框架式程序设计 篇4
一、问题的提出
西方主流经济学理论体系，其主体内容来源于经济学理论发展史的两次革命(第二次和第三次)。其中“边际革命”(第二次革命)产生了新古典经济学理论体系;“凯恩斯革命”(第三次革命)产生了凯恩斯主义理论体系。二战后，以萨缪尔森为代表的新古典综合学派对这两大理论体系进行了综合，将主要研究微观经济主体行为的新古典经济学理论归纳为《微观经济学》;将主要研究总体经济运行的凯恩斯主义理论归纳为《宏观经济学》，由此得到西方主流经济学的理论框架。这一理论体系引入国内后，为了与马克思经济学理论体系相区分，我国理论界称之为《西方经济学》。
在我国大学本科高等教育阶段，《西方经济学》尤其是《微观经济学》的学习，可以让学生理解经济学的基本概念、基本原理，掌握经济分析的基本逻辑、思维范式。当前，《微观经济学》已成为经管类专业本科生的经济基础课，甚至成为很多其他专业本科生的人文素质教育课程。但由于《微观经济学》是一个内容繁多、结构复杂的系统性理论体系，对逻辑推演和数理分析能力有一定的要求。该课程教学中，普遍感觉教师教得辛苦、学生学得吃力。对这样一门体系严密、逻辑关联性强的基础理论性课程，教师通过框架式教学，引导学生从整体上把握整个理论体系，掌握各部分理论之间的逻辑关系，可以帮助学生更好地掌握经济学的思维方式和经济学分析的基本思路，为学生在专业课程的学习上打下更加扎实的基础。
二、《微观经济学》理论体系与结构
《微观经济学》研究稀缺性条件下的资源配置问题，涉及的概念、理论繁多。国内本科教学中该课程课时安排一般在48～72课时之间，教师在教学内容安排上普遍感觉课时不够，为了有效利用有限的课时，不降低课程教学质量，教师需要提纲挈领的把握课程的核心内容，教学的重点应该在主要理论框架的搭建，而不是一味地追究某些具体理论问题的细节。从课程的理论体系和结构的整体来看，《微观经济学》的研究对象是“两个市场上的两个主体”，内容包含“七大主要理论”。
1.两个市场上的两个主体。《微观经济学》研究市场经济制度下经济运行的一般规律，以微观主体行为分析为出发点。经济运用涉及两类市场：产品(商品)市场和要素市场;市场交易双方是相同的两个微观主体：消费者和企业。在产品(商品)市场上，企业生产并销售产品(商品)是产品(商品)市场的`供给方;消费者购买并消费产品(商品)是产品(商品)市场的需求方。在要素市场上，消费者拥有并销售原始生产要素(劳动、资本、土地和企业家才能四类)，是要素市场的供给方;企业购买并使用要素进行生产是要素市场的需求方。两类市场上这两个微观主体的关系如下图1所示。
2.七大主要理论。《微观经济学》内容丰富，包含众多的经济学理论，但如果围绕“微观主体理性行为及其结果”这一逻辑主线，本课程主要包含以下七大主要理论：供求均衡理论、消费者均衡理论、生产者均衡理论、市场均衡理论、要素市场供给理论、要素市场需求理论、一般均衡理论。其中，消费者均衡理论主要分析消费者在产品市场上的消费行为;生产者均衡理论和市场均衡理论主要分析企业在产品市场的供给行为;要素市场供给理论主要分析消费者在要素市场的供给行为;要求市场需求理论主要分析企业在要素市场的需求行为;一般均衡理论探讨所有市场同时均衡的可能性和条件;市场均衡理论阐述了消费者和企业理性选择下供给规律和需求规律的相互均衡。这七大理论基于“经济人假设”，分析微观主体(消费者和企业)理性选择及其后果，从而得出市场经济运行的基本规律。各个理论之间的逻辑关系如图2所示。
三、《微观经济学》的基本研究方法与内容
通观《微观经济学》的主要理论，其核心问题是分析如何实现稀缺资源的最优配置。对应“两个市场上的两个主体”这一研究对象，资源配置问题主要有四个方面：一是消费者通过将既定收入在产品市场上进行最优配置以实现效用最大化;二是生产者基于成本收益决定要素的最优使用量(即决定产量)以实现效用最大化;三是消费者将拥有的既定原始生产要素在要素供给和保留自用两种用途上进行最优配置以实现效用最大化;四是生产者通过将既定成本在要素市场上进行最优配置以实现利润最大化。这四方面的资源配置问题，新古典经济学(即《微观经济学》理论)的基本研究方法是均衡分析法，主要内容包括均衡的决定和均衡的变动。以消费者均衡理论为例，消费者均衡理论的主要内容是消费者均衡的决定分析及消费者均衡的变动分析。消费者均衡理论通过构建一个简化模型来分析消费者的消费行为。假定收入既定，消费者将全部收入分配于两种商品的消费上，以获得效用最大化。这部分分析存在基数效用论和序数效用论两种理论。
1.消费者均衡的决定。消费者均衡的决定是指如何得到给消费者带来最大效用水平的最优商品消费组合。(1)基数效用论假定效用水平可以具体衡量，可以构建相关效用函数，通过求解预算约束条件下的效用函数最大值，并可得到消费者效用最大化条件。结论为消费者均衡条件是两种商品的边际效用与价格之比相等，即消费者花费在每种商品上的最后一单位货币带来的效用水平必须相等。(2)序数效用论认为效用水平不能具体衡量，只能相互比较高低，因此不能构建相关效用函数。运用无差异曲线和预算线两个分析工具，得到消费者均衡条件为两种商品的边际替代率与其价格之比相等，即两种商品按照效用水平的交换比例与按照价格水平的交换比例必须相等。无论是基数效用还是序数效用论，消费者均衡的决定关注的是达到均衡的条件，以及均衡条件下的均衡状态。对于均衡取得的过程，以及非均衡状态的特征并不关注。两种理论下消费者均衡决定都是采取了静态均衡分析方法。
下穿铁路顶进式框架桥设计 篇5
关键词：下穿铁路,顶进,框架桥,设计
随着科技的发展,人口密度的增加,在营业铁路线上,有很多地方需要增建桥涵。例如:有些铁路和道路原有的平交道口不能适应交通安全和车流顺畅的要求,需要改造为立体交叉;有些客运量大的车站要求增加地道;在处理旧线既有桥涵病害时,有时要求扩建或增设新桥涵等等。这些新增设桥涵工程都在运输繁忙的营业线上进行,为了不中断营运,目前普遍采用限速行车直接顶进桥涵的施工方法,即“顶进法”。这种施工方法的特点是:在保证铁路安全运行的前提下,将在铁路路基一侧预制好的钢筋混凝土箱形框架,采用高压油泵带动油压千斤顶,并借助于预先修好的后背支撑,顶入既有线路路基内,即成为一座铁路立交桥,这种施工方法就称为顶进法。
1 设计原则
下穿铁路框架桥主要应遵循以下几个主要设计原则:
1)顶进框架桥施工范围内,涉及到的各类管线应查明其所属产权单位,并调查其具体型号及使用用途等,了解与相关产权单位达成的协议及具体处理办法。2)顶进框架桥前端一般会设置有刃脚,刃脚的主要作用有:a.切土,使箱涵沿着一个规则整齐的平面前进,使边墙与开挖土体面紧贴吻合,以避免不必要的超挖,并有利于路基的稳定。b.防止路基塌方,对挖土操作人员起到安全保护的作用。c.减少顶进阻力,控制挖土的边坡。目前实际采用的多为钢筋混凝土刃脚和钢刃脚,刃脚的边墙端线与水平线的夹角应视路基土质情况而定,一般均不大于60°,如图1所示。3)框架桥前端设置钢筋混凝土刃脚后,后端为平衡前刃脚需设置平衡重尾墙。4)穿越多线的框架桥,其框架桥单节长度不宜过长,应根据地质情况、地基承载力以及施工方法等多方面因素确定,框架桥节缝宜设置在两线间中心。5)框架桥顶面与线路轨底的距离应根据线路等级、加固措施等因素综合确定,一般在0.65～0.85之间。
2 工程实例
1)工程概述:
本框架桥工程位于侯月线K20+200,桥位处铁路为双线铁路,线间距4 m,电气化铁路,直线区段,钢轨为60 kg/m,钢筋混凝土轨枕。该桥场地地质情况自上而下依次是:种植土,层厚0.4 m;以下为砂质黄土,地基基本承载力:层厚0.4 m～7.5 m承载力为130 kPa,7.5 m以下为150 kPa。
2)结构确定:
根据建设单位的意见及道路的使用要求,框架桥结构孔跨布置确定为单孔12 m,框架桥轴线与铁路中心线夹角90°,框架桥轨底至顶板顶最小距离0.7 m,结构净高为5.3 m,使用净高为5 m的框架桥。框架桥顶板厚0.8 m,底板厚0.9 m,边墙厚0.8 m。顶板加腋采用0.5 m×1.5 m,底板加腋采用0.2 m×0.2 m,框架桥主体长13 m,前刃脚长3 m,后平衡重长2 m。框架桥立面布置图如图2所示。
3)结构计算并绘制钢筋图。
框架桥结构计算采用铁路地道桥CAD系统分析结构受力情况,计算出框架桥控制截面钢筋面积,并绘制出框架桥主体结构钢筋图。根据主体钢筋图,确定刃脚悬臂、人行道悬臂、刃脚及刃脚补齐、平衡重的钢筋布置图。
4)线路加固与防护。
为不中断铁路运营,框架桥顶进施工前需对既有铁路线路采取加固措施。根据铁路运营单位的要求,框架桥施工时列车限制行驶速度不应低于45 km/h,为满足列车行驶速度的要求,本桥施工时线路加固采用D16 m施工便梁进行加固。框架桥施工前需预先在线路两侧施工挖孔桩,挖孔桩直径1.25 m,桩长14.4 m。便梁一端需设置两根挖孔桩,两根桩之间以系梁衔接。另外,为了减少框架桥顶进施工过程中对线路的影响,框架桥的四角路基需设置路基防护桩,防护桩同样采用直径1.25m的钢筋混凝土挖孔桩。
5)工作坑的设计。
工作坑是预制和顶进桥涵的工作基底,工作坑前端仅靠铁路,后端一般布置运土通道及后背。工作坑位置应根据铁路线路平面、堆放材料的场地、铁路两侧的地形地貌等条件全面考虑。如顶进桥涵穿越多股线路时,工作坑一般避免设在靠近铁路正线的一侧,以减少对铁路运输的干扰;如穿越的铁路线路系曲线地段,则最好选择在曲线外侧。工作坑的设计应满足铁路安全的要求,并且坑底四周应留有排水沟或集水井位置,以满足施工期间排水的要求。
工作坑的设计主要包括工作坑后背的计算,滑板、锚梁和导向墩的设置。工作坑滑板主要是作为预制箱涵时的施工垫层以及顶进启动时与基底土壤的隔离层,使框架桥结构在浇筑混凝土的过程中不致产生不均匀的沉降,并能防止框架桥结构与结构底面以下土壤的粘结影响顶进起动。此外滑板还对框架桥沿着一定的水平面顶进起到导向作用。为了防止框架桥顶进时,工作坑滑板随着框架桥的巨大顶力向前移动,在滑板顶面需设置有润滑隔离层,滑板底面以下设有锚梁,以此来增加滑板的抗滑能力。另外在滑板的两端还设有导向墩,导向墩一般距离框架桥边墙外侧5cm～10cm,导向墩沿顶进方向设置,可起到控制框架桥空顶阶段顶进方向准确的作用。工作坑后背是提供顶入式框架桥所需最大顶力的临时支撑结构物。目前普遍采用的是钢轨桩或槽钢加钢筋混凝土后背。本工程框架桥后背根据设计最大顶力确定为钢轨桩加钢筋混凝土后背。
3 结语
框架桥对于改善既有交通状况起到十分重要的作用,由于其结构简单,施工方便,因此得到了广泛的应用。框架桥在设计中应注意以下几点:1)下穿框架桥结构的确定必须综合考虑多方面的因素,以便更好的为行车及行人提供良好的交通环境。2)下穿框架桥采用顶进法施工,为保证施工过程中铁路限速不低于45km/h安全通过,线路加固措施需完善,保证铁路列车不间断运营。3)工作坑后背的设计必须满足顶进框架桥设计最大顶力的要求,防止在桥体顶进过程中发生后背开裂、倾覆等事故,延误施工工期。4)框架桥附属结构及辅助工程需依据实际情况进行设置,选择合理的结构形式,保证框架桥在使用过程中的整体稳定,并满足一定的美观要求。
参考文献
框架式程序设计 篇6
电网水电站水库群调度[1]系统包括水文预报、发电调度、防洪调度、风险分析、考核评价等应用功能，该系统对于优化水能资源利用发挥了重大的作用。电网水电站水库调度工作的复杂性、需求的可变性，因此，开发出满足多模型、可配置、高可用、易扩展、易维护等要求的应用软件成为业内的技术挑战。
当前，国内外众多学者已经开展了有益的探索。文献[2]提出了基于电站编号排序的单向链表结构来描述水电站群的网络拓扑关系，可满足电站插入、删除、查找等基本运算；文献[3]运用领域工程理论，合理划分水库调度软件系统的稳定部分和易变部分；文献[4]初步提出水库调度应用中构件实现框架。
本文结合工程实践，将设计模式[5]引入到电网水电站水库群调度中，遵循软件设计的开闭原则实现了一套插件式应用框架。一方面，开发出电网标准组件（调度对象、调度模型、表现界面），并预留有扩展公共接口；另一方面，开发人员通过二次开发可以扩展调度模型、调度算法、人机交互界面，满足不同工程的应用需求。
1 电网水电调度复杂性
1.1 调度对象复杂性
电网水电调度对象包括水库、机组、闸门、上下游河道等；复杂性体现在对象结构、水库拓扑关系等。水电站水库存在调节性能差异，可划分为多年调节、年调节、季调节、日调节和径流式等类型。考虑各水库之间的水力联系，在特定的时间点下，水库群的规模和结构是确定的；但是在更大的时间范围内，水电站水库的规模是变化的，将导致水库拓扑关系重建。
1.2 调度任务复杂性
水库综合利用是水资源规划的重要任务，需要兼顾国民经济的发展、地区开发、自然环境、社会福利等各个方面，需要统筹兼顾、合理安排。电网中水电站水库根据综合利用要求需要同时承担灌溉调度、发电调度、防洪调度、航运调度、生态调度等任务。在不同类型水库兴利调度中，发电调度、灌溉调度及供水调度一般是主要兴利调度对象，汛期侧重于防洪调度；而航运调度、供水调度、泥沙调度等通过设定为兴利调度约束条件来实现。
1.3 方案研制复杂性
以发电调度为例，方案研制可划分为水文预报、长期发电调度、中期发电调度、短期发电调度、实时调度、调度分析和考核评价等过程。每个节点的实现又涉及边界约束设置、数学建模、算法选择、成果展示等要求，但是各模型之间仍存在共性，也为后续工作奠定了基础。图1显示了电网水电站水库群调度的复杂性影响因素。
2 调度插件框架设计
2.1 插件式框架总体结构
电网水电站水库群调度系统属于典型的人机交互决策系统，通过合理的分工可以可靠、高效地发挥作用。电网水电站水库群作为研究对象，按照系统论的“结构-行为-表现”思想方法，需要分析水电调度对象，调度任务和人机交互界面。本文按照“框架+插件”的结构将系统划分为基础框架部分、插件部分，将业务中变化的部分（拓扑结构、模型算法、人机界面表现等）进行松耦合处理，可以增强系统对环境的适应能力。
框架和插件之间通过一组接口协议进行通信，本系统中框架部分通过抽象基类提供接口，插件是指一类扩展类库。为了更好地管理插件，系统采用工厂方法模式，提供统一的应用接口来访问扩展类，相关逻辑结构如图3所示。
2.2 水电调度对象框架
水电调度对象包括水库、水电站、泄洪设施、其他取水设施等，在水调决策支持系统设计中具有不变性。例如水电站之间的差异主要表现在机组名牌出力、NHQ曲线、预想出力曲线等具体数据上，而电站和机组之间的这种结构关系是确定的。图4为水电调度对象类图。
在全面分析水电调度对象数据结构的基础上，运用抽象、聚类、分解等信息建模方法，可以将调度对象划分为：水库类、水库调度图类、水电站类、机组类、泄洪设施类、溢洪道类、抽象曲线类。由于调度对象被所有的调度对象模型所共享，在设计上宜采用单例模式。
水库类：基本属性包括库容系数、调节性能、校核洪水位、设计洪水位、正常蓄水位、死水位等，由于水库间的连接是连续的单向链接，没有跳跃也没有回落，而且水流只有汇流没有分叉。可用指针数组存在上游水库对象，用指针变量存放下游水库对象，可以方便地建立电站拓扑结构。
水电站类：基本属性包括电站装机容量、保证出力、设计水头、最小技术出力、电站集合等，可以实现机组的插入、删除、查找等运算。抽象曲线类：建立二维曲线抽象类和三维曲线抽象类，通过继承可以支持水库库容曲线、NHQ曲线、预想出力曲线、水位流量曲线的扩展应用。
2.3 调度模型与算法框架
水电调度模型是对水电调度任务的数学描述，具有可变性的特点。可扩展的水电调度模型算法框架体现在调度输入输出、多种调度模型、多种模型算法三个环节。图5显示的是调度模型与算法类图。
调度输入输出：调度参数按照调度电站对象可划分为单站调度参数和库群调度参数，主要是采用生成器模式（Builder Model）将参数集中管理。其中，单站调度参数中集合了调度时间、径流过程、约束条件、输出成果、调度模型等内容，而每个约束条件采用一个类进行描述，所有的约束条件采用数组进行管理解决了约束条件的扩展性。库群调度参数包括调度时间、调度对象、调度模型等进行集中管理，主要反映库群计算控制参数。
多种调度模型：该部分采用策略模式（Strategy Model）进行类库设计。水库调度模型如发电量最大、耗水量最小、期末蓄能最大、保证出力最大等均表现出相同的行为，包括设置约束条件类型、检查调度输入数据是否合理、模型计算、整理输出成果，该模式可以为多种模型算法解决后顾之忧。
多种模型算法：该部分采用模板方法模式（Template Method Model）以方便实现模型的具体算法，如当电站采用发电量最大模型时，算法可以选择DP算法、DDDP算法、POA算法、智能算法等，开发人员可以集中精力解决可变部分，而不必担心外围工作。
2.4 调度交互界面框架
MVC(Model-View-Controller）把一个应用的输入、处理和输出流程按照Model、View、Controller的方式进行分离，在结构上可以实现内容和显示相互分离，支持多视图展示，具有良好的可扩展性和可维护性。
Model即应用程序的数据模型，在水电调度中表现为调度方案。调度方案实现了调度对象、调度模型、调度成果、调度控制等数据的管理。如防洪调度方案可选定特定的调度对象、调度模型选择、调度边界约束条件的交互式设置等。
View是应用程序的界面。用户通过View操作应用程序，完成与数据模型的交互。在电网水电调度中常用的界面有过程线图、表格、控制按钮、选择下拉框、菜单等进行组合显示，并将Model的计算结果反馈给用户。
Controller是应用程序的控制逻辑，如用户制定发电计划时总是按照对象选择、模型选择、边界约束设置、模型计算、结果输出的顺序执行。
3 三峡葛洲坝梯级电站调度中的应用
水电站厂内经济运行是在满足电能生产的安全、可靠、优质的前提下，合理地组织调度电厂的发电生产设备，以获得尽可能大的经济效益，是电力系统经济调度的一个很重要的环节。根据实际情况，三峡电站考虑了电站左右岸母线分、合约束、切机约束、气蚀等影响，葛洲坝按照了大江、二江的分厂计算，模型部分建立了机组投运顺序分配模型、指定投运机组模型、任意机组组合模型，每种模型封装模型输入和模型输出，模型的可扩展性较好。
在界面设计上，按照MVC模式进行设计，支持多视图（表格、图形的）方式进行结果展示，用户既可以看到分层信息，又能获得统计信息。该项目以2010年5月20日实际运行和模拟运行进行比较，在完整相同的出力过程的前提下，三峡电站可节水440万m3，按当日耗水率进行折算则节能98万kWh，约节省9.8万元；葛洲坝电站可节水2 177万m3，按当日耗水率折算则节能111万kWh，约节省11万元。图7为三峡电站厂内经济运行软件界面。
工程应用经验表明：(1)按照“对象、行为、表现”的思维方式可以抓住电网水电调度软件设计的主线，具有思路清晰、结构合理的特点；(2)设计模式的适量引入是合理的，可以提高框架、代码的重用性，过渡设计将导致类的数量增加，开发人员理解难度加大；(3)模式是对特定的业务逻辑的抽象，但是外界环境发生是不断发生变化的，也应该引入新的设计模式以适应环境。
4 结语
由于电网水电站水库群调度工作涉及流程、数据、专业算法、信息展示等各个环节，因此该课题本质上属于运筹决策问题，而不是结构化的业务工作。需求的不确定性、可变性决定了插件式框架机制是电网水电站水库群调度软件开发的必然选择。本文重点研究了电网水电站水库群调度插件式应用框架，开发人员可以在水电调度对象、调度模型与算法、表现层三个层面实现二次开发，可根据用户需求实现扩展，该技术具有一定的应用前景。
参考文献
[1]王建军.电网水电站水库群跨流域补偿调度方法[J].水电自动化与大坝监测,2010,34(6):57-60.
[2]吴迎新,伍永刚.水电站群调度系统的易扩展性和通用性设计[J].华中电力,2002,15(2):12-14.
[3]何振锋,伍永刚.通用型水库调度决策支持系统设计分析[J].水电自动化与大坝监测,2006,30(4):69-72.
[4]施建强.基于构件技术的水库调度系统研究与实现[J].计算机工程与设计,2004,25(2):291-294.
框架式高层房屋建筑模态分析 篇7
关键词：模态分析,有限元法,框架结构,高层建筑
1 模态分析理论
1.1 模态分析简介
所谓的模态分析就是确定结构系统的振动特性,得到结构的固有频率和各阶振型,它们是结构承受动力荷载设计中的重要参数。它的主要优势在于计算一组正交向量之后,可以将大型整体平衡方程组缩减为数量相对较少的解耦的二阶微分方程,这样能有效的节省时间。而且计算结果能帮助我们对结构响应进行定性的判断,并提供相关结构概念设计需求。对于结构体系而言,共振会造成结构系统破坏。因此为了防止共振现象的发生,就要了解系统的固有振动频率及各阶振型,进而避免外力频率和结构系统的固有频率相同或接近。
1.2 模态分析基本原理[1,2]
在结构动力分析中,结构动力响应的求解是基于结构中质量系统的动力平衡方程来完成的,基于经典的物理定律,式(1)给出了一个N自由度线形系统的动力平衡方程,它是一个关于时间的函数:
其中,[M],[C],[K]分别为系统的质量、阻尼、刚度矩阵;[x],[F]分别为系统各点的位移响应向量和激励力向量。式(1)是一组耦合方程,当系统自由度很大时,求解十分困难。将耦合方程变化为非耦合的独立方程组,这就是模态分析必须解决的问题。模态分析方法就是以无阻尼的各阶主振型所对应的模态坐标来代替物理坐标,使微分方程解耦,变成各个独立的微分方程。对式(1)两边进行拉式变换,得:
(s2[M]+s[C]+[K]){x(s)}={F(s)} (2)
令s=jω,则式(2)变为:
([K]-ω2[M]+jω[C]){x(ω)}={F(ω)} (3)
引入模态坐标,令{x}=[φ]{q},其中,[φ]为振型矩阵;[q]为模态坐标,代入式(3)有:
([K]-ω2[M]+jω[C])[φ]{q}={F} (4)
根据振型矩阵对于质量、刚度矩阵的正交性关系,有:
若阻尼矩阵也近似被对角化,即有:
对式(1)乘[φ]T得:
([Ki]-ω2[M]+jω[Ci]){q}=[φ]T{F} (7)
这样相互耦合的N自由度系统的方程组经正交变换,成为在模态坐标下相互独立的N自由度系统的方程组,解耦后的第i个方程为:
(Ki-ω2Mi+jωCi)qi=∑φij[φ]TFj (8)
其中,Ki,Mi,Ci分别为模态刚度、模态质量、模态阻尼;φij为模态振型。
从式(8)中可知,采用模态坐标后,N自由度系统的响应相当于在N个模态坐标下单自由度系统的响应之和。采用归一化方法,使模态质量归一,记模态质量归一化振型为Φ,即:
[Φ]T[M][Φ]=[I] (9)
[Φ]T[K][Φ]=[ω2] (10)
可知,Ki为模态固有频率;N自由度系统有N个固有频率。
2 计算模型的建立
2.1 工程背景
某一框架式结构建筑,总高45 m,14层,底层高6 m,其余层高3 m。结构平面图如图1所示。
其主要承重构件的截面尺寸及材料属性如表1所示。为了计算方便钢筋混凝土的密度统一为2 500 kg/m3。
2.2 有限元模型
建模过程中,本文采用了两种单元类型:Beam4和Shell63。Beam4是一种可用于承受拉、压、弯、扭的三维弹性梁单元。这种单元在每个节点上有6个自由度:x,y,z三个方向的线位移和绕x,y,z三个轴的角位移。Shell63单元可以同时承受壳面内、外的荷载,具有壳单元算法和膜单元算法,而且还考虑了应力刚化效应以及大变形效应。用其模拟本结构中的楼层板。划分后的模型共有47 330个节点、52 952个单元。模型及划分单元见图2。
3 边界条件及荷载
3.1 边界条件
对与地面接触的框架柱施加x,y,z方向的零位移约束,如图3所示。本例采用Block Lanzcos模态法提取前6阶模态,模态分析采用扩展模态法。
3.2 计算荷载
模态分析考虑整体结构的固有频率,频率大小的变化直接反映结构刚度的变化。模态分析计算时只需考虑结构自重下的荷载工况,各构件自重均在有限元软件中设置参数自动施加,结构密度2 500 kg/m3,重力加速度取9.8 m/s2。
4 计算结果
采用有限元软件对结构的空间刚架模型进行模态分析计算,得到结构前8阶模态分析的固有频率及振型贡献率(见表2)。由计算结果可以看出结构在x,y,z方向的振型贡献率均已超过了90%,所以采用前面8阶振型的模态分析已满足分析的要求。各阶模态振型见图4～图11。
由表2分析可以看出Ux,Uy,Uz前8阶振型总贡献率都大于90%,说明截取前8阶振型已经满足分析要求了。第1阶振型贡献率Ux=0.865 9,说明第1阶振型属于x方向的平动,且为该码头x方向的主要振型;第2阶振型属于y方向的平动,为该房屋的y方向的主要振型;第3阶振型为xy平面的转动;从第6阶振型开始竖向的振动加强,且产生平扭耦合效应。计算得出的前3阶振型的固有频率比较相近,在实际使用过程中最容易引起结构的共振。在使用过程中,无论是结构纵向还是横向都应避免使用与前3阶振型固有频率相近的频率。
5 结语
由以上分析可以得到以下结论:
1)第1阶～第3阶频率从0.376 6 Hz～0.457 7 Hz,振型为平面内的水平运动,没有垂直方向的运动,楼板四周边缘对位移没有明显的约束,位移最大,第1阶～第3阶振型不同,但接近的频率和振型表示它们有类似的成因,可认为是同一族模态。第1阶、第2阶的振型贡献率较大将近达到90%,较容易被激发,如果有荷载的水平激励时,第1阶、第2阶在振动响应中占有主导性作用。
2)第4阶～第8阶频率从1.195 9 Hz～2.292 7 Hz,振型主要为以底层梁柱嵌固点为对称点的反对称弯曲模态,在对称点的两侧形成以嵌固点为结点的波浪形状,同时在水平方向也有小幅运动。以嵌固点为对称点的反对称的水平运动模态,在对称点的两侧形成以嵌固点为结点的波浪形状和垂直方向的弯曲一起构成了一个空间运动模态。该阶模态如果有荷载的垂直激励时,在振动响应中占有主导性作用。
3)由于框架结构复杂,不能采用一般的传统计算方法进行模态分析,而应采用结构专业软件进行分析。本文分析结果表明,有限元法是一种比较合适的分析方法。
4)ANSYS是成熟的工程分析软件,具有丰富的单元库和完善的计算工具。在进行高层建筑模态分析时,只要建模正确,单元及模态分析法选择适当,所得到的计算结果准确性就很高。通过ANSYS模态分析获得了本高层结构的自主振动周期,从而避免了由于场地主振动周期相同或相近造成的共振问题。
参考文献
[1]杨康,韩涛.ANSYS在模态分析中的应用[J].佳木斯大学学报(自然科学版),2005,23(1):81-84.
[2]彭如海,刘杰.刚架模态分析的弹性支承梁法[J].河海大学学报,2002,30(2):9-13.
[3]易日.使用ANSYS6.1进行结构力学分析[M].北京:北京大学出版社,2002.
[4]尚晓红.ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用[M].北京:中国水利水电出版社,2007.
[5]李围.ANSYS土木工程应用实例[M].北京:中国水利水电出版社,2007:7-9.
《微观经济学》框架式教学探讨 篇8
关键词：《微观经济学》,均衡分析,消费者,企业
一、问题的提出
西方主流经济学理论体系,其主体内容来源于经济学理论发展史的两次革命(第二次和第三次)。其中“边际革命”(第二次革命)产生了新古典经济学理论体系;“凯恩斯革命”(第三次革命)产生了凯恩斯主义理论体系。二战后,以萨缪尔森为代表的新古典综合学派对这两大理论体系进行了综合,将主要研究微观经济主体行为的新古典经济学理论归纳为《微观经济学》;将主要研究总体经济运行的凯恩斯主义理论归纳为《宏观经济学》,由此得到西方主流经济学的理论框架。这一理论体系引入国内后,为了与马克思经济学理论体系相区分,我国理论界称之为《西方经济学》。
在我国大学本科高等教育阶段,《西方经济学》尤其是《微观经济学》的学习,可以让学生理解经济学的基本概念、基本原理,掌握经济分析的基本逻辑、思维范式。当前,《微观经济学》已成为经管类专业本科生的经济基础课,甚至成为很多其他专业本科生的人文素质教育课程。但由于《微观经济学》是一个内容繁多、结构复杂的系统性理论体系,对逻辑推演和数理分析能力有一定的要求。该课程教学中,普遍感觉教师教得辛苦、学生学得吃力。对这样一门体系严密、逻辑关联性强的基础理论性课程,教师通过框架式教学,引导学生从整体上把握整个理论体系,掌握各部分理论之间的逻辑关系,可以帮助学生更好地掌握经济学的思维方式和经济学分析的基本思路,为学生在专业课程的学习上打下更加扎实的基础。
二、《微观经济学》理论体系与结构
《微观经济学》研究稀缺性条件下的资源配置问题,涉及的概念、理论繁多。国内本科教学中该课程课时安排一般在48~72课时之间,教师在教学内容安排上普遍感觉课时不够,为了有效利用有限的课时,不降低课程教学质量,教师需要提纲挈领的把握课程的核心内容,教学的重点应该在主要理论框架的搭建,而不是一味地追究某些具体理论问题的细节。从课程的理论体系和结构的整体来看,《微观经济学》的研究对象是“两个市场上的两个主体”,内容包含“七大主要理论”。
1.两个市场上的两个主体。《微观经济学》研究市场经济制度下经济运行的一般规律,以微观主体行为分析为出发点。经济运用涉及两类市场:产品(商品)市场和要素市场;市场交易双方是相同的两个微观主体:消费者和企业。在产品(商品)市场上,企业生产并销售产品(商品)是产品(商品)市场的供给方;消费者购买并消费产品(商品)是产品(商品)市场的需求方。在要素市场上,消费者拥有并销售原始生产要素(劳动、资本、土地和企业家才能四类),是要素市场的供给方;企业购买并使用要素进行生产是要素市场的需求方。两类市场上这两个微观主体的关系如下图1所示。
2.七大主要理论。《微观经济学》内容丰富,包含众多的经济学理论,但如果围绕“微观主体理性行为及其结果”这一逻辑主线,本课程主要包含以下七大主要理论:供求均衡理论、消费者均衡理论、生产者均衡理论、市场均衡理论、要素市场供给理论、要素市场需求理论、一般均衡理论。其中,消费者均衡理论主要分析消费者在产品市场上的消费行为;生产者均衡理论和市场均衡理论主要分析企业在产品市场的供给行为;要素市场供给理论主要分析消费者在要素市场的供给行为;要求市场需求理论主要分析企业在要素市场的需求行为;一般均衡理论探讨所有市场同时均衡的可能性和条件;市场均衡理论阐述了消费者和企业理性选择下供给规律和需求规律的相互均衡。这七大理论基于“经济人假设”,分析微观主体(消费者和企业)理性选择及其后果,从而得出市场经济运行的基本规律。各个理论之间的逻辑关系如图2所示。
三、《微观经济学》的基本研究方法与内容
通观《微观经济学》的主要理论,其核心问题是分析如何实现稀缺资源的最优配置。对应“两个市场上的两个主体”这一研究对象,资源配置问题主要有四个方面:一是消费者通过将既定收入在产品市场上进行最优配置以实现效用最大化;二是生产者基于成本收益决定要素的最优使用量(即决定产量)以实现效用最大化;三是消费者将拥有的既定原始生产要素在要素供给和保留自用两种用途上进行最优配置以实现效用最大化;四是生产者通过将既定成本在要素市场上进行最优配置以实现利润最大化。这四方面的资源配置问题,新古典经济学(即《微观经济学》理论)的基本研究方法是均衡分析法,主要内容包括均衡的决定和均衡的变动。以消费者均衡理论为例,消费者均衡理论的主要内容是消费者均衡的决定分析及消费者均衡的变动分析。消费者均衡理论通过构建一个简化模型来分析消费者的消费行为。假定收入既定,消费者将全部收入分配于两种商品的消费上,以获得效用最大化。这部分分析存在基数效用论和序数效用论两种理论。
1.消费者均衡的决定。消费者均衡的决定是指如何得到给消费者带来最大效用水平的最优商品消费组合。(1)基数效用论假定效用水平可以具体衡量,可以构建相关效用函数,通过求解预算约束条件下的效用函数最大值,并可得到消费者效用最大化条件。结论为消费者均衡条件是两种商品的边际效用与价格之比相等,即消费者花费在每种商品上的最后一单位货币带来的效用水平必须相等。(2)序数效用论认为效用水平不能具体衡量,只能相互比较高低,因此不能构建相关效用函数。运用无差异曲线和预算线两个分析工具,得到消费者均衡条件为两种商品的边际替代率与其价格之比相等,即两种商品按照效用水平的交换比例与按照价格水平的交换比例必须相等。无论是基数效用还是序数效用论,消费者均衡的决定关注的是达到均衡的条件,以及均衡条件下的均衡状态。对于均衡取得的过程,以及非均衡状态的特征并不关注。两种理论下消费者均衡决定都是采取了静态均衡分析方法。
框架式开发在电信项目中的应用 篇9
就现阶段而言,电信项目大多采用结构化或面向数据结构的开发方法。结构化开发方法是由E.Yourdon和L.L.Constantine提出的,即所谓的SASD方法,也可称为面向功能的软件开发方法或面向数据流的软件开发方法。Yourdon方法是80年代使用最广泛的软件开发方法。它首先用结构化分析(SA)对软件进行需求分析,然后用结构化设计(SD)方法进行总体设计,最后是结构化编程(SP),它给出了两类典型的软件结构——变换型和事务型,使软件开发的成功率大大提高。面向结构的开发方法是指把问题分解为可由三种基本结构形式表示的各部分的层次结构,三种基本的结构形式就是顺序、选择和重复,这三种数据结构可以进行组合,形成复杂的结构体系。这两种开发方法都为电信项目的开发做出了突出的贡献,但它们在后期维护过程中以及在应对变化频繁的需求的时候就显得力不从心了。
框架式软件开发的出现可以弥补上述不足,其核心思想是将电信业务中的某一部分需求进行抽象分析,总结其特点并找出这部分业务中稳定性较高的部分和变化频繁的部分,将这两部分剥离开,把稳定性较高的部分形成通用函数库,把变化较频繁的部分提取出来做成可编程部分,两者通过松耦合的方式结合。这种开发方法,能够清晰地分离关注点,实现程序的模块化和重用性,降低了系统开发的复杂度,提高了可维护性。
1 框架式开发的核心概念及优势
1.1 框架的概念
框架是一个解决一类应用的、具有一定风格的、抽象化的软件结构。它具有如下含义:
(1)框架是由各个软件部件及其相互关系组成的总体计算结构。
(2)框架是抽象化的。问题域的不变性,通常将构成框架的结构元素及其关系,在这个框架的任何应用实例中,它保持不变。问题域的可变性,表示了框架内那些性质确定,但是其值需要在具体应用时进行适配的部分。问题域的特性,表达了问题域中的具体需求,在实际应用时,成为被框架回调的应用软件,比如时间调度服务器中的服务创建者。
(3)一个框架通常只适用于给定领域。首先,只有领域比较确定,才能对变量进行良好地抽象;其次,框架一旦建立,其相对固定的结构通常不适用于其他的领域。
(4)框架体现为一种特定的风格,即它对变量的分类、关系的建构,通常是相对固定的,并可以表现为某些设计技巧。
因而,框架具有高度的可维护性。框架本身就是一个支持软件的可变化性的结构,并且可以把软件的可管理性抽象为框架中的一个基本部件。它对于长期的或者大中型软件开发将变得容易,而一个有生命力的应用软件,其维护工作本来就是长期的。
1.2 框架式软件开发的优势
(1)框架将成为一系列软件的核心和基础。
框架是给定领域的软件结构,这个领域内有多个应用问题,其中一些问题的组合即成为某个软件的需求。因而,框架可以适合于这些应用问题的多个组合。
(2)软件开发过程将遵从框架规范。
框架一旦建立,即已经定义了某些变量的内涵、外延,定义了一些变量之间的关系,定义了不变性、可变性和特性之间的边界,软件开发过程需要、也将符合这些定义。
(3)软件的开发可以迭代式进行。
根据框架的特性,软件的子部件可以一个一个地配置到框架中。这样,可以先完成软件的一个功能,再开发下一个功能;可以先交付一个软件版本,再准备下一个版本。
(4)软件的迭代式开发将改良框架。
在软件的开发过程中,必然会向框架提出新的需求,或者把一些新的特性抽象为框架里的共性,或者删除框架的一些元素,或者重构框架里的元素关系等。
2 框架式开发在电信项目中的设计
一个完整的电信项目是由很多部分组成的,例如CRM-大客户关系管理部分、营业受理部分、准实时计费部分、批价预处理部分、销账部分等。各个项目的各个组成部分并不是互相独立的,他们有的通过数据库共享的方式,有的通过接口文件,有的通过TCP/IP协议包进行通信,因此,可以抽象的认为整个电信项目就是一个大框架,是由各个模块拼装而成的。如图1所示。
图1中的每一个部分都能够成为一个独立的项目,在决定是否采用框架式软件开发之前应该明确框架的应用范围,不能因为框架式开发的诸多优点,就毫无选择的全部采用框架式的软件开发模式,在决定采用框架式开发的项目中应遵循以下几点设计原则:
(1)业务流程可被分离成基本不变部分和变化较多部分,基本不变化的部分例如基础查询,变化较多部分例如营业受理中的资费套餐。
(2)对于变化较多的部分,有一定规则可遵循。规则通过可配置的方式实现,以增加框架的灵活性。
(3)遵循变中求静的原则,软件随着需求将永远处在变化之中,因此需要关注这些变化,并且把它们的影响控制在一定的范围之内。首先,在方法上,区分问题域内的特性和共性、可变性和不变性,特性是变,共性是静;可变性是变,不变性是静。其次,在设计上,采用参数化、分离等策略解耦这些变化和不变。
下面以电信业务中批价预处理模块为例来说明在框架式开发的设计过程。
一个项目如果要用框架式的方法进行开发就必须得对项目的需求进行详细的整理分析,总结其特点。电信业务中批价预处理模块的需求简述如下:预处理模块主要的工作是把交换机所下发的文件进行第一次分析,然后二次分发的过程,下面对预处理的过程中的细节部分进行简要分析。
(1)交换机下发的文件类型:
文件类型可能是语音文件,可能是短信文件,可能是流量文件,也有可能是其他文件。这些文件都是文本格式的文件,每组的每个文件都由文件头,文件体,文件尾三部分中的某几个部分组成,但是每个文件一定包含文件体,文件头和文件尾可有可无,他们都是由一行文本文件组成,每种类型的文件的名字由有规则的字符串构成,例如流量文件的名字可能是XSTR+8位时间+6位流水号+.txt(可能的一个文件名字是 XSTR20090404000001.txt)。
(2)文件的处理方式:
每一个类型的文件都由专门的进程进行处理,处理原则是对根据目标文件对原始文件进行解读,从中提取必要信息,对必要信息进行转换分析,然后写到指定文件。其实以上过程是一个信息转换的过程,例如语音类型的文件,原始话单中有本方号码字段,则通过程序进行运算查找,可得出目标文件中所需要的本方所在位置字段,以及通话所在地等字段信息。
(3)处理结果:
处理后的文件放在指定的输出目录。根据以上叙述总结出如图2所示的处理流程图。
从这个过程看,变化的只是要处理的文件、处理规则以及根据处理文件和处理规则得到的不同的处理结果,那么批价预处理模块的开发框架就有了整体架构,如图3所示。
从图3可以看出,项目前期的开发将集中在函数库的建立以及框架的搭建上,这些是基本不可变部分,而图中的可配置部分则是变化部分,当需求发生变化时则只需要在这个框架下配置相应的参数就可完成相应变动,减少了维护量也同时节省了时间。
3 电信批价预处理模块的实现
3.1 函数库的建立
函数库的建立不是一次性形成的,是随着项目的建立逐步建立起来的,函数库用C语言建立,采用通用的格式,例如:返回值 函数名(类型 传入参数1, 类型 传入参数,……,[类型 传出参数1],[类型 传出参数1],[……]);一个典型的例子是:
}该函数的作用是根据电话号码查找出该号码的区域信息以及拥有该号码的人的账号信息,其他的函数可根据实际需要建立。
3.2 主框架程序的建立
主框架程序也是用C语言书写:
int main(int argc, char *argv[]){
(1)根据输入参数读取保存于数据库中的配置规则。
(2)将配置规则输出到磁盘,形成C语言源文件。
(3)通过shell调用Linux下的make程序,进行动态编译C语言程序。
(4)如果编译成功,则定时根据参数输入扫描文件,并将文件读入内存,同时调用该动态生成的处理程序,对文件进行处理,输出。
(5)如果编译不成功,则将错误反馈到屏幕,程序退出。
}
以上完成了框架的主体部分,框架对于需求变化的适应是通过改变保存于数据库中的配置规则来实现的,规则的书写也要遵循C语言的语法规则书写,它可以调用项目的函数库来达到对文件进行预处理的目的。
注:所有程序的运行环境为Linux。
4 框架式开发注意事项分析
框架式软件开发虽然给对于应对变化的需求和后期维护带来了便利,但它也并不是完美的,不足如下:
(1)结构比较复杂。框架要适应多个应用时,往往会有多层次的抽象、复杂的配置;并且以框架为内核的软件,将是更加复杂的。
(2)第一次开发的起点要求比较高。首先,要开发出一个良好的框架需要经验、技术和时间;其次,对于使用新框架的开发人员,理解它需要较高的代价,而多数现实情况是,软件第一版本的发布时间,对确定它的市场价值至关重要。
(3)降低软件的运行速度。由于框架式软件的结构复杂,必然导致软件的运行速度的降低,因而,若应用对速度有严格营求,就应该谨慎地使用框架。
(4)需要一个高素质的框架设计失。比如:根据软件生命周期的原理,软件随着其应用的增加,必然导致其功能、复杂性的增长,最终达到饱和,从而完成它的使命;对框架而言,因为它需要应用在一个软件系列上,这个问题将更为突出。因而,框架设计师必须有能力解决这个问题。
5 结束语
综合衡量,使用框架式软件开发,在多数领域,非常具有优势,尤其是在应对像电信业务这样需求变化频繁、维护任务重的项目中优势尤为突出。如果能深刻地理解业务需求以及框架的内涵和外延,并能设计出良好的框架,这样无论是在提高工作效率,降低人工维护成本上,还是在提高电信运营商响应市场的能力上都会比以往有质的飞跃。
参考文献
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