静压系统

静压系统（精选10篇）

静压系统 篇1

摘要：针对广泛应用于培训、观光旅游和商务领域的CESSNA172R飞机飞行高度较低、易受对流层各种气流影响的特点, 分析其静压系统功能机及其常见故障, 并给出一些日常维护中的预防和应对措施。

关键词：静压,漏气,堵塞

一、静压系统组成及功能

CESSNA172R飞机静压系统为空速表、高度表和升降速度表提供静压气源, 用于这三种仪表的指示 (其中空速表还需要全压) , 同时通过高度编码器为应答机提供高度信号。主要由静压孔, 高度编码器 (用于应答机) , 备用静压源以及相关供气管道、高度表、空速表、升降速度表等组成。

1) 静压孔:静压孔位于机身防火墙后方外部左侧, 为单孔设计 (见图一) 。

2) 高度编码器:位于驾驶舱右座仪表板后部, 机身内侧与地图盒之间, 感受静压后转换为电信号为应答机提供高度信号 (见图二) 。

3) 备用静压源:如果机身外部静压孔被损坏或堵塞, 可以打开位于驾驶舱内中控台上的备用静压开关 (即拉出备用静压源手柄) , 此时由驾驶舱内空气提供静压, 而非飞机外部静压 (见图三) 。

4) 高度表 (见图四) 、空速表 (见图五) 、升降速度表 (见图六) 、应答机 (见图七) 均在仪表板上。

二、静压系统组成方框图及工作原理概述

工作原理概述:静压气源来自于两种形式:1、外界大气;2、驾驶舱内空气。当备用静压源手柄推入时, 静压气源来自外界大气, 当备用静压源手柄拉出, 静压气源则来自驾驶舱内空气。静压气源通过管路输送给高度表内部的膜盒, 通过膜盒形状的改变转化为变化的电信号后, 由指针指示当前飞行高度;静压气源还将输送给空速表, 同时空速表接受来自全压管路的全压, 将全压与静压的压力差转换为电信号, 控制指针指示当前空速;静压气源输送至升降速度表, 升降速度表内有膜盒, 静压输送进来后一路到膜盒外部, 一路进入膜盒内部, 进入膜盒内部的静压会比到膜盒外部的气压延迟, 升降速度表就是将延迟转换为电信号控制指针指示当前升降速度;静压气源输送至高度编码器, 高度编码器感受到静压后, 直接转换为电信号, 输送给应答机, 再由应答机发送至地面告知其飞行高度。

三、静压系统故障浅析

静压系统比较常见的故障为仪表故障和管路问题。这里只浅析管路常见故障。管路的常见故障一般为漏气或堵塞。如果管路漏气或者堵塞, 将会造成仪表指示误差。第二节简述了整个静压系统的工作原理, 从原理上分析就能很明白的知道管路的渗漏或堵塞对于相关指示仪表的影响。管路轻微漏气对相关仪表的影响不是很明显, 因此, 下面只分析管路严重漏气和堵塞时的情况。

3.1漏气

a) 漏气会导致管路内静压变小, 由高度越高气压越低得知相当于高度变高, 此时高度表的指示会比实际高度高, 应答机由于同样原因会传输错误的高度信号。

b) 根据Pt (全压) =P0 (静压) +Pd (动压) 得知, 由于全压是不变的, 静压减小就会导致动压增大, 此时空速表的指示也会比实际空速大。

c) 在管路漏气的瞬间, 升降速度表由于出现膜盒内外气压差, 指针会出现极短暂的摆动现象, 由于膜盒内外压差会迅速平衡, 所以指针摆动一下之后会很快指示当前飞机升降姿态的正确数值。

3.2堵塞

a) 静压管路堵塞时, 静压将保持恒定值, 不会因为高度的变化而发生改变。因此, 从高度表、高度编码器、升降速度表的工作原理我们知道, 因为它们完全是由静压的变化而改变指示的, 当静压不变时, 无论飞机以何种姿态、多高高度飞行, 这三个表提供的始终是静压管路堵塞时的数据。

b) 对于空速表而言, 由公式Pt (全压) =P0 (静压) +Pd (动压) 得知, 存在全压变小或变大两种情况: (1) 飞机爬升时, 全压逐渐减小, 由于静压不变, 所以动压也会减小, 动压减小则空速表的指示会小于实际空速。 (2) 飞机下降时, 全压逐渐增大, 由于静压不变, 所以动压也会增大, 动压增大则空速表的指示大于实际空速。

四、静压系统注意事项

由于静压系统的工作正常与否直接关系到大气数据仪表工作是否正常, 而静压孔直接暴露在外界, 在飞行中容易进入空气中的杂质、蚊虫, 所以对静压系统的日常维护尤为重要。

根据静压系统管路的特点, 日常维护中应注意:

1) 确保静压管路的清洁, 检查整个管路有无渗漏和堵塞。

2) 重新安装管路或相关仪表时, 确保管路与仪表之间连接正确。

3) 如果需要对管路进行吹洗, 首先必须脱开管路与仪表的连接, 否则可能会因为静压突然增大造成仪表的损坏, 然后由仪表板后管路向静压孔方向吹洗。

4) 根据CCAR-91和CCAR-43部规章相关规定, 每两年需要对全静压系统进行一次全面校验。

浅谈静压桩施工技术 篇2

关键词：静压桩 施工技术 质量控制

一、静压桩沉桩机理

沉桩施工时，桩尖刺入土体中时原状土的初应力状态受到破坏，造成桩尖下土体的压缩变形，土体对桩尖产生相应阻力，随着桩贯入压力的增大，当桩尖处土体所受应力超过其抗剪强度时，土体发生急剧变形而达到极限破坏，土体产生塑性流动（粘性土）或挤密侧移和下拖（砂土），在地表处，粘性土体会向上隆起，砂性土则会被拖带下沉。在地面深处由于上覆土层的压力，土体主要向桩周水平方向挤开，使贴近桩周处土体结构完全破坏。由于较大的辐射向压力的作用也使邻近桩周处土体受到较大扰动影响，此时，桩身必然会受到土体的强大法向杭力所引起的桩周摩阻力和桩尖阻力的抵抗，当桩顶的静压力大于沉桩时的这些抵抗阻力，桩将继续刺入下沉。反之，则停止下沉。

压桩时，地基土体受到强烈扰动，桩周土体的实际抗剪强度与地基土体的静态抗剪强度有很大差异。随着桩的沉入，桩与桩周土体之间将出现相对剪切位移，由于土体的抗剪强度和桩土之间的粘着力作用，土体对桩周表面产生摩阻力。当桩周土质较硬时，剪切面发生在桩与土的接触面上；当桩周土体较软时，剪切面一般发生在邻近于桩表面处的土体内，粘性土中随着桩的沉入，桩周土体的抗剪强度逐渐下降，直至降低到重塑强度。砂性土中，除松砂外，抗剪强度变化不大，各土层作用于桩上的桩侧摩阻力并不是一个常值，而是一个随着桩的继续下沉而显著减少的变值，桩下部摩阻力对沉桩阻力起显著作用，其值可占沉桩阻力的50～80%，它与桩周处土体强度成正比，与桩的入土深度成反比。

二、静压桩施工

（一）静压桩施工的要求

1、静力压桩与锤击相比具有无噪音、无震动、无污染、安全等优点，但在饱和软粘土地区压桩与打桩一样，都可能产生超静孔隙水压力。压桩期间，应由建设单位委托有资质的监测单位对已有建筑物和管线进行跟踪动态监测。

2、要做好施工现场的排水工作，以保证在沉桩过程中场地無积水，施工用水、用电已接入到施工现场规定之处。

3、检查打桩机械设备、起重机具、压力表等。

4、压桩机安装必须按设备说明书和有关规定程序进行。

5、启动门架支撑油缸，使门架微倾15度，以便插预制桩。

6、当桩尖插入桩位后，微微启动压桩机油缸，待桩入土至50厘米时，再次校正桩的垂直度和平台的水平，然后再启动压桩机油缸，把桩徐徐压下，施工速度一般控制在2米/分钟以内即可。

7、当压桩力已达到两倍设计荷载或桩端已达到持力层时，应随时进行稳压。

8、压桩施工时，应派专人或开启自动记录设备，做好沉桩施工记录。

9、沉桩施工前，应先试桩。试桩数量不少于两根，以确定贯入度及桩长，并校验压桩设备和沉桩施工工艺及技术措施 否符合实际要求。

（二）静压桩施工顺序及工艺流程

测量放线→桩机就位→起吊预制桩→稳桩→压桩→接桩→送桩→检查验收→转移桩机。

（三）静压桩施工准备

1、施工前，场地要达到“三通一平”要求，使施工桩机设备能顺利进入施工现场。

2、熟悉施工图纸，参加设计图会审，做好施工放线工作。编好桩位号和压桩行走路线程序等各项准备工作。

3、做好现场清理地下空间障碍物工作，如旧建筑物的基础防空洞、地下管线等。

4、边桩与周围建筑物的安全距离应大于4米以上，压桩区域内的场地边桩轴线外5米范围用压路机压实。

5、为做好静压桩施工控制，必须备足要的测量仪器。

三、施工各环节的质量控制

（一）压桩：桩在压入的初始阶段是否垂直，是保证整根桩垂直的关键。在压桩时严格监控桩位偏移情况，可减少打桩时因偏心或局部受力而使桩身桩头发生破损的机会，桩在压人1m左右后应停止压桩，再次校正桩在竖直两个方向的垂直度后继续施压。此外还应注意要采用合理的压桩顺序，一般情况下不同的桩基应先深后浅、先大后小、先长后短；同一单体建筑物或群桩承台应先施压场地中央的桩，后施压周边的桩，毗邻其它建筑物时，由毗邻建筑物向另一方施压。沉桩速度不能过快，当桩尖遇到硬土层或砂层而发生沉桩阻力突然增大时，可采用忽停忽压的冲击施压法。

（二）接桩：当下节桩的桩头距地面1—1.2m时，即可进行焊接接桩，桩对接前应用钢刷将上下端的钢板清刷干净，用导向箍引导就位，使上下节桩顺直后再开始焊接，焊接层数不得少于二层，焊缝应饱满连续，焊好后应自然冷却10分钟以上可施压，严禁用水冷却和焊接后立即施压。

（三）终压：终压标准应考虑桩型、桩长、桩周土特性、桩端土特性及单位桩竖向极限承载力标准值等因素。①当桩长﹥21m时，终压力按设计极限承载力取值②当桩长﹤21m且﹥14m时，终压力按设计极限承载力的1.1—1.4倍取得③当桩长﹤14m时，终压力按设计极限承载力的1.4—1.6倍取值。

四、静压施工常见的质量问题

静压法施工预应力桩属于挤土类型，往往由于沉桩时使桩四周的土体结构受到扰动，改变了土体的应力状态，产生挤土效应；桩机施工过程中焊接时间过长；桩的接头较多而且焊接质量不好或桩端停歇在硬夹层；施工方法与施工顺序不当，每天成桩数量太多、压桩速度率太快、布桩过多过密，加剧了挤土效应。

（一）沉桩时由于地质勘察报告中未能特别强调浅层障碍物及局部的土层分布深度和性质，导致沉桩时遇到浅部（3—4M）的老基础、大孤石，较深部（20M左右）的硬塑老粘土和非常密实砂层、沙砾石层等情况无法施工。

（二）静压桩机机械维修不及时，如液压系统漏油导致桩机支撑下滑；静压桩机自重加配重总重量大，桩机基础如不平整坚硬，沉桩过程中，桩机容易产生不均匀沉降，桩身极易发生偏移；施工中桩身不垂直，桩帽、桩身不在同一直线上；接桩时桩身、桩帽不在同一直线上；施工顺序不当，导致应力扩散不均匀；尤其是有地下室深基坑的承台相邻桩身过近过密，使先施工的一边已有也洞，再施工一面时桩身极易滑动；沉桩过程中遇到大块坚硬物，把桩挤向一侧；采用预钻孔法时，钻孔垂直偏差较大，沉桩过程又沿着钻孔倾斜方向发生偏移；桩布置过多过密，沉桩时发生挤土效应；基坑开挖方法不当，一次性开挖深度太深，使桩的一侧承受很大的土压力，使桩身弯曲变形。

（三）施工过程中由于斜桩现象的出现或桩端、送桩杆不平整导致桩端应力集中，使桩帽滑落或桩头爆裂；桩机施工压力值超高；桩机施工过程中桩机擅自移动机架进行校正桩位、桩身垂直度，导致桩身断裂；施工结束后人工凿桩野蛮施工以及桩机施工后不合理的土方开挖；桩身材料质量。

（四）施工过程中由于挤土效应可能引起局部桩身抬高。尤其是端承桩或端承摩擦桩会由此引起基础不均匀沉降。

结语：静压桩的沉桩机理非常复杂，与土质、土层排列、硬土层厚度、桩数、桩距、施工顺序、进度等有关。相信随着工程实践的不断丰富，能很好地控制静压桩的施工质量。

参考文献：

[1] 谭巍，浅PTC管桩静压施工技术

球阀静压寿命试验控制系统的研制 篇3

“PC机+运动控制卡”是近年来国内外开放式运动控制系统发展的主流。该模式以PC机作为信息处理平台,运动控制卡以插卡形式嵌入PC机,把PC机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器的运动控制能力就有机地结合在一起,具有信息处理能力强、开放程度高、运动控制准确、通用性好的特点。

本控制系统采用“PC机+运动控制卡”方案,根据国家标准《球阀静压寿命试验规程》JB/T 8861-1999中规范要求进行设计,适合对球阀产品进行静压寿命试验,可实时观察试验过程检测数据,为产品质量检验提供依据。

1 控制系统硬件设计

1.1 试验系统原理及要求

静压寿命试验系统原理图如图1所示。试验的介质为常温水。整个系统主要由试验水路和带动球阀手柄(轮)进行启闭动作的驱动机构组成。试验水路由水箱、水泵、压力表、稳压罐、电磁阀和液压泄放阀等构成;驱动机构由步进电机、丝杠、导轨、伺服电机、减速器和球阀手柄(轮)夹紧装置构成。静压寿命试验时,球阀从全关保持密封位置为起点,阀门的开度应达到其实际开度的100%;球阀从开启位置到关闭的过程,体腔内应充满水并带压,水压力为90%~100%的阀门公称压力;到达关闭位置后,球阀的出口侧应将水压力释放。球阀在水的压差条件下开启。试验时,应按以球阀操作试验测量得到的最大启闭力矩操作,操作力矩不得超过一人用球阀所配带的驱动手轮所能产生的力矩或产品标准规定的操作力矩。

1.水箱2.水泵3.压力表4.稳压罐5.阀前电磁阀6.阀前压力表7.被测试阀门8.步进电机9.导轨10.丝杠11.伺服电机12.减速器13.手柄(轮)夹紧装置14.阀后压力表15.阀后电磁阀16.液压泄放阀

1.2 控制系统组成及硬件配置

根据静压寿命试验系统的控制要求,组成如图2所示的控制系统。控制系统硬件组成采用“PC机+运动控制卡”控制方案。PC机负责人机交互界面的管理和试验控制系统的实时监控等方面的工作(例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、控制指令的发送、外部信号的监控等等);运动控制卡完成运动控制的所有细节(包括脉冲和方向信号的输出、模拟输出、自动升降速的处理、限位开关等信号的检测等等)。控制卡采用深圳固高公司GT200-SV运动控制卡,驱动机构的定位系统采用麦氏科技86HB系列步进电机和MSD06 6A步进电机驱动器,带动手柄(轮)进行启闭动作的驱动系统采用安川公司的SGMGH-13ACA31永磁式交流伺服电机和SGDH-15AE交流伺服驱动器。

基于PCI总线的GT200-SV运动控制卡,采用PCI总线与PC相连,数据通过双端口RAM在上下位机间传送。双端口RAM是一种特殊的随机存储器,它具有两组数据总线和地址总线,在地址不冲突的情况下,两组总线可以在同一时间并行地访问不同的存储器单元[1]。双端口RAM的这种特殊结构使得上下位机可以快速地进行大规模数据交换,大大提高了主机与DSP运动控制卡的并行处理能力,解除了以往主从式系统CPU间通讯的瓶颈。控制卡上装有16位分辨率、-10V~+10V的模拟量输出和12位分辨率、-10V~+10V的A/D转换输入信号,单路A/D转换最高采样速率达到50KHz,为用户提供了8路单端模拟输入或8路双极性模拟输入和2路模拟输出通道,同时支持16路通用开关量输入、16路通用开关量输出和4路伺服允许、4路报警清除专用输出。此外,GT200-SV运动控制卡能以输出脉冲串形式控制伺服/步进电机的运动,最大脉冲输出频率可达1MHz,能精确地控制所发出的脉冲频率、脉冲个数及脉冲频率变化率,能满足伺服/步进电机的各种复杂的控制要求,可对电机进行位置控制、插补驱动、加速/减速等控制,并具有圆弧、直线插补功能。

1.3 控制原理

系统主要将试验过程控制中的压力传感器信号、限位开关信号、编码器信号等进行组合,根据其组合的结果控制继电器、电磁阀、伺服电机等的开闭,从而完成整个系统所要实现的的各种电气功能。步进电机驱动手柄(轮)加紧机构上升或下降使其达到合适位置,交流伺服电机通过减速器带动加紧机构旋转,实现球阀手柄(轮)的启闭动作,试验前用测力扳手测量球阀的开启和关闭时的最大操作力矩,作为初始的操作力矩输入值。交流伺服电机端部的增量式码盘被用于电机转子角位置的反馈,与伺服驱动器构成闭环控制方式,以监视球阀的启闭位置及启闭角度。本系统伺服电机采用扭矩控制模式,运动控制卡和伺服驱动器的接线方式如图3所示。

驱动器控制面板用户参数的设定如表1所示,把伺服电机控制模式设定为扭矩控制模式,运动控制卡向伺服单元发出模拟量电压指令形式的扭矩命令,则以与输入电压成比例的扭矩对伺服电机进行扭矩控制[2]。模拟量电压输入为+8.4V、+4.2V时分别表示电机正方向运转时扭矩为额定扭矩的100%、50%;模拟量电压输入为-4.2V时表示电机反方向运转时扭矩为额定扭矩的50%。

2 控制系统的软件开发

2.1 控制卡的软件介绍

GT200-SV被设计成用户可编程运动控制器,该控制器同时提供C语言编写的用户接口函数库和在Windows98/2000/NT环境下的动态链接库,利用里边的功能函数可实现高性能的控制功能。用户能够将这些控制函数与自己控制系统所需的数据处理、界面显示、用户接口等应用程序模块集成在一起,开发满足特定应用要求的控制系统[2]。

对于PCI卡,必须先在用户程序中加入:#include“GT200.h”,接着选择project-setting-link,在Object/library modules中输入GT200.lib,然后用户即可在程序中调用动态链接库中的函数[2]。可以实现对运动控制器的初始化,读取控制器的相关信息,设置ADC和DAC的偏移量,设置编码器常数等,运动控制器定时与上位机通讯,向运动控制器指定的地址或地址块写入和读取整型和浮点数据或数据块。试验控制程序流程图,如图4所示。

2.2 人机交互界面设计

针对静压寿命试验系统的特点,控制软件主要由参数设定、状态显示和动作控制三部分组成。如图5所示。

参数设定部分主要进行试验次数、开启停止位置、关闭停止位置、泄压时间、动作间隔时间和扭矩、水压的设置。设定好操作扭矩后点击“伺服电机顺时针旋转”按钮直到球阀位于关闭密封位置,以此时伺服电机编码器的反馈值作为关闭停止位置;接着点击“伺服电机逆时针旋转”按钮直到球阀位于全开位置,以此时伺服电机编码器的反馈值作为开启停止位置。参数设置完成后点击“参数更新”按钮将参数下载到运动控制卡中。

状态显示部分:当前实际完成的试验次数;阀前、阀后的实际水压;上限开关:显示驱动机构是否到达上限接近开关,当上限接近开关触发时,其对应的单选框被选中;下限开关:显示驱动机构是否到达下限接近开关,当下限接近开关触发时,其对应的单选框也被选中。

运动控制部分:进行阀门、泄压阀和水泵等的开启、关闭动作,以及试验的启动和停止动作。

3 结束语

该试验控制系统采用“PC+运动控制卡”的开放式硬件结构,通过运动控制卡控制伺服电机实现球阀以一定扭矩作用下开启和关闭,通过伺服电机编码器识别球阀的关闭密封位置和全开启位置,可满足球阀的静压寿命检验要求。同时,使用VC++设计的人机交互软件,操作简单,界面友好,可移植到其他相似的试验系统中去。

相对采用单片机或DSP等硬件作为控制器的硬件结构来说,该控制系统硬件结构方案可缩短了系统的开发周期,结构简单,可靠性高,而且保证了系统的稳定性,具有一定的推广价值和应用前景。

摘要：介绍了用于对球阀进行静压寿命试验的控制系统。该系统采用“PC+运动控制卡”的控制方案,运动控制卡产生模拟量信号对伺服电机扭矩控制,通过减速器带动球阀的手柄(轮)进行循环启闭动作。PC机作为上位机使用VC++设计人机交互界面软件,对试验过程各参数进行设置及实时监控。实际使用表明,该系统具有操作简单、自动化程度高,可靠性高等优点,且系统控制软件具有开放性,容易进行移植,方便对系统进行维护和操作。

关键词：球阀,静压寿命试验,运动控制卡,扭矩控制

参考文献

[1]丛爽,李泽湘.实用运动控制技术[M].北京:电子工业出版社,2006,86-90.

静压预应力管桩的设计施工 篇4

关键词 静压管桩；适用条件；管桩设计；施工控制；终压力

中图分类号 TU753 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)051-0128-01

1 静压预应力管桩发展概况

静压预应力管桩的使用是最早上海在20世纪60年代研究和应用的。到了20世纪80年代，随着压桩机械的发展和环保意识的增强，静压预应力管桩得到了进一步的推广和应用。而到了90年代，静压预应力管桩适用的建筑物不仅有多层和中高层，也可以在20-35层的高层建筑使用。目前在我国的大部分地区尤其是以武汉、上海、南京、广州及珠江三角洲等地区应用的较多。自2001年辽宁省引进该项技术后，由于预应力管桩具有施工工期短、承载力高及造价较低等优点，得到了迅猛发展及推广应用。本文针对静压预应力管桩在设计和施工中存在的问题进行了探讨。

2 静压预应力管桩的技术特点

静压预应力管桩在实践应用中解决了部分桩基础施工无法克服的问题，在市区、学校、医院等对振动、噪声、污染有严格要求的地区取得了较好的成果。静压预应力管桩在施工中利用了压桩过程中的直观性，解决了由于地质条件的复杂而产生的不可预见性，从而为桩基础设计提供了桩基承载能力的可靠性。

静压预应力管桩的主要优点如下：

1）施工时噪声小、振动小适合于在城市中和对噪声有要求的区域内的施工；2）施工过程中，桩身产生的应力比锤击法小，且在施工过程中不会出现拉应力，因此可以减少桩的配筋，降低造价。3）管桩在工厂中制作，质量安全可靠。在沉桩过程中可记录压桩全过程的压桩力，有经验的施工人员可根据终压力、桩的入土深度及土质情况比较准确的估算处单桩承载力；4）施工速度快，工效高，工期短。

静压预应力管桩的缺点和局限性：对场地要求高，在新填土、淤泥及积水浸泡过的场地施工会造成机器下陷。存在一定的挤土效应，在数量多布桩密集地区施工，会造成对旁边桩和建筑物的危害。静压预应力管桩在砂土地层施工时应对压桩的可行性应进行判断。

3 静力压桩适用的条件

3.1 土层的性质

静力压桩是依靠设备自身的重量克服压桩阻力，将桩沉至持力层的。在沉桩前应对土层的性质进行研究。对于高压缩性粘土层或砂性较轻的软粘土层，沉桩的成功率较高。而当土层含有砂层时，需根据砂层的厚度、相对密度、压桩能力等进行综合的

分析。

3.2 设备自身的能力

压桩设备有轻重之分，一根桩能否被压下去，与压桩设备大小有很大关系。根据沈阳地区桩端为砂土层的情况，静压桩的压入力与桩的极限承载力关系如下：

Qu=K·Q

式中：Qu—桩的极限承载力（kN）；

Q—压入力（kN）；

K—与土层有关的系数。

4 静压桩的设计

静压桩的设计内容包括：收集设计资料，选择桩型，桩身设计，选择桩端持力层，确定桩长、单桩承载力特征值、桩距、如何布桩，承台设计等。

4.1 确定桩型

辽宁地区一般选用高强度预应力混凝土管桩。桩径可视具体工程，一般选择直径300 mm~600 mm。同一工程中桩的规格、型号不应太多，以免造成施工混乱。

4.2 桩端持力层的选择

为了充分发挥预应力管桩的高强度特性（混凝土等级为C80），通常要把桩压到坚硬的持力层来得到较大的端承力。深基础滑动破坏面发生在桩底以上约6d和桩底以下约2.5d范围内，所以该范围内土层的性质对桩的承载能力十分重要，要求嵌入坚硬的岩石层。根据《建筑桩基技术规范》（jGj94-2008），静压桩全截面嵌入持力层深度，对于粘性土、粉土不宜小于2d，砂土不宜小于1.5d，随时土不宜小于1.0d。当存在软弱下卧层时，桩端以下持力层的厚度不宜小于4d。静压桩能观察到压桩力，所以桩端进入持力层的深度容易判断。

4.3 确定桩长

确定桩长时要对静压桩穿透土层的能力，即沉桩可能性进行预测，确定桩长，这样既能保证桩的承载能力又能保证桩端嵌入持力层的深度。可根据不同地区的经验，结合土层的标准贯入试验锤击数或静力触探试验，确定或预测桩长。

4.4 静压桩的竖向承载力

静压桩施工的最终压力与周围土壤的摩擦力和单桩承载力特征值是相关的。在桩周围土壤为粘土、粉质粘土等固结系数较高的时，静压桩最终获得的极限承载力会比压桩时的最终压力高出很多（有时达到2倍以上），这种程度与土的性质、桩长、桩间距、固结时间等因素有关。在砂层中成桩时，由于砂层的渗透系数较大，沉桩产生的孔隙水压力迅速消散，压桩阻力随桩入土的深度增大而增大。当以砂层为持力层时，在终压力作用下，砂颗粒之间的咬合和摩擦作用提供的反作用力使桩处于动平衡状态。卸载后一定时间内砂粒之间会产生部分错动，颗粒重新排列，桩端阻力和桩侧阻力会有所降低，桩的极限承载力可能会比终压力小。一般地基往往是介于粘性土层与砂性土层之间。单桩极限承载能力是对土体的相对稳定的长期抗力检测，而沉桩的终压力实际上反映的是土体对桩的短时间的抗力。可以将终压力看作是广义的零时刻的极限承载力。

4.5 桩数和桩距

静压桩是挤土桩，如果布桩过密，先压入的桩就有可能受后压入的桩的影响而被拱起来，因此严格按照《建筑桩基技术规范》（jGj94-2008）规定的桩距来布桩。在有条件的桩施工时，应跳花施工，待第一批桩浇灌混凝土强度达到5 MPa后，再施工相

邻桩。

5 静压预应力管桩的施工

液压桩机对桩的压力通常是由水平方向的液压千斤顶来完成的，称为抱压式或抱箍式。在抱压处桩体受力处于复杂三维应力状态，在压桩力较大时可能对桩头、桩身产生破坏。因此对于预应力管桩桩身允许的压力为：

Pjmax≤0.45（fck-σpc）A

式中：fck—混凝土轴心抗压强度标准值（kPa）；

σpc—混凝土有效预加应力（kPa）。

一般情况下，除保证桩长及桩尖入持力层深度应该满足设计要求外，还要控制终压值Q的大小。这种关系与工程地质构造情况关系较大，与桩的长度以及所在的持力层关系也有一定关系。

6 结束语

静压管桩技术在我省的应用时间较短，静压管桩工程尚处于实践阶段，但随着静压管桩技术的广泛应用和发展，以及人们对静压管桩的理论研究和工程实践经验的积累，相信静压管桩技术将会不断地得被提高。

参考文献

[1]林本海,王离.静压桩承载性能的分析研究[A].第九届土力学及岩土工程学术会议论文集,2003.

[2]王宁伟,李天琪.静压管桩技术在在沈阳地区的应用[J].沈阳建筑工程学院学报,2004,3.

[3]张明义.静力压入桩的研究与应用[M].中国建材工业出版社,2004.

静压系统 篇5

波音737NG飞机的空气压力数据是由飞机上的3个 (左一右二) 全压管 (又称皮托管) 和6个 (左右两侧各3个) 静压孔收集, 机长及副驾驶的数据经大气数据组件 (ADM) 转换成数字信号后供各相关系统, 备用全静压数据则直接通过管路供给备用高度/空速指示和客舱压差指示器。从图1中可以看出, 为了去除管路中的冷凝水, 在皮托管及静压孔与下游设备的连接管路上均装有放水装置。放水口都设置在整个管路的最低点, 而备用皮托管因为本身处于备用全压系统管路的最低点因而无需额外设置放水装置。3个皮托管分别位于飞机前部机头位置两侧, 左侧的是机长皮托管, 右侧上部是副驾驶皮托管, 下部是备用系统皮托管。注意, 皮托管本体的后端底部也有一个小孔用于冷凝水的渗出。静压孔位于前货舱门前部, 两侧各三个, 靠前靠上的两个静压孔在一起, 靠后靠下的是单独的备用静压孔。两个主PITOT管连接到两个PITOT ADM (Air Data Module) 大气数据组件, 两对主静压孔连接到两个静压ADM上ADM将气压转换为电气信号然后通过ARINC 429总线传递给ADIRU (Air Data Inertial Reference Unit) 惯性基准导航组件简称惯导, ADIRU使用该信号计算空速高度等飞行参数。

备用PITOT管及备用静压孔直接连接到ISFD (Integrated Standby Flight Display) , 集成备用飞行显示器上备用静压孔还同时连接到座舱压差指示器上, 用作主PITOT管及主静压孔的备份以提供主系统失效情况下的数据显示。除备用PITOT管不具备排水管外, 其它PITOT管及静压孔均连接有排水管。值得注意的是, 为了给系统提供一个可靠的平均数据, 机长、副驾驶及备用静压系统的数据都是分别来源于机身两侧的三对静压孔, 而每一对静压孔的管路都是分别连通的。对于机长和副驾驶而言左上和右下是机长静压孔, 左下和右上是副驾驶静压孔, 它们各自分别相通。知道这一点对正确地进行系统渗漏测试是相当关键的。

2 全静压系统渗漏测试要点分析

对全静压系统而言日常维护中有一项重要工作就是渗漏检查。不管是在定检工作中还是在航线更换了全静压系统部件后, 都要求对系统管路进行渗漏测试, 检查管路及部件是否存在破损漏气的状况。测试的原理简单说来就是通过测试设备为系统提供一个正/负压力, 密封系统后观察压力能否保持。对全压管路, 因其采集的是全压数据, 模拟空速信号, 因此设备向系统充气以加压;而静压管路需要模拟的是高度信号, 因此设备抽真空使系统产生负压。在实际工作中, 我们常常会碰到测试不能通过的情况, 这时往往怀疑是不是更换的部件有问题, 或者管路真的存在漏点。而经过多次的实践, 我们发现会出现这种情况多半是因为在测试中没有做好细节处理, 连接设备后系统管路未能完全密封所致。渗漏测试能否成功通过的关键之处便在于能否很好地保持系统的密封状态。下面分别就全压和静压系统探讨一下渗漏测试中的注意事项, 分享一些经验。大气数据测试设备套件 (Air Data Model Test Set) , 设备号为COM-1914, 是目前各维修企业采用较多的一种大气数据综合测试设备, 较之以前的设备, 其管路连接简单, 无需外接气源, 所有测试均自动完成并报告最终结论。下面的分析以使用大气数据测试设备套件为例。

首先, 毋庸多言, 必须遵循维护手册中的警告及告诫项, 并按照手册设置机上电门位置和断路器位置。

对全压系统管路来说, 是将测试设备通过适配连接器 (即一个套管) 与皮托管连接, 通过皮托管向系统提供压力。只要这里连接密封好了, 管路上应该不会有其它人为造成漏点的可能。那么在连接的时候一定要严格按照手册程序操作, 先冲洗并吹干转接器套管, 然后用湿抹布擦拭皮托管, 再将套管套上。这里要注意三点:一是皮托管和连接套管表面清洁;二是需要使皮托管保持潮湿, 水分有助于缝隙的密封;三是皮托管后端下部的放水孔, 如果套管不能覆盖住的话要用胶带将其贴上。这是工作中比较容易忽略的一点, 而且在波音的维护手册中也未提及。连接好测试设备后操作设备增压到4.53±0.16英寸汞柱, 等待一分钟后系统压力稳定, 设置设备为渗漏检查功能, 观察一分钟确保压力下降不超过0.16英寸汞柱则说明系统无渗漏。

静压系统管路测试可以连接静压孔或者管路放水口, 通常我们选择用适配器连接放水口与测试设备。设备通过放水口抽出管路内空气形成负压。在连接到放水口后, 系统通过静压孔与外界是相通的, 因此需要用胶带 (乙烯基胶带) 将其贴上, 与环境隔绝开来。这里要注意的是使用正确的胶带, 将静压孔完全覆盖并贴紧机身。其次不要忘记机身两侧互通的静压孔都要密封处理。

与放水口连接好后将适配器管路连接到测试设备, 操作设备抽真空, 模拟5000英尺高度, 使系统压力比环境压力低5.25±0.25英寸汞柱。等待一分钟后系统压力稳定, 设置设备为渗漏检查功能, 观察一分钟确保高度降低不超过80英尺, 压力变化不超过0.07英寸汞柱则说明系统无渗漏。需要提醒的是, 测试过程中加压或者是抽真空都应平稳, 避免产生过大的冲压。在测试结束后必须等待设备恢复到环境压力后才能取下适配连接器, 断开皮托管或放水口与设备的连接, 否则会造成ADM或其它压力敏感部件的损坏。

3 扩展

对于操纵系统中的升降舵感觉计算器, 在垂直安定面两侧也有一对皮托管向其提供全压信号, 所以也会有系统的渗漏检查工作。同全静压系统测试一样, 关键在于系统气路的密封性是否可靠。同样可以使用COM-1914大气数据设备测试套件进行测试。波音手册上说明连接设备到皮托管以供压, 脱开管路与感觉计算器的连接并在管路端头盖上堵塞, 以形成一个封闭的压力环境。实际工作中我们发现仅仅是盖上堵塞密封效果并不好, 测试往往不能通过。于是采用堵塞加胶带密封的办法, 事实证明效果非常理想。

4 总结

全静压系统结构较为简单, 部件不多, 实际运行中遇到的故障判断起来比较清晰, 部件更换也并不复杂, 但常常在测试工作中遇到困难, 有时反复测试都无法通过。其实只要熟悉系统工作机制, 了解测试原理, 做好测试准备工作, 抓住“密封性”这个关键, 出现问题找对方向, 那么困难一定会迎刃而解。

参考文献

[1]Boeing 737-600/700/800/900 Fault Isolation Manual, Oct15/2014.

[2]Boeing 737-600/700/800/900 Aircraft Maintenance Manual, Oct 15/2014.

新型静压导轨结构 篇6

关键词：静压导轨,闭式静压导轨密封结构,自动调整压板机构,减弱振动

现有技术中采用静压导轨的机床, 在加工工作中存在一缺点:即用于支撑静压导轨的静压油和用于冷却工件的冷却油容易混合在一起。目前针对静压油和冷却油混合的问题的解决办法有两种:一是在导轨安装载体上设置专门的防混装置, 但结构复杂;二是通过外部分离设备将混合后的静压油和冷却油分离, 但外部分离设备价格昂贵, 分离成本高。

本文介绍一种新型的闭式静压导轨结构, 采用压缩空气密封静压油, 同时采用弹簧杠杆结构的静压导轨自动调整压板机构。该结构有结构简单、制造成本低和防静压油和冷却油混合效果好等特点, 可解决现有技术中静压导轨机床静压油和液压油混合问题以及固定导轨和滑动导轨间的间隙可以调节。

这种闭式静压导轨密封结构, 包括设置于导轨工作面上的静压油腔和环绕于静压油腔外的环形回油腔, 在环形回油腔外还设置有一环形凹槽, 导轨上还设置有向环形凹槽中输入压缩空气的进气通道。这种新型闭式静压导轨密封结构, 向环形凹槽中充入压缩空气, 从而可在环形回油腔外形成一高压环形气帘, 高压环形气帘可阻止环形回油腔中的静压油流出、并可阻止外界冷却油进入环形回油腔;因此本密封结构可防止静压油和冷却油混合, 阻止静压油的泄露, 且密封结构简单, 制造成本低。

如图1所示闭式静压导轨密封结构, 包括设置于导轨工作面上的静压油腔1和环绕于静压油腔1外的环形回油腔2, 在环形回油腔2外还设置有一环形凹槽3, 导轨上还设置有向环形凹槽3中输入压缩空气的进气通道4。

工作时, 先通过进气通道4向环形凹槽3中充入压缩空气, 在通过静压油进油通道5向静压油腔1充入静压油。静压油从导轨和导轨承载物间的间隙流入环形回油腔2中, 环形回油腔2中的静压油再通过回油通道6流回机床回油储存腔中。由于环形凹槽3中的高压气体在环形回油腔2外侧形成了一道高压气帘, 从而可阻止环形回油腔2中的静压油从导轨和导轨承载物间的间隙流出、并可阻止外界冷却油进入环形回油腔。因此本密封结构可防止静压油和冷却油混合, 阻止静压油的泄露, 且密封结构简单, 制造成本低。

所述进气通道6设置有二个向环形凹槽中充气的充气口, 且两个充气口沿环形凹槽周向均匀布置, 两个充气口均匀布置可使形成的气帘更均匀, 密封效果更好。当然在不同实施方式中, 充气孔的数量可根据需要调整, 一般设置2-4个较为合适。

现有技术中的静压导轨是通过静压油膜来承载滑动导轨。固定导轨和机床床身固定连接, 机床的滑动导轨设置于固定导轨上, 静压油托起滑动导轨。在启动静压导轨过程中, 滑动导轨受静压油推动做悬浮运动时, 滑动导轨受冲击力较大, 滑动导轨的振动较大, 这容易对静压导轨造成损坏。并且现有技术中滑动导轨是通过压板扣合在固定导轨上, 静压油顶起滑动导轨使其和压板接触, 滑动导轨和固定导轨间的间隙固定;由于在加工不同零件时, 滑动导轨承受的压力不同, 而滑动导轨和固定导轨间的间隙不可调整会导致不能根据滑动导轨的实际受力调整静压油的油压。

因此需要对静压导轨进行改进, 以减弱静压导轨启动过程中的振动, 保护静压导轨不受损坏, 并解决固定导轨和滑动导轨间间隙不可调节的缺陷, 以使静压油油压能根据滑动导轨实际受力进行调整。

有鉴于此, 提供一种静压导轨自动调整压板机构, 其使固定导轨和滑动导轨间的间隙可以调节, 并使静压油油压能于滑动导轨实际受力进行匹配, 还可缓冲静压油膜在推动滑动导轨做悬浮运动过程中滑动导轨所受的冲击力, 减弱静压导轨启动过程中的振动, 保护静压导轨不受损坏。

这种新型静压导轨自动调整压板机构, 包括减振单元和传动单元, 所述减振单元包括设置在静压导轨的滑动导轨上的拉杆和固定外套在拉杆上的减振弹簧, 所述传动单元包括铰接于滑动导轨上的杠杆, 杠杆一端压在静压导轨的固定导轨上、杠杆另一端压在减振弹簧上。杠杆和固定导轨接触的一端铰接有一滚轮, 所述杠杆通过滚轮压在固定导轨上。

静压导轨自动调整压板机构, 其弹簧施加的反作用力通过杠杆传递到滑动导轨上, 使滑动导轨承受的静压油推力和杠杆压力平衡, 通过调节静压油油压即可调节滑动导轨和固定导轨间的间隙, 从而使静压油油压能与滑动导轨实际受力适配;其杠杆将滑动导轨承受的静压油膜的推力传递到减振弹簧, 减振弹簧吸收滑动导轨受到的冲击能量, 从而减弱了滑动导轨在悬浮运动过程中的振动, 可保护静压导轨不受损坏。图2为新型静压导轨自动调整压板机构的结构示意图。

如图2所示静压导轨自动调整压板机构, 包括减振单元和传动单元, 所述减振单元包括设置在静压导轨的滑动导轨1上的拉杆2和固定外套在拉杆2上的减振弹簧3, 所述传动单元包括铰接于滑动导轨1上的杠杆4, 杠杆4一端压在静压导轨的固定导轨5上、杠杆4另一端压在减振弹簧3上。

减振弹簧3施加的反作用力通过杠杆2传递到滑动导轨1上, 使滑动导轨1承受的静压油推力和杠杆压力平衡, 通过调节静压油油压即可调节滑动导轨1和固定导轨5间的间隙, 从而使静压油油压能与滑动导轨实际受力适配;杠杆4将滑动导轨1承受的静压油膜的推力传递到减振弹簧3, 减振弹簧3吸收滑动导轨1受到的冲击能量, 从而减弱了滑动导轨1在悬浮运动过程中的振动, 可保护静压导轨不受损坏。

作为一种方案的改进, 所述杠杆4和固定导轨5接触的一端铰接有一滚轮6, 所述杠杆4通过滚轮压在固定导轨5上。滑动导轨1做往复滑动过程中, 滚轮6在固定导轨5上做滚动运动, 摩擦阻力小。

静压桩施工技术研究 篇7

关键词：静压桩,施工,技术研究

静压法施工是通过静力压桩机以压桩机自重及桩架上的配重作反力将预制桩压入土中的一种沉桩工艺。早在20世纪50年代初, 我国沿海地区就开始采用静力压桩法。近年来随着压桩机械的发展和环保意识的增强得到了进一步推广。适用的建筑物已不仅是多层和中高层, 也可以是20层及以上的高层建筑及大型构筑物。目前静压桩施工技术在我国被广泛应用。

1 静压管桩的优缺点

优点:低噪音、无振动、无污染, 可以24h连续施工, 缩短建设工期, 创造时间效益, 从而降低工程早间;施工速度快, 同时场地整洁、施工文明程度高;由于送桩器与工程桩桩头的接触面吻合较好, 送桩器在送桩过程中不会左右摇晃和上下跳动, 因而可以送桩较深, 基础开挖后的截取量少;施工中由于压桩引起的应力较小, 且桩身在施工过程中不会出现拉应力, 桩头一般都完好无损, 复压较为容易。

缺点:仍然具有挤土效应, 对周围建筑环境及地下管线有一定的影响, 要求边桩中心到相邻建筑物的间距较大;施工场地的地耐力要求较高, 在新填土、淤泥土及积水浸泡过的场地施工易陷机;过大的压桩力 (夹持力) 易将管桩桩身夹破夹碎, 或使管桩出现纵向裂缝;不宜在地下障碍物或孤石较多的场地施工。

2 静压桩沉桩机理

沉桩施工时, 桩尖刺入土体中时原状土的初应力状态受到破坏, 造成桩尖下土体的压缩变形, 土体对桩尖产生相应阻力, 随着桩贯入压力的增大, 当桩尖处土体所受应力超过其抗剪强度时, 土体发生急剧变形而达到极限破坏, 土体产生塑性流动 (粘性土) 或挤密侧移和下拖 (砂土) , 在地表处, 粘性土体会向上隆起, 砂性土则会被拖带下沉。在地面深处由于上覆土层的压力, 土体主要向桩周水平方向挤开, 使贴近桩周处土体结构完全破坏。由于较大的辐射向压力的作用也使邻近桩周处土体受到较大扰动影响, 此时, 桩身必然会受到土体的强大法向抗力所引起的桩周摩阻力和桩尖阻力的抵抗, 当桩顶的静压力大于沉桩时的这些抵抗阻力, 桩将继续刺入下沉。反之, 则停止下沉。

压桩时, 地基土体受到强烈扰动, 桩周土体的实际抗剪强度与地基土体的静态抗剪强度有很大差异。随着桩的沉入, 桩与桩周土体之间将出现相对剪切位移, 由于土体的抗剪强度和桩土之间的粘着力作用, 土体对桩周表面产生摩阻力。当桩周土质较硬时, 剪切面发生在桩与土的接触面上;当桩周土体较软时, 剪切面一般发生在邻近于桩表面处的土体内, 粘性土中随着桩的沉入, 桩周土体的抗剪强度逐渐下降, 直至降低到重塑强度。砂性土中, 除松砂外, 抗剪强度变化不大, 各土层作用于桩上的桩侧摩阻力并不是一个常值, 而是一个随着桩的继续下沉而显著减少的变值, 桩下部摩阻力对沉桩阻力起显著作用, 其值可占沉桩阻力的50~80%, 它与桩周处土体强度成正比, 与桩的入土深度成反比。

粘性土中, 桩尖处土体在扰动重塑、超静孔降水压力作用下, 土体的抗压强度明显下降。砂性土中, 密砂受松驰效应影响土体抗压强度减少, 松砂受挤密效应影响土体抗压强度增大, 在成层土地基中, 硬土中的桩端阻力还将受到分界处粘土层的影响, 上覆盖层为软土时, 在临界深度以内桩端阻力将随压入硬土内深度增加而增大。下卧为软土时, 在临界厚度以内桩端阻力将随压入硬土的增加而减少。

一般将桩摩阻力从上到下分成三个区:上部柱穴区, 中部滑移区, 下部挤压区。施工中因接桩或其它因素影响而暂停压桩的间歇时间的长短虽对继续下沉的桩尖阻力无明显影响, 但对桩侧摩阻力的增加影响较大, 桩侧摩阻力的增大值与间歇时间长短成正比, 并与地基土层特性有关, 因此在静压法沉桩中, 应合理设计接桩的结构和位置, 避免将桩尖停留在硬土层中进行接桩施工。

3 常见问题

3.1 桩身上抬

由于静压桩是挤土桩, 在场地桩数量较多, 桩距较密的情况下, 时常后压的桩会对已压的桩产生挤压上抬, 特别对于短桩, 易形成所谓的吊脚桩。这种桩在做静载试验时, 开始沉降较大, 曲线较陡, 但当桩尖达到持力层, 承载力又有明显增加, 沉降曲线又趋于平缓, 这是桩身上抬的典型曲线。桩身上抬除了静载沉降偏大外, 对桩而言可能会把接头拉断, 桩尖脱空, 同时大大增加对四周桩的水平挤压力, 导致桩倾斜偏位。在处理上施工前合理安排压桩顺序, 同一单体建筑物一般要求先压场地中央的桩, 后压周边的桩;先压持力层较深的桩, 后压较浅的桩。出现桩身上抬后一般采用复压的办法使桩基按正常使用, 但对承受水平荷载的基础要慎重。

3.2 引孔压桩的问题

为了防止桩间的挤土效应太大, 或土质太硬而使桩身较短, 施工中往往采用引孔压桩的工艺, 即先钻比管桩略小规格的直径钻孔, 深度是桩长的 (2/3~1) L, 然后将管桩沿预钻孔压下去。引孔应随引随压, 中间间隔时间不宜大长, 否则孔内积水, 一是会软化桩端土, 待水消散后孔底会留有一定空隙;二是积水往桩外壁冒, 削弱了桩的侧摩阻力。

对于较硬土质中引孔压桩还会有桩尖达不到引孔孔底的现象, 施工完成后孔底积水使土体软化, 使承载力达不到设计要求。

3.3 桩端封口不实

当桩尖有缝隙, 地下水水头差的压力可使桩外的水通过缝隙进入桩管内腔, 若桩尖附近的土质是泥质土, 遇水易软化, 从而直接影响桩的承载力。对于桩靴的焊接质量要求与端板间无间隙、错位, 保证焊缝饱满, 无气孔。施焊对称进行, 焊拉时间控制得当, 焊接完成后自然冷却10分钟左右方可施打, 因高温焊缝遇水后变脆, 容易开裂。工程上比较有效的补救技术措施是采用填芯混凝土法, 即在管桩施压完毕后立即灌入高度为1.2m左右的C20细石混凝土封底, 桩端不漏水, 桩端附近水压平衡, 桩端土承受三相压力, 承载力能保持稳定。

3.4 桩顶 (底) 开裂

由于目前压桩机越来越大, 最重可达6800KN, 对于较硬土质, 管桩有可能仍然压不到设计标高, 在反复复压情况下, 管桩桩身横向产生强烈应力, 如果桩还是按常规配箍筋, 桩顶混泥土抗拉不足开裂, 产生垂直裂缝, 为处理带来很大困难。另一种情况就是管桩由软弱土层突然进入硬持力层, 没有经过渡层, 桩机油压迅速升高, 桩身受到瞬间冲击力也容易引起桩顶开裂, 如果硬持力层面不平整, 桩靴卡不进土引起桩头折断破碎, 桩机油压又下降, 再压时压力不稳定, 吊线测量桩长发现比入土部分短。处理上事前改进桩尖形式 (圆锥形桩尖易滑) , 事后用压力灌浆把桩底破碎混凝土粘结住, 适当折减承载力设计值。

3.5 基坑开挖

由于静压桩逐渐用在高层建筑中, 基坑开挖不可避免。应根据开挖深度考虑是否需要先围护开挖再沉桩的方案。边打桩边开挖是不可取的, 先打桩后开挖应考虑对称均匀, 如在中间开挖把土堆在周围就会造成四周和中心的土体高差悬殊, 同时超孔隙水压及震动会使管桩倾斜或折断, 所以合理制定基坑开挖方案是必不可少的。

4 结论

静压桩的沉桩机理非常复杂, 与土质、土层排列、硬土层厚度、桩数、桩距、施工顺序、进度等有关, 有待进一步研究。静压桩施工中出现的问题也各种各样, 最常用的处理方法是提高终压力进行复压。往往桩在做完静载试验发现不合格后, 还要增加静载试验或大应变检测, 以确定更大范围不合格桩数量分布。有时基坑已开挖, 桩头已凿去位置难确定, 压桩机撤出现场, 复压或补桩有一定困难, 这就要采取其它一些措施处理不合格桩, 如灌浆补强、降低桩承载力标准或扩大承台等。相信随着工程实践的不断丰富, 能为静压桩规程的制定提供更多的素材。

浅析静压预应力管桩施工 篇8

关键词：预应力管桩,静压法,施工

1 工程概况

某工程基础型式主要采用静压预应力管桩基础。桩采用D400预应力管桩, 砼等级C80, 桩型为AB型, 配以开口型钢制桩尖桩端持力层主要为强风化泥岩层, 有效桩长16m~23m, 总桩数212根, 要求单桩竖向承载力设计值≥750KN。由于工期较紧, 桩基工程量较大, 拟采用2台YZY400型静压桩机进行施工。

根据预应力管桩为挤土桩的特点, 预应力桩基施工时随着人桩段数的增多, 各层地质构造土体密度随之增高。土体与桩身表面间的摩擦阻力也相应增大, 压桩所需的压入力也在增大。为使压桩中各桩的压力阻力基本接近, 入桩线路应选择单向行进, 不能从两侧往中间进行, 这样地基土在人桩挤密过程中, 土体可自由向外扩张即可避免地基土上溢使地表升高, 又不致因土的挤压而造成部分桩身倾斜, 保证了群桩的工作基本均匀并符合设计值。因此在打桩顺序及桩机行走路线的选择上考虑总体上由中间向边进行, 往返施工, 对多桩承台或桩间距较小的采用由承台中间向两边施工的顺序进行。

2 静压桩施工

2.1 单桩承载力特征值的确定

根据《建筑基桩检测技术规范》 (JGJ1062003) 第3.3.1条要求:基础设计等级为乙级施工前应采用静载试验确定单桩承载力特征值。简称试桩。试桩根数确定为3根。3根试桩的入土深度分别为-27.20m、-28.40m、-29.50m表明均进入强风化泥岩层。规范规定预应力混凝土管桩在桩身强度达到设计要求的前提下, 对于粉土, 不应少于10d, 且待桩身与土体的结合基本趋于稳定, 才能进行静载试验。

2.2 施工程序

测量定位→压桩机就位调平→复核桩位→接桩尖→吊桩插桩→桩身对中调直→静压沉桩→接桩→再静压沉桩→送桩→终止压桩→桩质量检验→切割桩头。

2.3 施工要点

(1) 开始进行工程桩的施压前, 需按设计要求进行试桩的施工, 以核对地质报告与实际地质情况是否有差异和确定压桩的深度。试桩应尽可能选择离地质探孔较近的具有代表性的桩进行。 (2) 采用一台全站仪进行桩测量定位, 桩位确定后, 在桩位上用长约40cm的铁丝插入土中, 铁丝尾部拴20cm~30cm长的红色尼龙带。 (3) 采用开口钢板式桩尖, 与第一节桩的连接采用焊接焊条为E43焊条。焊接由持有上岗证有熟练工人进行, 施焊前除去桩端的泥土杂物, 后将桩尖对中放置在桩端, 沿周长均匀分布点焊6~8点固定桩尖, 后由两名焊工对称施焊, 焊缝必须饱满光顺。 (4) 插桩时, 先用汽车吊将桩运至桩机附近, 然后用桩机上自身设置的工作吊机将桩吊入夹持器中, 夹持油缸将桩从侧面夹紧, 即可开动压桩油缸, 先将桩压入土中30cm~50cm左右后停止, 调正桩的两个方面的垂直度后, 压桩油缸继续伸程把桩压入土中, 伸长后, 夹持油缸回程松夹, 压桩油缸回程, 重复上述动作进行连续压桩操作, 直到把桩压入预定深度土层中。 (5) 根据工程设计要求, 有效桩长均大于12m, 最大达到31m, 因此, 必须进行1~2次接桩。 (6) 压桩应控制好终止条件。压桩到设计桩长时, 压力表的压力达到单桩承载力2.7倍时, 即可停止压桩, 否则应增加桩长, 并会同设计单位另行处理。静力压桩单桩竖向承载力, 可通过桩的终止压力值大致判断, 但因土质的不同而异。终压前必须严格按设计要求进行持荷。 (7) 切桩时必须采用轨道式环向切桩器进行, 严禁用锤、凿等方法破坏桩身。

3 质量事故分析及处理

桩尖焊缝必须严格控制, 以免产生虚焊、焊缝不连续, 而导致桩管内水沿焊缝进入土体, 软化桩尖周围土体, 降低桩端承载能力。

当压力表读数突然上升或下降时, 要停机对照地质资料进行分析, 判断是否遇到障碍物或生产断桩现象等。

适当限制压桩速度, 沉桩速度一般控制在lm/min左右为宜, 使各层土体能正确反映其抗剪能力。当地基表层中存在大块石头等障碍物时, 要避免压偏。

压桩机应根据土质情况配足额重量或选用相应的液压桩机。

若采用焊接法接桩时, 须分层均匀地将套箍对焊的焊缝填满, 为加快施工速度, 减少接桩时间, 可设2~3名焊工同时施焊, 焊毕停约8min即可进行沉桩。

管桩身不受损坏;桩帽、桩身和送桩的中心线应重合;压同一根桩应缩短停息时间。

压桩机的液压入桩有一定的垂直行程高度, 如YZY400桩机的垂直行程为1.5m, 即每入桩1.5m即松开抱桩器。开动油泵使之上移, 再抱桩固定压入, 循环作业。在开始的第一二个行程, 要特别注意控制桩身的垂直度。

记录入桩行程深度及相应压力值, 以判别入桩情况正常与否及桩的承载能力。

为减少静力压桩的挤土效应, 应采取如下措施: (1) 设置袋装砂井或塑料排水板, 以消除部分超孔隙水压力, 减少挤土现象。袋装砂井直径一般为70mm~80mm, 间距lm~1.5m, 深度10m~12m。塑料排水板的深度、间距与袋装砂井相同; (2) 设置隔离板桩; (3) 压桩过程中应加强邻近建筑物、地下管线的观测、监护。

4 管桩施工预控措施

4.1 桩身断裂预控措施

(1) 施工前要将桩位下的障碍物清理干净, 必要时对每个桩用钎探了解, 对桩构件要进行检查, 发现桩身弯曲度超过规定 (L/1000且≤20mm) 或桩尖不在桩纵轴上的不宜使用。 (2) 在稳桩过程中如发现桩不垂直应及时纠正。 (3) 桩的堆放、吊运过程中, 应严格按照有关规定执行, 发现桩开裂超过有关规定时不得使用。 (4) 检查桩有无质量缺陷, 对不合格品即时清运出场, 严格按质量计划要求进行处理并严禁使用。

4.2 桩顶移位预控措施

(1) 施工前应将桩位下的障碍物清理干净, 必要时对每个桩位用钎探了解, 对桩身进行检查, 不合格的不得使用。 (2) 在稳桩时如发现不垂直应及时校正, 接桩时要保证上下两节在同一轴线上, 接头处应严格按操作要求执行。 (3) 沉桩期间不得开挖基础, 沉桩完毕后相隔适当时间方可开挖。

4.3 桩身倾斜预控措施

场地平整:如场地不平, 施工时应在打桩机行走路线加垫木等物, 使打桩机底盘保持水平。

4.4 接桩处开裂预控措施

(1) 接桩前, 对连接部位上的杂质、油污、水份等必须清理干净, 保证连接部件清洁。 (2) 检查连接部件是否牢固、平整和符合设计要求, 如有问题, 必须进行修正才能使用。 (3) 接桩时, 两节桩应在同一轴线上, 焊接预埋件应平整服贴, 焊缝应饱满连续。 (4) 必须保证接桩焊接冷却时间8分钟。

5 结语

静压系统 篇9

【关键词】软土地基；静压PHC桩；终压力；承载力

[文章编号]1619-2737（2016）01-30-643

1. 概述

预应力管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型法制成的一种空心体细长混凝土预制构件，它具有：

（1）单桩承载力高；（2）设计选用范围广；（3）适应于桩端持力层起伏变化大的地质条件；（4）单桩可接成任意长度，不受施工机械能力和施工条件局限；（5）施工速度快、工效高、工期短；（6）桩身抗裂性好，穿透力强；（7）良好的抗弯性能；（8）成桩质量可靠，现场文明及制作方便、施工速度快。

2. 静压PHC桩的工程性状

2.1试验场地地质及试验概况。

通过对温州软土地区某工程预应力混凝土管桩静力压桩工程进行的现场静载试验，研究静力压桩施工及单桩竖向承载力的特点。

试验场地所处地基土（岩）工程条件及主要设计参数见表1所示。

拟建工程为一住宅区楼群，12层，设计采用预应力混凝土管桩，静压法施工，桩长控制采用桩端进入粉质粘土夹圆砾层且压桩力不小于4500KN，表2为各试桩的基本参数。

单桩竖向荷载试验采用慢速维持荷载法进行，第一级荷载为740KN，以后每级加荷增量为370KN；桩顶沉降观测的时间间隔以及每级荷载作用下变形的稳定标准，均按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）的有关要求执行。

图1、图2分别为试桩的现场静载试验荷载～沉降（Q～S）和荷载对数～沉降（logQ～S）曲线，由图可知：各试桩的Q～S曲线多以缓降型为主，在发生明显陡降之前，桩的沉降随荷载近似呈线性变化，沉降量较小。当荷载超过陡降起始点，桩沉降的速度明显增大。

2.2静压PHC桩的沉桩机理。

静压PHC桩属挤土桩，沉桩施工时，桩尖“剌入”土体时原状土的初始应力状态受到破坏，造成桩尖下土体的压缩变形，土体对桩尖产生相应阻力，随着桩贯入压力的增大，当桩尖处所受应力超过其抗剪强度时，土体发生急剧变形而达到极限破坏，土体产生塑性流动，在地表处，粘性土体产生向上隆起；在地面深处由于上覆土层的压力，土体主要向桩周水平方向挤开，使贴近桩周处土体结构完全破坏。由于较大的辐射向压力的作用使邻近桩周处土体受到较大扰动影响，此时，桩身必然受到土体的法向抗力所引起的桩周摩阻力和桩尖阻力的抵抗，当桩顶的静压力大于沉桩时的抵抗阻力时，桩将继续“剌入”下沉[1]。

压桩时，地基土体受到强烈扰动，桩周土体的实际抗剪强度与地基土的静态抗剪强度有很大的差异。随着桩的沉入，桩与桩周土体之间将出现相对剪切位移，由于土体的抗剪强度和桩土之间的粘着力作用，土体对桩周表面产生摩阻力。当桩周土质较硬时，剪切面一般发生在桩表面处的土体内，粘性土中随着桩的沉入，桩周土体的抗剪强度逐渐下降，直至降低到重塑强度。

压桩过程终止后，土体中孔隙水压力逐渐消失，桩周土随之产生径向固结，使其密度增加，桩侧摩阻力增大，扰土重塑的桩端土体强度逐渐得到恢复。

2.3单桩荷载——沉降特性。

当竖向荷载逐步施加于单桩桩顶时，桩身上部受到压缩而产生相对于土的向下位移，与此同时桩侧表面受到土的向上摩阻力。桩身荷载通过所发挥出来的桩侧摩阻力传递到桩周土层中去，致使桩身荷载和桩身压缩变形随深度递减。在桩土相对位移为零处，其摩阻力尚未开始发挥作用而等于零。随着荷载增加，桩身压缩量和位移量逐渐增大，桩身下部的摩阻力随之逐步调动起来，桩底土层也因受到压缩而产生桩端阻力。桩端土层的压缩加大了桩土的相对位移，从而促使桩身摩阻力的进一步发挥。当桩身摩阻力全部发挥出来达到极限后，若继续增加荷载，其荷载增量将全部由桩端阻力承担。由于桩端持力层的大量压缩和塑性挤出，位移增长速度显著加大，直至桩端阻力达到极限，位移迅速增大而破坏。此时桩所承受的荷载就是桩的极限承载力。桩的竖向静力荷载试验的荷载～沉降（Q～S）曲线是桩土体系荷载传递、侧阻和端阻发挥性状的综合反应。Q～S曲线线型随桩侧土层的分布与性质、桩端持力层性质、桩径、桩长、长径比、成桩质量等诸多因素而变化。由于桩侧阻力一般先于桩端阻力发挥，因此Q～S曲线的前段主要受侧阻力制约，而后段则主要受端阻力制约。

2.4影响单桩承载力的因素。

影响软土地基静压PHC桩单桩极限承载力的主要因素有：静力压桩终止压力，桩的长径比，静压桩残余应力及桩周土的性状。

2.4.1静压桩的终压力。

静压桩的压桩力是指PHC桩沉桩过程为克服桩尖土层的抗冲剪阻力及桩周土摩阻力所施加的压桩力，而静压桩的终压力是桩尖达到持力层终止压桩时显时的最终压桩力。

压桩力过大，容易压坏桩身；压力过小，桩尖无法进入至合适的持力层，桩尖嵌固长度不足，造成有效桩长无法满足，单桩承载力无法满足设计要求，如在桩基布桩密度较大区域施工时，宜产生邻桩上涌现象。合理确定安全合适的压桩力，不仅保证桩身质量、确保桩端嵌固长度、提高桩端土体的力学性能。

由于影响静压桩的终压力与单桩极限承载力之间相互关系的因素相当复杂，单桩极限承载力是一个随机模糊问题[2]，很难找出反映各种影响因素的定量计算公式；因此，通过大量现场试验资料的统计分析，定性地分析静压桩的终压力与单桩极限承载力之间相互关系。

本文将收集到的温州地区有代表性的274根静压桩的静载试验资料（其中桩基沉降量15～40mm之间），以桩的长径比为横轴、桩的极限承载力与终压力之比为纵轴进行分析；图3为桩的极限承载力/终压力比与长径比的关系曲线，由图可见，静压桩属于端承摩擦桩或摩擦端承桩，当长径比约为75时，桩极限承载力约等于桩的终压值；当长径比大于80时，桩极限承载力大于桩的终压值；当长径比小于70时，桩极限承载力小于桩的终压值。

2.4.2桩端持力层的工程性质。

静压PHC桩桩端注浆是在PHC桩压入预定的持力层深度后，在桩的中间空心部位采用地质钻机钻孔，安放注浆管路，采用高压注浆泵通过注浆管路向桩端持力层注入水泥浆液，使桩端持力层和桩周土体得到加固，改善桩端及桩周土体的特性，从而提高桩承载能力。

桩端注浆与未注浆对单桩竖向承载力的影响，图4为同一施工场地的四根试桩，桩长为60.5m～62.0m，桩端持力层为粉质粘土夹圆砾，其中S1、S2桩采用孔底注浆，而S3、S4未进行注浆；由图可见，注浆桩S1、S2的Q～S曲线表现为缓变型，在一定程度上带有端承桩的性质，当加载至第十级荷载4MN时，桩顶沉降分别为20.86mm、17.58mm；常规桩S3、S4的Q～S曲线表现为陡降型，表现为明显摩擦桩的特性，其加载至第十级荷载4MN时，桩顶沉降分别为47.24mm、45.26mm。

由此可见，软土地基超长静压PHC桩桩端注浆，能减少桩端沉降和改善桩端持力层的性状。

2.4.3静压桩残余应力[3]。

静压桩残余应力是指静压桩桩顶荷载卸除后，由于以前的荷载历史或施工工艺产生的桩内应力或桩土之间的应力；它包括桩的桩侧残余应力和桩端残余应力。

桩侧残余应力是因为在沉桩过程中，沿桩身产生方向向上的正的动摩阻力，同时伴随挤土产生的法向残余应力。桩顶卸荷后，对于摩擦型桩，桩顶和桩端两头伸缩自由，桩侧应力渐渐趋于平衡，残余应力消失；对于端承型桩，桩端存在残余应力，其平衡反力必然是向下的负摩阻力。当桩侧土很软时，提供的这种摩阻力较小，桩端力大部分得以释放；而当桩侧土较强量，限制了桩端应力的释放，桩端残余应力大，桩侧残余摩阻力也大。桩侧残余应力影响沉桩过程或其后的一段较短的时间。

桩端残余应力是沉桩结束后存在于桩身下端的未释放的应力，它作用的时间较长，影响到桩的承载力。当桩端土层较软时，桩端的应力随着土层的压缩很快被释放，而当桩端处于硬层时，桩端土的压缩量有限，因为卸荷后桩侧向下摩阻力限制，桩身向上的回弹量达不到释放桩端阻力所需要的值。

2.5单桩竖向承载力估算方法

2.5.1压桩过程所需能量估算单桩极限承载力。

静压PHC桩时每根桩所消耗的能量反映了桩在各层土内沉入的难易程度，也就反映了桩侧摩阻力和桩端阻力的实际情况，故能利用耗能大小较准确的估算出单桩承载力[4]。将温州地区以粉质粘土夹圆砾为桩端持力层的55根桩的单桩极限承载力Qu与压入这些桩时所需能量PE进行统计分析，其散点图见图5所示，得到确定其单桩极限承载力Qu的经验公式：

2.5.2压桩时的终止压力值估算单桩极限承载力。

静压桩的施工终止压力与极限承载力是两个不同的概念[5]，静压桩在静压力作用下沉入地基土中时，桩侧表面与桩周土体的摩擦力是滑动摩擦力，其值较小，在同一土层中基本保持不变，不随桩身入土深度的增大而累计增大。压桩阻力随桩端处土体的软硬程度即桩端处土体的抗冲剪阻力的大小而波动，静压桩沉桩穿越的土层一般是较软弱而松散，含水量较高，孔隙比较大。当静压桩桩垂直受力下沉时，桩尖直接使土体产生冲剪破坏，同时桩周土体也产生冲剪挤压破坏，孔隙水受此冲剪挤压作用形成不均匀水头。产生超孔隙水压力，扰动了土体结构，使桩周一定桩径范围内的土体抗剪强度降低，粘性土发生稠化，粉土、砂土发生软化。压桩一旦终止，随着时间的推移，超孔隙水压力逐渐消散，桩周土体固结，土的抗剪强度逐渐恢复，甚至超过其原始强度。土体完全恢复后，原来施工下沉时桩侧滑动摩阻力变成承载时的静摩阻力，静压桩才获得工程上所需要的所谓极限承载力。

2.5.3静压PHC桩承载力的时效性。

静压PHC桩承载力的时效性从机理分析可以归纳为以下几方面：

（1）土的触变性：桩周围的土体受到沉桩扰动，强度降低，经过一段时间的休止期后，土的触变作用使损失的强度得到恢复，甚至超过其原始强度；经过足够的休止期，土体的强度最大可达到原始强度的130%[6]。

（2）土的固结作用：桩基沉桩引起很大的超静孔隙水压力，沉桩后初期，超静孔隙水压力大，消散速度也大，土体固结速度和桩承载力增长速度也快；随着时间的推移，地基土中的超孔隙水压力逐渐减小，其消散速度、土体固结速度均逐渐减小，直至停止，此时桩的承载力也达到最大值。（3）沉桩引起桩侧土性质的变化：沉桩时，紧靠桩侧的土体受到严重扰动，在挤压和剪切作用下完全重塑并快速固结，在紧贴桩表面处形成一层硬壳；该硬壳的强度远大于其周围土体的强度，因此当桩体发生竖向位移时，其剪切破坏面不是发生在桩土接触界面上而是发生在距桩周边缘处一薄层内，致使桩的承载表面积加大，从而提高桩的承载力。表4为单桩极限承载力初、复压变化情况[7]。

3. 结束语

（1）当静压桩长径比约为75时，桩极限承载力约等于桩的终压值；当长径比大于80时，桩极限承载力大于桩的终压值；当长径比小于70时，桩极限承载力小于桩的终压值。

（2）影响静压PHC桩单桩极限承载力的主要因素有：静力压桩终止压力，桩的长径比，静压桩残余应力及桩周土的性状。

（3）（静压桩的终压力与单桩极限承载力之间相互关系是一个随机模糊问题。

（4）超长静压PHC桩桩端注浆，能减少桩端沉降和改善桩端持力层的性状。

（5）由于荷载历史或施工工艺产生的桩内应力或桩土之间的应力，静压桩存在残余应力。

参考文献

[1]杜显洲. 静压预应力管桩压桩力及常见问题的探讨[J]. 山西建筑，2005，31（6）：50～51

[2]和礼红，汪稔，王芝银. 静压桩压桩终止压力与极限承载力的随机模糊分析[J]. 岩土力学，2004，25（3）：399～402

[3]张明义. 静力压入桩的研究与应用[M].北京：中国建材工业出版社，2004.

[4]史佩东等.深基础工程特殊技术问题[M].北京：人民交通出版社，2004.

[5]林本海，王离. 静压桩承载性能分析研究[J].建筑结构学报，2004，25（3）：120-124

[6]Fleming， W. G. K. Elson. Pile Engineering， 2nd edition， 1992， 118-122

民用飞机静压孔安装位置研究 篇10

关键词：静压孔传感器,布局,数值分析

0 引言

民用飞机采用静压孔传感器(以下简称静压孔)或全静压传感器来测量飞机飞行高度的静压,相对于全静压传感器,静压孔的测量精度更高,现代的先进民用飞机以及大型民用飞机均采用静压孔测量来流静压。所测得的静压值通过大气数据计算机得到飞机的飞行高度和飞行速度,并在气压高度表和空速表上显示出来。静压孔如图1所示。

大气静压定义为飞机前方无限远处的来流静压,但由于飞机上静压孔的位置、测量设备、马赫数、迎角、侧滑角等因素的影响,静压孔测量的静压值总会存在一定的误差,正常情况下,此偏差可以分为:静压孔的安装位置误差、延迟误差以及设备误差,其中静压系统的静压误差主要取决于其位置误差的大小。所以,减小静压误差就要减小静压源位置误差。

1 机身静压孔安装需求分析

1.1 机身静压孔安装设计原则

机身静压孔一般布置在机头和前机身上,且为了避免不同构型的影响,一般都布置在远离机翼的地方。一般来说,应符合以下几条安装设计原则。

1)保证静压孔能有效而稳定的测量来流静压。

为保证静压孔的布局符合这一设计原则,应避免静压孔受到扰动气流的影响,包括突出物扰流、起落架扰流以及排气孔排除的气体等等,使其处于稳定的流场中。

2)静压孔测量值应满足一定的精度要求

现代为了增加空域容量,国际民航组织(ICAO)提出了RVSM运行要求,即将飞行高度层FL290(8900米)到飞行高度层FL410(12500米)之间的垂直间隔由2000英尺缩小为1000英尺。这使得对静压孔的精度要求更严苛了,平均为0.26%。静压孔误差可以从三个方面考虑:静压孔的安装位差、延迟误差、设备误差。静压孔的安装误差也叫静压源误差,是由静压孔的布局设计决定的,此误差决定了静压孔误差的量级;延迟误差是压力从测量点传递到传感器所耗费的时间引起的误差;与设备误差有关的有制造误差、摩擦、活动部位的惯性、磁场和温度波动。

3)静压孔安装应满足鲁棒性要求

静压孔安装位置在一定范围内的偏移,不会对安装误差修正规律及其他设计要求产生明显影响。

4)静压孔安装应满足可靠性要求

静压孔应对称布局,主静压孔与备用静压孔应布局在不同区域。

5)制造要求

静压孔的安装位置应易于实现RVSM对静压孔附近区域的制造容差要求。

1.2 静压孔安装气动设计要求

从气动角度出发,静压孔安装应满足以下气动设计原则:

1)静压信号随马赫数的变化规律应简单,以减小修正过程的复杂性;

2)静压信号随迎角应尽量不变,以减小迎角试飞精度较低带来的静压误差;

3)静压信号受侧滑角的影响用尽可能小,以降低飞机侧滑时带来的静压误差。

2 分析方法

机身静压孔安装在机身表面,测量的是所在机身表面的压力,根据气动理论,机身表面压力场的变化规律与马赫数、迎角、侧滑角和雷诺数这四个气动参数有关,其中,有较大影响的参数为迎角和马赫数,本文对这两个参数对机身静压场的气动特性影响进行分析。

本文采用CFD方法对两种机型(X1、X2)的机身静压场和静压孔特性进行分析研究。两种机型都采用翼身组合体巡航构型,计算网格采用ANSYS-ICEM生成的非结构网格。为了得到静压孔位置的精确静压值,在静压孔周围进行加密。采用CFX软件进行计算,湍流模型采用SST模型。

提取出机身上所有的网格点数值,用FORTRAN编程处理,可以在机身上比较直接形象的看出不随马赫数或迎角变化的位置,如图2所示。由图可以看出,从单纯的气动角度考虑,深蓝色地带为布置静压孔的理想位置,在这个区域,机身静压随迎角变化的敏感程度很低。而在红色区域,机身静压随迎角变化最为敏感。图2(b)曲线中给出了,处于深蓝色区域的S2和处于蓝绿色区域的S1两个位置的静压随迎角的变化曲线的对比。可以看出,S2处的静压几乎不随迎角变化而变化,而S1处则随迎角有一定的变化。显然,可以得出,位置S2更适合安装静压孔。

3 计算结果

机型X1和X2各有六个静压孔,均对称分布在机身两边,机身左边静压孔位置如图3、图4、图7以及图8中的红点位置所示,图中可以看出两个机型的三个静压孔有两个静压孔的位置布置的比较靠近,为主静压孔,XI的主静压孔记为S1,X2的主静压孔记为P1;还有一个静压孔布置的稍远,为备用静压孔,X1的备用静压孔记为S2,X2的备用静压孔记为P2。

3.1 X1计算结果分析

本节通过CFD方法研究了X1飞机的机身静压场的气动特性,并且得到了其静压孔处的静压值随迎角和马赫数的变化规律。

由图3得出,X1布置在机身上的两个主静压孔在不同马赫数下都是处于对迎角敏感度较低的深蓝色区域,几乎是无迎角效应,这样在试飞修正时就静压信号就可以不用进行迎角修正,正如图5(a)所示;但图4则显示两个主静压孔却不是处于对马赫数敏感度较低的深蓝色区域,而是位于该区域的前方,这是由于X1飞机在住静压孔靠近机翼的那个方向布置了货舱门,而且相对于迎角信号来说,试飞时马赫数的精度较高,图6(a)显示主静压孔的静压随马赫数的变化比较简单,因此,进行静压信号的马赫数修正时精度也会较高。

由于X1的机头靠近风挡处的结构不是很平整,而静压孔安装对飞机表面的粗糙度要求很高,为0.8甚至更高,同时为了防水要求,其备用静压孔并没有布置在机头的对迎角敏感度较低的区域,而是出于该区域的下方,如图3所示。图5(b)显示备用静压孔的静压信号虽然不是随迎角不变的,但几乎是单调线性变化,这样也能减小修正时的误差。

3.2 X2计算结果分析

本节通过CFD方法研究了X2飞机的机身静压场的气动特性,并且得到了其静压孔处的静压值随迎角和马赫数的变化规律。

X2飞机的主静压孔和备用静压孔都布置在了机身位置,这样能够避开机头区域的复杂结构区域,满足静压孔安装的制造容差要求。

图7表示了三个静压孔测量的静压值在不同的马赫数下,随迎角几乎是不变的,说明三个静压孔都布置在对迎角信号敏感度低的区域,如图9所示。图10给出了三个静压信号在不同迎角下随马赫数的变化规律,虽然不是随马赫数不变,但都是简单变化的。

4 总结

本文通过CFD方法对X1、X2两种机型的机身静压场的气动特性进行了研究,获得了静压孔位置静压信号随迎角和马赫数的变化规律。

这两种机型的静压孔定位首先都是优先考虑迎角的影响,尽量保证无迎角效应,或者随迎角线性变化;其次随马赫数的变化也是简单单调的,这样有利于后续的静压源误差修正。静压孔的这种定位规律是由目前的试飞技术水平决定的。目前来说,相对于迎角的试飞精度,马赫数的试飞精度较高。保证了静压孔位置无迎角效应,那么就减小了由迎角修正带来的静压源误差。