静力训练（精选7篇）
静力训练 篇1
颈椎病为临床常见病、多疾病,以肩部、颈部、肩胛骨内侧、胸椎、枕部酸困疼痛、僵硬和麻木等为主要表现,给患者的健康和正常生活带来严重影响。颈椎病可分为椎动脉型、神经根型、交感神经型、颈型和脊髓型等,男性发病率显著高于女性[1]。为进一步了解针灸、中药熏蒸结合静力功能训练治疗颈椎病的临床疗效,本文对其进行了研究分析,现报道如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料
本组颈椎病患者68例,均经CT、X线或MRI检查确诊;患者均表现为颈椎生理曲度变直或反向,颈椎1节以上骨质增生或椎间盘变性突出,均出现不同程度的颈肩部疼痛、头晕恶心、肢体麻木和畏寒肢冷等症状。将所有患者随机分为观察组和对照组各34例,其中观察组男19例,女15例,年龄29～70岁,平均49.57±5.67岁,病程3个月～3年,平均1.51±0.81年;伴颈部僵硬11例,伴恶心、头晕、头痛5例,伴上肢疼痛、麻木18例;颈型4例,脊髓型1例,神经根型29例;对照组男20例,女14例;年龄30～71岁,平均50.01±6.35岁,病程4个月～3年,平均1.56±0.97年;伴颈部僵硬12例,伴恶心、头晕、头痛5例,伴上肢疼痛、麻木17例;颈型5例,脊髓型1例,神经根型28例。两组患者性别、年龄、病程、病情等一般资料差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。
1.2 治疗方法
两组患者均给予针灸、中药熏蒸治疗:①针灸治疗。选取C3～C7夹脊穴为主穴,配以肩井、肩中俞、风池、肩外俞、肺俞和风门等穴位;伴头痛、麻木等症状者可增加阿是穴。针灸时患者取坐位,皮肤常规消毒后,用一次性无菌针灸针进行针刺,得气后行平补平泻法,留针30min。②中药熏蒸治疗。采用我院自拟方(宽筋藤40g、桂枝30g、防风30g、艾叶30g、地骨皮60g、泽兰30g、威灵仙30g、大黄60g、黄柏40g、两面针40g、甘草30g),预先浸泡2小时,一剂煎成1200mL的汤剂;患者取坐位,充分暴露颈部,在中药熏蒸仪中添加600mL药液,将机盖拧紧,打开电源预加热,当蒸汽喷出后将喷头对准患者颈部进行熏蒸,喷头与患者的距离为25～30cm,并根据患者的耐受程度调整距离以避免烫伤,每次熏蒸30min。治疗组则在此基础上配合静力功能训练:患者两手保持与肩平姿势,收下颔、立掌,尽可能坚持,感觉吃力或难以持续者应指引其尽可能不降低双手高度,坚持锻炼,回家后应补做一次静力功能训练,每次时间不少于10min。上述治疗均每日1次,持续治疗10天。另外,在治疗过程中,嘱患者避免长时间低头或仰头作业,避免使用软枕或高枕;指引患者选择黄豆枕、玉米枕和麦麸枕等粮食枕,软硬度应适中,并可适当变形,便于适应颈椎曲度,避免病情复发,坚持时间应不少于1周;同时,指引患者睡硬床,避免颈椎保持不健康姿势等。
1.3 疗效标准[2]
显效:治疗后,患者颈肩部疼痛、头晕恶心、肢体麻木和畏寒肢冷等临床症状、体征均消失,颈部功能活动恢复正常,未给正常生活带来影响;有效:治疗后,患者颈肩部疼痛、头晕恶心、肢体麻木和畏寒肢冷等临床症状、体征得到改善,颈部功能活动基本恢复正常,仅在天气变化或劳累时出现轻度症状,给工作、生活带来一定影响;无效:治疗后,患者颈肩部疼痛、头晕恶心、肢体麻木和畏寒肢冷等临床症状、体征均无改善,颈部活动无改善。总有效率=[(显效例数+有效例数)/总例数]×100.00%。
1.4 统计方法
计量资料以均值加减标准差(±s)表示,两组间均值比较采用独立样本t/t’检验;计数资料以频数(f)和率值或构成比(P)表示,无序分类资料采用Pearsonχ2检验,四格表资料改用Fisher确切概率法,均由SPSS 18.0统计软件进行统计分析;有序分类资料以频数(f)和平均Ridit值(R)表示,采用Ridit分析,由DPS 7.05统计软件进行统计分析。α=0.05。
2 结果
观察组总有效率为97.06%,对照组总有效率为76.47%;两组总有效率差异有统计学意义(P<0.01),观察组显著高于对照组。见表1。
注:与对照组比较,(1)P<0.01
3 讨论
在中医学中,颈椎病属于“头痛”、“眩晕”、“痹证”等范畴,其主要出现在中老年群体中,并认为其主要因正气不足、风寒湿邪等乘虚而入,留滞于颈部肌肉、经络、关节和筋骨等处,使得肌肉僵硬、气血不和、经脉闭塞所致。临床上应坚持以化瘀血、通经络的措施进行治疗,从而改善患者的临床症状,提高生活质量。针灸和中药熏蒸可直接通络、和气血,改善患者颈部的供血状况,使患者颈肩部肌肉放松、气血和畅,进而减轻患者疼痛。而且,中药熏蒸治疗符合血得热而行、得寒则涩的原理,从而改善患者的血液循环,有效起到消炎和镇痛解痉等作用;同时,其药物组成具有显著的祛风除湿、活血通络、消肿止痛等作用,局部熏蒸可减少全身药剂吸收量,安全性较高,患者更易接受。静力功能训练则为持续的静力刺激,让患者肌肉高度紧张,以调动患者全身气血[3]。通过静力效应的持续积累,可冲破气血阻滞,促使气血运行,充分利用肌肉内张力自我按摩颈部夹脊穴,从而促使神经根和椎动脉等无菌性炎症的吸收和消散,对椎体退行性病变或突出进行有效纠正;同时,静力功能训练具有较强的预防作用,颈部为人体较重要的部位,其经脉血气和畅对大脑气血充盈具有重要作用。颈椎病在一定程度上对大脑气血充盈有阻碍作用,应有效纠正不良姿势,改善患者临床症状[4]。本研究结果显示,采用针灸、中药熏蒸结合静力功能训练治疗的观察组其总有效率为97.06%,显著高于对照组的76.47%(P<0.01)。
综上所述,针灸、中药熏蒸结合静力功能训练治疗颈椎病疗效显著,能有效改善患者颈肩部疼痛、头晕恶心、肢体麻木等临床症状,值得临床推广应用。
参考文献
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[3]廖家权.中药熏蒸配合针灸治疗颈型颈椎病60例[J].湖北民族学院学报(医学版),2013,30(1):80,82.
[4]李松林,李琳娜.中医药综合理疗配以静力功能锻炼法治疗颈椎病150例[J].中医外治杂志,2013,22(4):30-31.
动力机器基础的静力计算 篇2
1 动力机器的静力计算
1.1 地基承载力验算
中心受压时:
偏心受压时:
其中, W为机器、基础和基础上的填土总重量;F为基础底面积;p, pmax分别为地基平均压应力和最大压应力;P, Pmax分别为作用于一根桩上的荷载和最大荷载;R为经宽度和深度修正后的地基土容许承载力;nh为桩数;Q为单桩垂直向容许承载力;Mx, My分别为作用于基础底面x向、y向的力矩;Xxmax, Xymax分别为由通过基础底面形心的轴至x向, y向的基础边缘的距离, 或由桩群重心轴线至最外一排桩的中心的距离 (力矩方向) ;xix, xiy分别为桩基在x向、y向第i根桩中心至桩台底形心的距离 (力矩方向) ;Ix, Iy分别为基础x向、y向底面的惯性矩 (力矩方向) 。
1.2 机组重心的核算
机组包括机器、基础和基础底板上的附属设备及填土;为了防止机器基础偏沉, 保证机器的正常运转和简化动力计算, 机组的总重心应力求与基础底面形心在同一垂直线上, 如偏心不可避免时, 其偏心距与偏心方向的基础底面边长之比不得大于下列限值:
1) 对汽轮机组和电机基础:3%;
2) 对金属切削机床基础以外的一般机器基础:当地基承载力标准值fk≤150 kPa时, 3%;当地基承载力标准值fk>150 kPa时, 5%。
下面通过某一空分工程的离心式压缩机进行如下演算:
压缩机基础底板长17.2 m, 宽11.7 m, 厚1.2 m。
1) 基础底板重心:
2) 机组重心:
机组重心其他参数见表1。
3) 混凝土框架重心:
混凝土框架重心其他参数见表2。
4) 混凝土框架及基础底板重心:
机组重心:XCG-m=∑ (p×x) /∑p=1.439 4 m;
YCG-m=∑ (p×y) /∑p=-0.445 8 m;
框架重心:XCG-F=∑ (p×x) /∑p=5.172 m;
YCG-F=∑ (p×y) /∑p=-1.095 m;
底板重心:XCG-S=1.17 m;YCG-S=-0.85 m;
XCG-F&S=∑ (p×x) /∑p=2.101 6 m;
YCG-F&S=∑ (p×y) /∑p=-0.907 13 m。
框架及底板重心其他参数见表3。
5) 上部所有荷载重心:
上部所有荷载重心其他参数见表4。
6) 上部所有荷载重心与桩基形心之间的偏心:
(X-X) /L=4.92%<5%, 满足要求;
(YCG-T-YCG-S) /B=0.23%<5%, 满足要求。
7) 机组重心与混凝土框架及底板中心之间的偏心:
(XCG-m-XCG-F&S) /L=-3.85%<5%, 满足要求;
(YCG-m-YCG-F&S) /B=3.94%<5%, 满足要求。
1.3 基础局部构件的承载力验算
大块式机器基础, 一般不验算混凝土的强度, 但重量大而底座支承面积小的机器应验算支承处混凝土基础表面的压应力。大块式基础的抗裂性是由构造钢筋来保证的, 具体规定详见有关规范。构架式、墙式和壳体基础的强度与抗裂性, 可按一般结构规范的有关规定进行验算。
2 设计时应注意的问题
1) 当进行静力计算时, 荷载应采用设计值;
柔性悬索桥静力分析 篇3
本文采用非线性有限元理论(C.R列式法),将大跨悬索桥的设计理论与柔性悬索桥的实际情况相结合,对柔性悬索桥进行静力分析。
1 工程概况
某人行悬索桥桥跨布置为36 m+210 m+41.5 m,桥梁全长287.5 m。主跨上部构造为210 m跨径柔性结构悬索桥,矢高为21 m。主缆为37股直径Φj15.24 mm钢绞线,标准强度1 860 MPa,主缆间距4.2 m。辅助缆为由19根Φ5 mm高强钢丝制成的扭绞型钢丝索,标准强度1 670 MPa,上锚点约位于1/3及1/6主跨跨径处,下锚点锚固于地面锚锭,辅助缆与水平面及竖直平面呈45°夹角,其初始张力为40kN,全桥共计8根。吊杆采用Q235 q钢制作的直径Φ28 mm、Φ40 mm圆钢,吊杆间距3 m。桥面系采用梁格体系,槽钢制作的纵、横梁采用焊接连接。桥面板为60 mm钢筋混凝土板,采用锚栓与桥面纵梁连接。边跨为13 m跨径简支板梁桥。桥塔为钢筋混凝土框架结构,桥塔基础为群桩嵌岩基础。主缆锚锭为钢筋混凝土框架结构。主缆采用OVM250拉索体系张拉端锚具OVM250-37直接锚固于锚锭上[4]。桥梁总体布置见图1。
2 初始平衡状态(恒载状态)结构静力分析
本项目采用madis civil2006进行结构有限元分析。主缆、辅助索及吊杆采用索单元,加劲梁及主塔采用梁单元模拟。主缆及辅助索的锚点,索塔根部均做固结处理。先采用节线法,再作精确的初始平衡状态分析,可得成桥阶段结构外形及内力。主缆初始平衡状态下坐标见图2[3,4,5]。
3 人群荷载作用下结构静力分析
按非线性的活载分析方法,通过反复迭代和对比,最终得出了控制设计的3种人群荷载布置工况。
(1)人群荷载布置工况Ⅰ为中跨全跨布置人群荷载。此工况控制了主缆、桥面系、锚锭、主塔及下部构造的结构设计。此工况作用下,主缆最大张力1 924 k N;加强型吊索最大张力49.4 kN(辅助索锚点处),普通型吊索最大张力20.7 kN;塔底最大弯矩为5 432 kN·m,对应最大轴力为5 975 kN。桥面系最大压应力为-98.6 MPa,最大拉应力为100 MPa。
(2)人群荷载布置工况Ⅱ为中跨跨中78 m范围内布置人群荷载。此工况控制了桥面系正对称变形,即跨中最大挠度。此工况作用下,Z方向桥面位移最大值为0.830 m(向下)和0.163 m(向上)。
(3)人群荷载布置工况Ⅲ为中跨左端84 m范围内布置人群荷载。此工况控制了桥面系反对称变形(即S形变形)及辅助缆设计。此工况作用下,Z方向桥面位移最大值为0.605 m(向下)和0.230 m(向上);辅助缆最大张力133 kN。
4 静风荷载作用下结构静力分析
风荷载在桥上的实际分布是相当复杂的,在静风计算中,一般假定风荷载为沿桥跨方向均布的已知荷载。这样,作用在悬索桥上的风载将分别通过主缆和加劲梁传到基础。风载在主缆与加劲梁之间的传递是由吊索完成的,其受力根据刚度分配。中小跨径悬索桥横向刚度以加劲梁为主,因而横向风力主要由加劲梁承担。特大跨悬索桥刚度以主缆的重力刚度为主,并且随着跨径的增大,主缆重力刚度与加劲梁横向刚度之比越来越大,主缆承担的风力也随之增大。可见研究静风荷载的计算问题,首先必须研究风载在主缆和加劲梁上的分配问题。本桥设计时考虑风荷载主要由主塔和桥面系承担。
根据《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T D60-01-2004),本桥跨径较小,无需做抗风稳定性验算,故仅做静风荷载计算。查阅有关资料得知,桥位处基本风速为25.6 m/s(重现期100年)。按《公路桥梁抗风设计规范》计算有关风荷载,并加于计算模型之上,进行非线性分析,得出如下结果:风载作用下结构最大横桥向位移为0.093 8 m,此值小于规范所规定的1/1000跨径的要求;主缆最大张力1 223 kN;桥面系最大压应力为-97 MPa(仅出现在邻近索塔的一个梁段),最大拉应力为107.4 MPa。
辅助缆对结构的抗风起了决定性的作用。当去除辅助缆,结构在相同的风荷载作用下,横向最大位移达0.658 m,桥面系构件最大应力也将增加3倍多。此时,原结构不能满足安全性要求。
5 柔性悬索桥的变形控制
对于本桥这样的柔性悬索桥而言,使用阶段的变形控制相当重要,这不仅直接关系到桥梁的安全,而且关系到行人的安全和可通过性。但由于主缆及加劲梁刚度小,重力刚度也相对较小,这些都使柔性悬索桥的受荷变形相当大,而且对变形的控制也比较困难。可以说变形实际上是柔性悬索桥设计的最终控制因素[5,6]。
减小悬索结构变形,可采取如下几种方法:增加恒载、改变矢跨比、增加辅助索和加大主缆及加劲梁刚度。为了最终确定结构形式,本文先后建立了7种不同的模型进行分析。这7种模型的主塔及加劲梁结构相同,其余结构有所区别,具体说明如下:
模型1:木桥面、无辅助索、矢跨比1/10、37束Φj15.24 mm主缆;
模型2:木桥面、无辅助索、矢跨比1/12、37束Φj15.24 mm主缆;
模型3:混凝土桥面、无辅助索、矢跨比1/10、37束Φj15.24 mm主缆;
模型4:混凝土桥面、无辅助索、矢跨比1/12、37束Φj15.24 mm主缆;
模型5:混凝土桥面、无辅助索、矢跨比1/10、55束Φj15.24 mm主缆;
模型6:混凝土桥面、1/4跨处设斜拉索锚固于主塔、矢跨比1/10、37束Φj15.24 mm主缆;
模型7:混凝土桥面、空间辅助索锚固于地面混凝土锚锭、矢跨比1/10、37束Φj15.24 mm主缆。此模型为最终采用的结构形式。
各模型的变形最大值见表1,最大变形指的是正、负挠度绝对值之和最大。
m
从表1可知,增加恒载和添加辅助索是比较好的减小变形的方法。本桥通过采用混凝土桥面板增加了恒载,直接导致重力刚度的增加,故减小了变形。尽管混凝土桥面板一次性投资稍大,但其较木桥面的耐久性好,养护方便,故从长远来看,桥面的造价并未增加。
本桥结构分析中考虑了2种辅助索的形式,即:锚固于主塔的斜拉索和锚固于地面混凝土锚锭的空间辅助索。而后一种辅助索因其构造简单、施工方便、能更好地控制结构挠度以及可以有效抵御风荷载,而成为最终采用的结构形式。
6 结语
对于柔性悬索桥而言,由于其自身刚度较小,故表现出较严重的非线性,分析时必须采用非线性有限元理论,方能得出较精确的结果。对于较大跨径的柔性悬索桥而言,辅助缆是必不可少的,它对控制结构变形、抵抗风荷载及保证结构稳定,都有着相当重要的作用。本文将大跨悬索桥的设计理论与柔性悬索桥的实际情况相结合,详细分析了其静力特性,得出了比较精确和实用的结论,希望可以对这种桥型的发展有所裨益。
参考文献
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堆料机悬臂的静力分析 篇4
侧式悬臂堆料机主要用于水泥建材、煤炭、电力、冶金、化工等工业行业, 可以对石灰石, 煤, 铁矿石、辅料等进行预均化处理, 可以根据需要设定堆料方式, 与取料机配合使用后可以大幅提高散料的均化效果, 保证原料的稳定性, 是散料储存及均化的必备设备。悬臂承载着用来输送物料的整个胶带机机构, 其受力状态随着堆料机的作业工况的改变而时刻变化着。本文对DB200/16.5侧式悬臂堆料机的悬臂进行静力学分析, 对其进行强度、刚度及稳定性计算。
2侧式悬臂堆料机基本构造及工作过程
2.1堆料机结构主要分如下几部分:
(1) 悬臂部分;
(2) 导料槽;
(3) 胶带机;
(4) 来料车;
(5) 行走机构;
(6) 液压系统;
(7) 轨道部分;
(8) 电缆坑;
(9) 照明系统;
(10) 检测系统;
(11) 电缆布线系统等组成。
2.2来料车将地面皮带上的物料通过导料槽转送至悬臂胶带机, 悬臂胶带机将物料运送到头部卸料滚筒处, 利用挡料板调节落料点位置, 在行走机构的行走及俯仰机构的变幅动作下, 完成物料的定点式堆料或往复式的人字形堆料。
3悬臂的结构
悬臂架由两个变截面的工字型梁构成。横向用钢板和角钢连接成整体。工字型梁采用钢板焊接成型。因运输限制, 臂架分段制造、现场焊接成整体。悬臂架上面安有胶带输送机, 胶带机随臂架可上仰下俯。悬臂尾部设有配重箱, 箱内装有混凝土配重块。
悬臂两侧设有走台, 走台上铺设钢格板, 一直通到悬臂的前端, 以备检修、巡视胶带机。悬臂下部设有两处支撑铰点。一处是与行走机构的三角形门架上部铰接, 使臂架可绕铰点在平面内回转;另一处是通过球铰与液压缸的活塞杆端铰接, 随着活塞杆在油缸中伸缩, 实现臂架变幅运动。液压缸尾部通过球铰铰接在三角形门架的下部。如图1所示。
4悬臂的静力学分析
本设备中悬臂的工作范围为上仰6°、下俯8°, 本文取 (1) 工作风压满载下俯8°, (2) 工作风压满载水平, (3) 工作风压空载上仰6°, (4) 非工作风压空载水平四种工况进行分析。本文采用普通应力分析法进行构件设计, 结构材料的许用应力及载荷工况依照JB/T8849-2005移动式散料连续搬运设备钢结构设计规范, 且悬臂在俯仰过程中速度很低, 不考虑惯性力的作用, 行走机构速度也较低, 不考虑冲击系数的影响。
由于悬臂结构主截面全部由钢板组焊而成, 所以模型采用板单元模拟, 横连角钢类似于空间桁架结构, 采用杆单元模拟误差不大, 并且可以提高计算效率, 节省计算成本。整体悬臂建模结束后, 施加约束条件, 臂架与液压缸、行走机构门架均为铰接。非工作风压下地面锚定装置与悬臂为铰接, 液压缸采用杆单元模拟, 板单元大小采用50mm, 计算模型如图2所示。
(1) 工作风压满载下俯8°。
边界条件施加结束后, 应力云图如图3所示。
此工况下载荷组合为Ⅱ, 由图3可以看出板单元的冯氏应力值最大为78MPa<[σ]=180MPa (此处板厚16mm, 材质Q235-B) , 出现在液压缸铰点附近板厚变化处, 强度满足要求, 悬臂最大总变形量是42mm, 许用挠度取L/350=16500/350=47mm, 整体刚度满足要求。
稳定性的验算包括悬臂的整体稳定性验算和局部稳定性验算, 为了简化计算过程, 提高计算效率, 下面运用电算和手算结合的方式进行分析:首先用软件做线性屈曲分析, 求出一阶特征值, 初步判断线性屈曲时的临界应力的大致范围, 再由一阶模态结果分析出结构失稳时是整体屈曲行为先发生还是局部屈曲行为先发生, 若为后者, 则确定出屈曲的板件为哪一块板件, 然后在利用电算的应力结果, 手算该板件的稳定性是否通过。若为前者, 则手算整体稳定性是否通过。现对此工况进行线性屈曲分析, 得到一阶特征值为5.8, 局部屈曲, 板件为靠近油缸支点处的腹板, 位置和形态如图4所示, 屈曲形态为波浪形, 应力几乎成上下对称性分布, 由此可以判定出该板件主要是由弯曲应力引起的局部屈曲, 由于剪切应力及局部压应力不大, 为了简化计算局部压应力和剪应力对板件屈曲的影响可以暂不考虑, 待计算结束后用通过适当增大系数的方法进行补偿。现将该板件提出单独进行稳定性计算, 计算简图如图5所示。
该板件最大的应力值为±60MPa, 参照板件稳定性理论, 临界应力按下式计算:σk=K (δ/h0) 2×103MPa, 其中系数K取值与腹板的固定情况和正应力分布情况有关, 参考相关资料, 翼缘板对腹板起弹性固定作用, K≈6300, 板厚δ=8mm, 腹板高度h0=1168mm, 带入公式得出临界应力σk=295MPa, 考虑到腹板受剪应力及局部压应力作用, 将临界应力降低10%, 临界应力取295×0.9=2 6 8 M P a, 稳定性安全系数达到了268/60=4.5, 再由于268MPa已然超过了材料的许用应力180MPa, 所以屈曲的发生是在强度失效之后, 无须考虑屈曲状态。综上所述可以得出, 悬臂主截面的控制因素为整体刚度要求。板件的验算全部通过。下面对杆件进行分析计算。
本结构中的杆件全部布置在受压翼缘板一侧, 与横隔板联合作用提高了悬臂的抗侧弯屈曲能力和抗扭转能力, 从而提高了悬臂整体稳定性。通过杆件的应力云图可知最大受力为-30MPa, 即此杆为轴心受压杆。悬臂中的杆件全部采用等边角钢∠50×50×5, 几何长度2220mm, 截面积480mm2, 毛截面的最小回转半径r=9.8 mm, 考虑到角钢的单边焊接造成的偏心影响, 将许用应力[σ]=180MPa降低15%, 取值153MPa, 强度计算通过。杆件的刚度由长细比λ衡量, 由于此结构中的杆系均为支撑类杆, 参照起重机设计规范和钢结构设计规范将许用长细比[λ]取值200。λ=μL/r=2220/9.8=226>[λ] (其中杆件视为两端铰接, 长度系数μ=1.0) , 刚度未通过。杆件的稳定性按σ=N/ (φA) <[σ]=153MPa判定, 查钢结构设计规范可知角钢∠50×50×5在长细比λ=226时的φ=0.149, 代入公式σ=30/0.149=201>[σ], 稳定性未通过。以上针对1) 工况 (工作风压满载下俯8°) , 全部验算完毕。
(2) 针对剩余三种工况, 将有限元模型进行旋转, 定义好边界条件后, 按照上面的步骤和方法进行计算, 计算结果按照杆件和板件进行分类, 分别汇总于表1、表2中。
由以上数据看出, 四种工况中整体刚度均满足要求, 板件强度除工况4) 情况需说明外, 其余均满足要求, 但考虑到工况4) 为非工作状态, 应力达到四种工况中的最高值86MPa, 且此载荷工况属于Ⅲ类载荷, 板件许用应力取200MPa, 杆件许用应力取170MPa, 强度、局部稳定性全部通过。杆件的受力最大工况是工况4) , 强度计算通过, 刚度和稳定性未通过, 工况4) 计算通过, 则前三种工况自然通过。现将角钢∠50×50×5全部换成角钢∠75×75×5, 计算后强度应力值σmax=27MPa, λ=148, 稳定性应力值σmax=130MPa, 全部通过。
结语
(1) 此侧式悬臂堆料机的悬臂的主截面由整体刚度控制。
(2) 工况4) 非工作风压下水平状态下的板件应力及杆件应力达到峰值。
(3) 利用FEMAP的强大分析能力结合传统手算, 可以大大提高计算效率, 保证了计算结果精度。
(4) 为其他类似的悬臂式堆料机的悬臂结构的设计计算提供了参考依据。
摘要：侧式悬臂堆料机是散料堆放的理想设备, 可以采用定点堆料方式或人字法堆料方式将物料堆积成长形料堆, 以达到物料的均化和贮存的目的。本文利用有限元分析软件并结合手算对DB200/16.5侧式悬臂堆料机的悬臂进行静力学计算, 对其典型的几种工况进行分析, 验算了其强度, 刚度及稳定性。
关键词：悬臂,应力,屈曲
参考文献
[1]成大先, 等.机械设计手册第四版第5卷[M].北京:化学工业出版社, 2006.
[2]徐克晋.金属结构[M].北京:机械工业出版社, 1982.
[3]JB/T8849-2005, 移动式散料连续搬运设备钢结构设计规范[S].
部分斜拉桥静力优化分析 篇5
矮塔斜拉桥的先驱是Christian Menn设计的甘特(Ganter)大桥。桥的混凝土箱形梁由预应力混凝土斜拉板挂在非常矮的桥塔上,这种板可看成是一种刚性的斜拉索。
现代矮塔斜拉桥的结构形式首次由法国工程师Jacgues Mathivat提出。他在设计位于法国西南Arre′tDarre′高架桥的替代方案时,采用了超配量的体外索PC桥,我国称之为矮塔斜拉桥。
从1994年建成第一座真正意义上的矮塔斜拉桥至今,国外已修建了20余座此类桥梁。由于它优越的结构性能,良好的经济指标,越来越显示出巨大的发展潜力。我国虽起步较晚,但发展势头迅猛,仅山西省目前已有2座此类桥梁在开工建设。
1 矮塔斜拉桥的建造背景和研究现状
日本在1994年建成了第一座真正意义上的矮塔斜拉桥——小田原港(Odawara Blueway)桥,其跨度为70 m+122 m+74 m,塔高仅为11 m。此后这种桥型在日本得到迅速发展,截止目前已建成了这种桥梁22座,桥梁跨度从初期的122 m发展至275 m,桥宽从13 m发展到33 m,主梁有预应力混凝土梁、钢梁、普通结合梁和波形钢腹板结合梁。
近几年国内外相继修建了多座独塔矮塔斜拉桥。双跨独塔矮塔斜拉桥的修建也逐渐成为斜拉桥的一个亮点。由于独塔斜拉桥可利用地形的特点,采用等跨或者不等跨跨过障碍物,基础、塔和索都减少了一半,所以造价比较低,而且塔和梁的施工比较简单。
我国首座矮塔斜拉桥是2000年建成的芜湖长江大桥,这是一座公铁两用桥,上层为公路桥下层为铁路桥,主桥为180 m+312 m+180 m。由于受到飞机航运和长江航运的限制,塔高为33.2 m,塔高与主跨比仅为0.11。2004年11月建成的世界上单幅最宽(60 m)的矮塔斜拉桥——银川市丽兴路一号矮塔斜拉桥全长206 m,桥面宽60 m,主跨70 m+70 m;2005年建成的河南平顶山市堪河一桥,主跨为88 m+72 m,塔高22.7 m等。已建成的日本指久保桥主跨114.0 m+114.0 m,塔高22 m;粟东桥主跨为140.0 m+170.0 m,塔高31 m。
国内外独塔矮塔斜拉桥建造情况见表1。
2 独塔矮塔斜拉桥的静力优化设计
2.1 独塔矮塔斜拉桥的设计概述
2.1.1 立面布置
立面布置要根据桥位处的地形、地质、水文条件确定,并且兼顾桥的受力。双跨独塔斜拉桥的跨度比L1/L2=0.5～1.0比较合适。当采用不等跨时,由于大跨度一侧主梁内力和位移比较大,可以利用引桥做平衡孔,由于索塔也有侧倾的趋势,可将索塔设计为不对称的或向侧倾反方向倾斜。独塔矮塔斜拉桥的主跨不宜太大,宜小于200 m。其塔高H较矮,一般小于50 m。索塔高H和主跨L的比值在1/5～1/12时比较经济。由于矮塔斜拉桥以主梁受力为主,故主梁高跨比比较大,一般为1/12～1/30。
2.1.2 主梁
矮塔斜拉桥的主梁为主要承重构件,梁的受力很接近连续梁桥,梁体的截面内力往往较大,因而,梁体的截面形式和连续梁、刚构桥的类同。
主梁主要采用等截面或变截面预应力混凝土封闭箱梁,也可以采用结合梁或波纹钢腹板主梁,以减轻梁体自重,增大跨越能力。
2.1.3 斜拉索设计
斜拉索根据桥面宽度不同可采用单面索、双面索或三面索,采用单面索时索距较密而且由于索不能提供抗扭刚度,需要梁高较高。不等跨布置时可将边跨设为双索面,以增加结构的稳定性。
斜拉索目前多用高强钢绞线,在塔上通过索鞍锚固。钢斜拉索比较好的防护方法是将每根钢绞线的每根钢丝涂防锈材料,再在每根钢绞线和PE护套间涂保护油脂,最后将若干根带有护套的钢绞线挤入大的PE套管。张拉锚固后在索鞍端口压注高强环氧砂浆抗阻块,以阻止钢绞线在不平衡索力作用下的滑移趋势。
2.2 成桥状态的索力优化
2.2.1 索力影响分析
矮塔斜拉桥成桥状态下的索力大小和分布情况决定着主梁的受力特性。索力小,主梁的内力必然大,需要的主梁截面就大,结构自重相应也大;索力太大,主梁内力会小,结构自重也小,但钢斜拉索在高应力作用下的耐久性降低;如果索力分布不合理,会使主梁承载力减小,主梁内力分布变化明显,并且影响成桥的线性。
为说明索力变化对主梁的影响,分析一座跨度比为0.96的每侧有3对索的独塔矮塔斜拉桥在成桥状态下不同索力的主梁弯矩和变形图。最内侧索索力为T1,最外侧索索力为T3,中间索索力为T2,T取为结构自重的1/9。
分析结果表明:当T1=T2=T3时,随着索力的增大,主梁内的最大正弯矩减小,塔根处主梁的最大负弯矩绝对值也减小,弯矩分布逐渐均匀;当索力增大到很大时,塔根处主梁变为正弯矩,两跨跨中拉索附近主梁承受负弯矩,主梁受力不利;当T1<T2<T3时,弯矩分布更为均匀;增加最内侧索的索力对主梁弯矩分布影响不大,增大最外侧索的索力对主梁弯矩分布影响较大。
2.2.2 斜拉桥索力优化方法——应变能最小法
斜拉桥成桥恒载内力分布的状况是衡量设计的重要标准之一。合理的成桥状态,主梁在恒载作用下最大弯曲内力小且分布均匀,变形也小,成桥线性比较平顺。现代矮塔斜拉桥多采用密索,任何一根索的索力变化,主梁的恒载内力就会发生变化,“牵一索而动全桥”。所以在斜拉桥设计时,必须找到一组索力,使结构在确定的荷载作用下其受力性能达到最优。寻找这组索力的过程就是斜拉桥的索力优化。随着计算理论和方法的发展,出现了很多索力优化方法,其中使用最多的是应变能最小法。
3 结语
理论与实践证明,矮塔斜拉桥具有独特的特点:1)受力性能好。受力性能兼具梁式桥和普通斜拉桥的特点,梁和塔均为压弯构件,索帮助梁承受部分荷载,索梁荷载比设计灵活。2)性价比合理,跨度在100 m～300 m时,和连续梁桥施工造价接近,在全桥生命周期内,造价远低于普通斜拉桥。3)施工简单。矮塔斜拉桥的施工方法与连续梁桥或刚架桥基本相同,可采用悬浇法施工;施工中不必进行斜拉索二次索力调整;由于矮塔斜拉桥桥塔较矮,桥塔施工也没有斜拉桥桥塔施工复杂。4)外形美观。这种桥型刚中带柔,柔中有刚,刚柔相济,颇具美学特色。
参考文献
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[5]郑一峰,黄侨,张连振.部分斜拉桥结构体系分析[J].公路,2005(6):101-102.
钢框—桁架组合结构的静力分析 篇6
轻型钢框架结构体系是采用型钢做框架梁、框架柱、次梁等构件,在一定跨度范围内,该结构形式较之传统的混凝土结构有明显的综合优势;同时随之结构的自重明显减轻,尤其是对于软土地基条件下的结构,基础造价会明显减少。由于轻钢结构的结构形式简单,其造价主要取决于用钢量的大小。当跨度较大的时候,钢框架结构中的框架梁的截面会较大,钢框—桁架组合结构是基于对钢框架的研究与分析,将钢框架中的次梁简化为空腹桁架而得到的一种新的轻型钢结构形式。由于用钢量大小直接与设计方案相关,本文通过对一个37.5 m×12 m的建筑分别采用钢框架结构与钢框—桁架组合结构两种方案设计分析,初步阐述钢框—桁架组合结构的特点。
1 算例分析
1.1 钢框架计算模型
会议室为37.5 m×12 m矩形平面,采用12 m×7.5 m的柱网。框架梁采用500 mm×200 mm×11 mm×17 mm的H型钢,次梁采用500 mm×200 mm×10 mm×16 mm的H型钢,框架柱采用400 mm×400 mm×13 mm×21 mm的H型钢,板采用120 mm的钢筋混凝土板。
荷载计算:
恒载:4.67 kN/m2;活载:上人屋面:2.0 kN/m2;暂考虑1.2恒载+1.4活载=1.2×4.67+1.4×2.0=8.40 kN/m2。
应用通用有限元软件ANSYS中建立模型,采用弹性算法,分别采用Beam188单元模拟梁和柱,Shell63单元模拟混凝土板,钢材的本构关系均采用各向同性的理想弹塑性模型。
1.2 钢框—桁架计算模型
采用同样的柱网,把横向次梁换成桁架,桁架采用150 mm×150 mm×5 mm方钢管,框架梁采用500 mm×200 mm×11 mm×17 mm的H型钢,框架柱采用400 mm×400 mm×13 mm×21 mm的H型钢,板用70 mm的混凝土板。三维示意模型如图1所示,因该结构形式采用的混凝土板较薄恒载减少了31.25 kN/m2,恒载为4.67-1.25=3.42 kN/m2,活载取2.0 kN/m2。
考虑荷载组合:1.2恒载+1.4活载=1.2×3.42+1.4×2.0=6.90 kN/m2。
采用Beam188单元模拟框架梁、框架柱以及空腹桁架,用Shell63单元模拟板,分析得到结构的竖向位移。
2 构造处理
2.1 节点构造
整体结构是通过节点将各个独立的构件连接成一个有机整体的。因此,结构能否按设计预期的要求来承受外部荷载,节点的受力性能至关重要。本算例需要考虑的是桁架与框架梁的节点处理,以及钢框架柱与钢筋混凝土基础的节点处理。
桁架与框架梁的节点设计为铰接,采用上弦支撑的形式。上弦支撑使得荷载通过桁架传给框架上翼缘,要适当增加节点处的尺寸,以满足强度需求。另外对节点处的框架梁进行局部加肋,以防止框架梁的局部压屈(如图2所示)。
框架梁与框架柱的节点处理参考钢框架的设计,在此不再赘述。
2.2 支撑
为增强结构整体的抗侧刚度,设置侧向支撑,与框架共同抵抗水平力。横向有12根框架柱抵抗横向水平力作用,考虑在两端增设横向支撑;框架柱在抵抗纵向水平力时,沿弱轴受弯,对纵向刚度的贡献不大,因此考虑增设纵向支撑。
在水平荷载作用下,支撑对提高结构整体刚度有很大贡献,有利于结构的整体稳定性。因此支撑作为抗侧力的一道防线显得尤其重要。支撑结构中应用最为普遍的是交叉支撑和人字形支撑。在轻钢结构中加上支撑结构,分析其对整体结构的抗侧力贡献,对节点进行相应的构造处理。
3 对比分析
由位移云图对比可知,钢框架的最大竖向位移为27.269 mm,而钢框—桁架的最大竖向位移为26.719 mm,比钢框架的最大竖向位移少近0.55 mm,相差不大。将这两种结构形式的板厚、型钢用量单方板的钢筋量单方总用钢量以及屋盖自重进行比较见表1。
由表1的数据可知:1)钢框—桁架组合结构中板的跨度比钢框架要小,因此板厚取值较钢框架的板厚大为减小;2)板厚的减小,直接导致结构荷载下降26.3%,尤其是在软土地基条件下,结构自重的减轻对基础造价的影响是很大的,该结构形式具有较强的竞争力;3)这两种结构经比较,钢框—桁架结构的单方用钢量较钢框架结构下降近16%,在经济性上也有很大优势;4)桁架本身是一种格构式受弯构件,由于其平面内的刚度较大,较H型钢梁具有一定优势;同时该结构形式本身可体现建筑的结构美感,不用做太多装修,即使装修,桁架的下弦杆也可充当龙骨,在一定程度上节约层高。
4 结语
本文主要是提出采用钢桁架替代传统的钢框架的横向型钢梁。为了体现钢框—桁架组合结构的特点并观察横向型钢梁由空腹桁架替代后的效果,本文对钢框—桁架组合结构进行静力分析时应用有限元软件对一个等跨等柱距的算例分别采用钢框架和钢框—桁架两种结构形式进行建模分析。通过比较,钢框—桁架组合结构具有较明显的优势。此外,本文提出了钢框—桁架组合结构的构造措施以及相关节点的处理。但要应用于工程实践还需要对其动力特性进行深入讨论,尤其是在地震区,要进行抗震性能的验算;在用ANSYS分析钢框—桁架时板与桁架是协同工作的,在施工过程中要保证板与桁架上弦的可靠连接,保证板与桁架的共同工作;另外对于框架与空腹桁架的节点要进行处理以保证二者的刚性连接
摘要：介绍了钢框—桁架组合结构是一种新型的钢—混凝土组合结构形式,应用有限元法对钢框架与钢框—桁架组合结构进行静力分析,通过比较得到该结构形式在自重、用钢量等方面的优势,并对节点及支撑提出构造处理措施。
关键词：空腹桁架,钢框架,钢框—桁架结构,ANSYS分析
参考文献
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浅谈静力弹塑性分析方法 篇7
关键词：静力弹塑性,能力谱,需求谱
静力弹塑性分析方法[1] (Pushover分析方法) 作为结构非线性响应的一种简化分析方法, 是基于性能的抗震设计思想而发展起来的。静力弹塑性分析方法是一种静力方法, 无论是在分析技术的复杂性上, 还是在计算的工作量和分析结果上, 都是一种较为有效的分析方法。随着建筑结构基于性能的设计方法越来越受到各国学者的重视, 作为实现该方法的一个重要工具——静力弹塑性分析Pushover Analysis也得到日益广泛的应用, 本文就静力弹塑性分析的两种方法做一个简单介绍。
1 静力弹塑性分析Pushover方法基本原理
Pushover分析方法没有特别严密的理论基础, 其基本假定为[3]:
1) 实际结构的响应与一等效单自由度体系相关, 也就是说结构的响应仅由结构的第一振型控制。2) 结构沿高度的变形由形状向量{ϕ}表示, 在整个地震反应过程中, 不管结构的变形大小, 形状向量{ϕ}保持不变。
虽然上述假定在理论上不完全正确, 但对于响应以第一振型为主的结构, 用静力弹塑性分析可以对结构进行合理的性能评价。
2 Pushover分析的几种方法
2.1 美国ATC-40能力谱法
能力谱法是美国应用技术协会推荐的方法, 也被日本新的建筑基准法所采用。该方法的基本思想是建立两条相同基准的谱线, 一条是由力—位移曲线转化为能力谱线 (capacity spectrum) , 另一条由加速度反应谱转化为需求谱线 (demand capacity) , 把两条线画在同一个图上, 两条曲线的交点定为“目标位移点” (或“结构抗震性能点”) , 再与位移允许值比较, 确定结构是否满足抗震性能要求。其主要步骤如下[4]:
1) 根据结构弹塑性静力分析Pushover方法里的 (1) 步～ (7) 步得到结构的控制点位移 (一般采用顶点位移) —基底剪力的曲线 (见图1a) ) 。
2) 建立能力谱曲线。对不是很高的建筑结构, 地震反应以第一振型为主, 可用等效单自由度体系代替原结构。因此, 可以将控制点位移—基底剪力曲线转换为谱加速度—谱位移曲线, 即能力谱曲线 (见图1b) ) 。
3) 建立需求谱曲线。需求谱曲线分为弹性和弹塑性两种需求谱。对弹性需求谱, 可以通过将典型 (阻尼比为5%) 加速度Sa反应谱与位移Sd反应谱画在同一坐标系上 (见图2a) ) , 根据弹性单自由度体系在地震作用下的运动方程可知Sa和Sd之间存在下面的关系。
从而得到Sa和Sd之间的关系曲线, 即AD形式的需求谱 (见图2b) ) 。对弹塑性结构AD形式的需求谱的求法, 一般是在典型弹性需求谱的基础上, 通过考虑等效阻尼比ζe或延性比μ两种方法得到折减的弹性需求谱或弹塑性需求谱。ATC-40采用的是考虑等效阻尼比ζe的方法。ATC-40中等效阻尼比ζe由最大位移反应的一个周期内的滞回耗能来确定, 按下式计算:
其中, ED为滞回阻尼耗能, 等于由滞回环包围的面积, 即平行四边形面积;Es为最大的应变能, 等于阴影斜线部分的三角形面积, 即ap×dp/2。为确定ζe, 需要首先假定ap, dp, 有了ζe后, 通过对弹性需求谱的折减, 即可得到弹塑性需求谱。
4) 性能点的确定。将能力谱曲线和某一水准地震的需求谱画在同一坐标系中, 两曲线的交点称为性能点, 性能点所对应的位移即为等效单自由度体系在该地震作用下的谱位移。
将谱位移转换为原结构的顶点位移, 根据该位移在原结构Vb—un曲线的位置, 即可确定结构在该地震作用下的塑性铰分布、杆端截面的曲率、总侧移及层间侧移等, 综合检验结构的抗震能力。
若两曲线没有交点, 说明结构的抗震能力不足, 需要重新设计。
因为弹塑性需求谱、性能点、ζe之间相互依赖, 所以确定性能点是一个迭代过程。只要已知参数输入正确, 性能点、ζe、需求谱等可由程序自动算出。
在输入已知条件时, 需要注意的是:程序中的地震反应谱与我国GB 50011-2001建筑抗震设计规范的地震反应谱表达方式略有不同, 需经等效后换成程序中的系数, 程序中的反应谱如图3所示。
2.2FEMA-273/274中的等效位移系数法
美国FEMA-273/274建议Pushover分析的目标位移计算采用等效位移系数法。在该方法中, 目标位移由下式确定:
其中, Sa为反映SDOF体系的等效自振周期和阻尼对应的谱加速度;c0为反映等效单自由度SDOF体系位移与建筑物顶点位移关系的调整系数;c1为反映最大非线性位移期望值与线性位移关系的调整系数;c2为反映滞回环形状对最大位移反应影响的调整系数;c3为反映P—U效应对位移影响的调整系数。
有效基本周期Te的确定。
在FEMA-273中, 有效基本自振周期是在得到结构的Pushover曲线之后, 根据底部剪力和顶点位移的简化曲线来计算的:
其中, T为原结构的弹性基本自振周期, 由弹性动力分析确定;K为结构弹性侧向刚度;Ke为结构有效侧向刚度, 按结构能力曲线折线化后60%的屈服剪力处的割线刚度取值, 如图4所示。
3 结语
基于功能抗震设计理论的提出, 使得人们的兴趣逐渐转移到静力弹塑性推覆分析方法, 即Pushover分析方法。这种方法是一种新兴的方法, 是一种具有操作简单、概念明确等优点的结构评价方法。但该种方法本质上是建立在静力基础上的, 是一种近似的方法, 且其分析结果的精度在很大程度上依赖于加载模式和目标位移的选择, 使分析只考虑由特定的加载模式引起的变形的影响, 而没有考虑实际地震动引起的变形的影响。该种方法不能完全反映结构的动力特性, 计算结果不够精确, 有待改进。
参考文献
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