经济跨度（精选7篇）
经济跨度 篇1
我国大跨度空间结构的基础原来比较薄弱, 但随着国家经济实力的增强和社会发展的需要, 近十余年来也取得了比较迅猛的发展。工程实践的数量较多, 空间结构的类型和形式逐渐趋向多样化, 相应的理论研究和设计技术也逐步完善。
由于市场经济的需求及计算机辅助设计的水平不断发展, 空间网架结构的设计日趋简化, 且对结构专业知识的弱化造成网架结构工程计算不符合工程实际要求, 或不满足荷载跨度网架网格尺寸及网架矢高支座约束等方面的要求而造成结构安全度降低或网架成本过高而浪费。
本文根据空间网架结构, 在规定跨度下, 不同网格, 不同矢高, 不同支座约束及相对应的各种荷载作用下, 《MSGS空间网格结构分析设计软件》进行各种数量级的大量计算, 首先得出大量的网架结构构件, 并对各种构件进行统计分析, 从中找出各种结构构件的规格数量的变化, 同各种外部条件变化的关系。通过数学模型的统计计算, 从中得出在不同跨度相应计算参数的条件下。满足安全的前提下最为经济合理的, 优选方法研究。
1将常用的网架结构跨度列为依据, 对不跨度的网架结构设定不同的网格尺寸、网架矢高、支座约束条件、荷载条件。对同一垮度设定不同网架网格尺寸、网架矢高、网架构件规格及构件材质的确定、支座约束条件。对同一垮度设定不同条件的荷载及不同的荷载值选择最具代表性的网架结构方案、建立新模型 (网架实体) 进行实际加荷实验并记录进行分析验证。
利用《MSGS空间网格结构分析设计软件》专门针对空间网架结构一定跨度的网架工程, 进行各种条件的大量的计算分析比较, 在宏观数据上取得详实细致的资料及相应结论。通过实体模型试验, 验证其结论。利用相应结论, 对网架设计进行指导、网架结构条件的确定, 而达到安全合理更加经济、从而促进空间网架结构的发展。
根据一定跨度下的不同网格尺寸, 不同网架矢高, 不同支座约束及不同荷载作用下的计算机辅助设计, 从而得到相应数据, 对其进行总结分析而得出相应结论。在满足结构安全合理的前提下预期达到一定条件下网架结构含钢量最低, 经济效果最好。
本工程为螺栓球节点的四角锥网架结构支承形式为上悬支承。网架杆件选用高频焊接钢管, 无缝钢管和钢板均采用《碳素结构钢》GB/T700-2006规定的Q235B号钢, 钢球直径M39的无纹螺母均采用《优质碳素结构钢钢号级技术条件》GB699-88规定的45号钢, 高强度螺栓和紧固螺栓采用《低合金强度结构钢》GB/T1591-2008规定的40Cr钢40B钢或20Mn Ti B钢。其高强度螺栓应采用国家标准《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB1228-91规定的性能等级10.9S, 并符合国家标准《普通螺栓基本尺寸》GB196-81粗牙普通螺纹的规定。锥头、封板及无缝螺母 (小于M39) 采用《优质碳素结构钢钢号级技术条件》规定的20号钢。焊接采用《低碳钢及低合金钢高强度焊条》规定的E432-E435型焊条。网架所采用的材料均有出厂合格证。
制造、运输、堆放及安装应遵守《钢结构工程施工及验收规范》GBJ205和《空间网格结构技术规程》的要求。构件焊接Q235钢材之间以及Q345与Q235钢材之间焊接采用E43焊条, Q345钢材之间采用E50型焊条。网架构件在运输装卸时不能抛甩以防构件变形和损坏。本网架安装采用搭设满堂脚手架的高空散装法施工, 网架在施工过程中应随时检查基准轴线位置, 标高及垂直偏差, 并及时纠正。网架构件制作前应进行彻底除锈, 除锈等级要求:喷射除锈应达到Sa2级手工除锈应达到St2级。网架节点再拧紧螺栓后, 应将多余的螺栓孔以及缝隙用油腻子封口以防锈蚀。网架构件除锈后应进行防锈处理。网架所有零件均需涂刷防锈底漆两遍, 安装完成后均需涂刷调和漆两遍。对处于具有腐蚀性介质环境的网结构的网架结构其防腐做法为无机富锌两遍, 环氧云铁中漆两道, 脂肪族聚氨酯面漆两道。干膜厚度>1500。网架结构的防火应满足建筑设计要求, 对需做防火处理的网架结构应采用薄涂型防火涂料, 其自重不应该超过0.1kn/m2。网架结构完成后要全面涂漆, 在使用过程中定期进行涂漆保护。
2上弦永久荷载标准值:1.5kn/m2, 上弦可变荷载标准值:2.0kn/m2, 风荷载标准值0.5kn/m2, 雪荷载标准值0.35kn/m2, 下弦永久荷载标准值0.5kn/m2。
(严禁超载) 。
实验数据如下:
(1) 网架网格恒定, 网架矢高变化。网架跨度24M, 网格均为3m*3m, 面积为720平米 (见表1) 。每平米用钢量函数图如图1。 (横坐标为矢高, 纵坐标为每平米含钢量) 。
(2) 网架矢高恒定, 网格变化。网架跨度24M, 矢高均为1.5m, 面积一定均为864平米每平米 (见表2) 用钢量函数图如图2。 (横坐标为下位机, 实现插补和位置控制等功能。上位机以Windows为工作平台, 充分利用windows系统丰富的软、硬件资源, 采用VC++6.0作为开发工具, 实现第三章研究的交叉耦合控制算法。
LabView是一种虚拟仪器程序开发环境, 由美国国家仪器 (NI) 公司研制开发的, 类似于C和BASIC开发环境, 但是Lab View与其他计算机语言的显著区别是:其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码, 而Lab View使用的是图形化编辑语言G编写程序产生的程序是框图的形式。Lab VIEW集成了与满足GPIB、VXIRS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、Active X等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣[1,2]。
3.2基于Lab VIEW的系统测试平台软件设计
3.2.1系统测试平台概述
本系统测试平台采用PCI6251数据采集卡, 应用PCI总线技术, 对两个交流伺服电机进行速度信号采集, 用虚拟仪器模拟实际仪器, 通过Lab VIEW软件对所采集的速度信号进行调理和分析处理, 得到位置、加速度和耦合轮廓误差信号并将其曲线和数值实时显示在Lab VIEW人机界面上。测试平台程序框图如图4所示。测试系统工作流程图如图5。
本测试平台主要特点如下:
(1) 将虚拟仪器拓展到双轴运动控制系统, 充分利用Lab VIEW图形化语言和Lab VIEW相关的NI工具包开发应用程序, 构成了一种基于模型的开放式运动控制系统, 不但使系统具有极好的人机交互性、直观性和齐全的功能, 而且缩短了开发周期, 降低了开发成本和硬件成本。
(2) 双轴精密轮廓控制系统中所需要获知的空间点的位移和速度数据, 就可以在该测试平台上进行其它相关测试评价指标的分析。通过两个编码器分别采集2路位移与速度信号, 信号经过AD模数转换、采样、通过I/O接口与计算机相联, 在计算机上进行虚拟人机界面的操作、实时信息的处理与测试评价分析。
(3) 采用了用户事件技术、通知或队列技术Lab VIEW的高级编程技术, 解决了各用户界面和各模块之间的实时切换;采用各种变量实现不同模块之间和相同模块内部的信息传递和共享;采用了VI的动态载入技术, 实现了子VI的即调即用和多面板的动态载入及界面重用。
3.2.2数据信号的采集方式
在被采集的多个模拟信号中, 如果它们之间没有严格的时间关系, 可以逐个地分别采集。如果它们之间在时间和相位上有严格的要求, 则要同步 (同时) 采集。此外, 被采集信号的变化速率不同, 对输入通道的要求也不相同。双轴精密轮廓控制系统主要采集X、Y轴的位置和速度信号, 对信号的实时性有较高的要求, 所以采用同步多通道数据采集方式, 每个通道都有独自的采样/保持器和A/D转换器, 各个通道的信号可以独立进行采样和A/D转换, 完全与实际、自然时间同步。消除了分时采集的歪抖误差, 而且实现了同步转换, 各通道转换值完全瞬时对应。数据采集的速度快。另外, 如果系统中的被测信号较分散, 模拟信号若经过较长距离传输后再采样, 势必会受到干扰。这种结构形式可以在每个被测信号源附近加采样/保持器和A/D转换器, 就近进行采样保持和模数转换。
3.2.3测试平台的人机界面
本程序能够实时显示运动的位置和运动完成状态。图6是该测试平台的运行时, X、Y轴两轴同步运行的状态。左下角是运行速度的监控, 右上角是实时图形显示, 可以看出数据变化的趋势。图7是轮廓曲线误差显示界面。
结束语
如何降低双轴运动控制系统的轮廓误差一直是运动控制主要的研究课题之一, 该系统可以为此类研究提供了良好的实践平台。本文所介绍的双轴精密轮廓运动控制系统设计在通过实践后, 系统的架构及选用的元件合理性得到了很好的验证, 对双轴运动控制的控制与监控性能满足了双轴精密轮廓运动控制系统理论研究的需要。
参考文献
[1]建筑结构荷载规范.GB50009-2001.
[2]钢结构设计规范.GB50017-2001.
[3]空间网格结构设计规范.JBJ7-2001.
[4]建筑抗震设计规范.GB50011-2001.
[5]MSGS空间网格结构分析设计软件.V08版.
跨度空间结构研究 篇2
1.1 大跨度空间结构的概念分析
我们常说的空间结构主要是与平面结构相对来说, 通常我们日常工程建设的拱形结构衔架与梁等都是平面结构, 平面结构是二维结构, 所承担的荷载以及内部的应力变形都在二维平面内。但是空间结构的变形、应力与何在都要考虑到三维空间, 此时普通的二维分析与假设已经不能解决三维的空间结构分析, 跨度空间的结构要考虑空间作用。在现实的三维空间世界里, 每一个结构物体都具备空间特点与性质, 跨度空间结构的性能与优势不仅仅可以在三维空间内受力, 更重要的是, 通过三维空间的作用, 可以利用空间结构的合理形体来承担较大的外在荷载力, 跨度越大, 就越显示出空间结构的经济、技术的功能与性能。当结构跨度较大时, 平面结构就已经不能承担。综合国内外的大跨度建筑结构来看, 大多数的跨度建筑结构采用的都是空间结构的体系形式。
1.2 大跨度空间结构的主要类型分析
跨度空间结构的形式与类型十分丰富, 通常大跨度空间结构的类型包括: (1) 跨度网格空间结构类型, 一般分为跨度网架空间结构以及跨度网壳空间结构; (2) 跨度实体的空间结构类型, 包括折板空间结构以及薄壳空间结构; (3) 跨度张力空间结构, 包括薄膜空间结构与悬架空间结构; (4) 还有其他形状的跨度空间结构类型, 比如开合屋盖空间结构、折叠空间结构、张弦空间结构等。
1.3我国跨度空间结构发展的现状分析
我国大跨度空间建筑水平与国外发达国家相比还存在一定差距, 但是随着近些年我国社会的发展以及经济实力的增强, 跨度空间结构也得到了很大的发展, 建设了独具特色的大跨度空间建筑, 比如北京奥运会的鸟巢建筑结构等, 大跨度建筑空间结构的发展代表了我国建筑科技水平的提高与进步。我国是一个人口大国, 随着中国经济实力的不断增强, 还会继续建造更多大跨度建筑空间结构, 比如展览、休闲、体育、机库、航空港等大型的空间建筑结构的需求, 因此我国大跨度空间结构面临着较大的机遇与发展空间。与国际发达国家的跨度空间水平相比, 我国跨度建筑空间结构的发展水平还存在较大的差距, 现今我国较多的跨度空间结构比较简单拘谨, 缺乏创新大胆的跨度建筑空间形式, 较多跨度空间建筑结构都不够大, 超过一百五十米以上的大跨度建筑空间结构建设的比较少。国外建设了较多具有发展前景的新型跨度空间结构, 比如可开合空间结构、整体拉张空间结构、薄膜空间结构等, 而我国在这些跨度建筑空间结构形式面前还举步维艰, 在这块领域上比较空白, 因此为了促进我国跨度建筑空间结构的发展与进步, 我国建筑科技人员还需要继续努力。
2 跨度空间结构主要类型的特点分析
大跨度空间结构是判断一个地区或国家综合建筑技术水平的标志之一, 主要的建筑结构包括薄壳空间结构、网架空间结构、膜空间结构、悬索空间结构以及网壳空间结构或者是这些结构的空间组合形式, 这些空间结构在影剧院、展会中心、体育场、大型商场中的应用非常广泛。以下对这些主要类型的特点进行分析。
2.1 跨度建筑空间的网架结构
网架结构是指若干根杆件按照特殊的几何形状将节点连接起来的空间结构, 一般都是由多层平板形网格结构, 材料使用的大多是型钢或者钢管。主要的网架结构形式构成分析:建筑网架的空间结构可以由平面衔架构成, 还可以通过四角锥体、三角锥以及六角锥组成, 不同的结构组成可以分为不同的网架结构形式。跨度建筑空间网架结构的特点包括:刚度大、重量小、传力简捷、空间作业、施工方便、商品化、节点钢架容易定型、网架布置比较灵活多变、便于管道与吊顶设备的安装、可批化生产, 作业效率高、网架结构的造型大方美观。
2.2 跨度建筑空间的网壳结构
网壳结构是曲面形状的网格结构, 分为单双层网壳, 主要的材料有钢筋混凝土网壳、木材网壳、钢材网壳。主要的结构形式有:双曲线抛物曲面的网壳结构、圆柱曲面的网壳结构、双曲面的网壳结构。跨度建筑空间网壳结构的特点:跨越能力高、结构刚度大、造型比较丰富、便于安装、可组合构成大型的结构空间、连接节点与小型网壳构件可以工业化制作、经济效益高、可以灵活创作使用。
2.3 跨度建筑空间的薄膜结构
薄膜结构比较新颖, 是典型的大跨度建筑空间结构类型, 也被称作织物结构。选用的材料为织物, 在薄膜内可以通过空气压力来支撑着整个薄膜面, 这种空间结构体系刚度大, 覆盖率大。主要的结构类型为:骨架式的薄膜结构以及张拉形式的薄膜结构。跨度建筑空间薄膜结构的特点:施工比较方便、刚度大、跨度大、自重小、自洁性好、透光性高、耐久性差、具有较高的安全性以及良好的经济性、建筑结构的造型可以自由发挥。
2.4 跨度建筑空间的悬索结构
所谓悬索结构, 实际上就是指将具有拉伸能力的索作为基础的承重构件, 将索按照具体的建筑结构规律构成一种空间结构系统。一般情况下悬索结构常用于屋盖结构, 基本的构成为支撑结构、屋面系统以及悬索系统。主要的材料包括钢板、型钢、圆钢等。跨度建筑空间的悬索结构特点为:布置比较灵活、钢材强度高、自重轻、安装简单、适用于多种建筑平面、理论设计比较复杂。
2.5 跨度建筑空间的薄壳结构
薄壳结构就是建筑工程中的壳体结构, 主要的材料包括钢材薄壳、混凝土薄壳、复合材料、砖薄壳等。薄壳结构主要的特点为:刚度与强度大、荷载性能高、具有较高的经济效益、结构效率高、受力均匀合理。除了以上介绍的基本建筑结构跨度空间外, 还有很多其他形式的空间结构形式, 大跨度的空间结构与建筑的组合一致是人们的目标与追求, 不同的跨度空间结构都有其自身的适用范围以及特点, 这些跨度空间的形式组合反应了建筑空间的融合与沟通, 体现了较高的空间效果。
3 结束语
总之, 跨度空间结构是现今建筑结构形式的主要发展形式, 跨度空间结构的发展促进了我国建筑行业的发展, 在进行跨度空间结构设计时, 我们要进行精密的计算与分析, 满足建筑结构空间受力的合理性。
参考文献
[1]沈世钊.大跨空间结构的理论研究和工程实践[J].中国工程院院士大会.2012, 07 (10) :20-25.
大跨度仓库火灾的扑救 篇3
1 建筑特点
(1)地理位置特殊。
因为大跨度仓库的物流特殊性,物流车流和物品较多,要求对市区的影响相对较少,或者厂房本身就建在当地的开发区或城郊,所以,该类仓库多处于城郊,地理位置相对复杂,周围路面狭窄,其他社会车流量大,加上郊区的市政消防设施相对欠缺,灭火主要靠天然水源。
(2)周围毗连建筑多。
为增加仓库的使用面积,业主多会违章在主仓库周围搭建其他临时用房,或在消防通道搭建雨棚、车棚等,有的为了方便,还在两幢房子之间搭建了连廊,使得原先不相连的建筑互相连接,给火势蔓延提供了直接通道。如轮业有限公司仓库东面直接毗连另一个成品仓库,北面与一排出租房相连。
(3)建筑各方向跨度大。
大跨度仓库的一个显著特点是横向和纵向的跨度大,轮业有限公司着火仓库的东西长约40 m、南北宽约25 m,单体一层,占地面积约1 000 m2;制冷电器有限公司的仓库单层跨度达33 m,长度达159 m,且完全贯通,高15.9 m,共3层。
(4)建筑结构不一。
目前的大跨度仓库,有的是临时搭建的,有的是有计划建造的,还有的是原先破产或国有企业厂房改建的,更有的是违章建设,存在许多不规范的地方,加上内部结构不一,牢固性也不尽相同。如轮业有限公司仓库是单层砖混结构(多数墙体为红砖空心墙),顶部为简易彩钢棚顶,耐热性能非常差,容易变形发生坍塌,该仓库和制冷电器有限公司仓库的顶部都在1 h内塌落。章家坝东区的着火仓库为两层砖混结构,顶棚为彩钢瓦,火灾后容易倒塌,加上内部分隔不规范,既有存放大量办公电脑的办公区,又有住宿区,还有仓库,为典型的“多合一”建筑,加上内部通道的随意堵塞和更改,增加了进攻通道的确定难度。
(5)内部物品杂乱。
轮业有限公司仓库存放汽车轮胎,包括废弃汽车轮胎、成品轮胎等共有3 000余条,着火后轮胎堆垛的倒塌增加了进攻难度;制冷电器仓库的1楼、2楼主要存放成品冷柜,3楼主要存放易燃、可燃的包装原料(泡沫、纸板箱等)和成品冷柜,火灾中既有包装原料的燃烧,又有冷柜压缩机的冷却剂在高温下的物理爆炸;章家坝东区仓库内部既有粮油仓库(面粉、食用油等)、纸制品仓库(纸制品、证件外壳)、体育用品公司(服装、鞋等)、服装厂(服装面料等)等,又有临时堆放的箱包、塑料包装产品及其他小商品,内部堆放物品繁多,且不规则超高堆放,使得烟雾难以扩散。
2 火灾特点
(1)火场燃烧强度猛。
大跨度仓库内部堆放的物品多具备可燃性,且堆放密集,使得内部空间的火灾荷载大,发生火灾时短时间形成大量浓烟和高强度的燃烧,极易扩散形成立体燃烧,需要参战力量多,战斗持续时间长,一般都需要5 h以上。
(2)火势蔓延速度快。
仓库内大量易燃可燃物品一旦发生燃烧,在局部空气不流通情况下的阴燃或不完全燃烧,会在燃烧区域周围形成瞬间高压,迫使热流在堆垛之间的相对狭小通道迅速传递,加上一些商品的包装材料(如泡沫、木条和纸板等)极易燃烧,使得火势发展极为迅速,会在短时间内形成火烧连营的局面。
(3)燃烧产生的烟雾浓。
由于仓库内堆放了大量的货物,内部空间不很充足的情况下,初起火势容易燃烧不充分,会产生大量黑烟,内部能见度极差,加上堆垛多,内部通风不畅,窗户少或局部窗户被违章封堵,有的单位之间用彩钢板临时分隔,更阻碍了烟雾和热量的扩散;有的业主还擅自搭建大面积临时建筑,使得大量烟气无法正常向上疏散,转而下压,形成了明显的“闷烧”,造成整个火场烟气弥漫。
(4)现场具一定危害性。
大跨度仓库内堆垛不完全燃烧或阴燃,会产生一氧化碳,加上内部物品种类繁多,
有的物品燃烧受热还产生大量挥发性有机污染物和有毒物,如多环芳烃、氯化氢、苯、砷化合物,对参战人员带来一定的危害性;另外,猛烈燃烧阶段会产生高温辐射,超出人体忍受极限,在开花水枪的掩护下,仍难长时坚持。
3 技战术措施
(1)科学灵活,确保用水。
大跨度仓库火灾内部可燃物多,火场需要大量用水,为此,要合理利用水源,在城郊的要及时利用手抬泵从天然河流等吸水,有市政消火栓的要及时与自来水公司联系加压,并利用现场周围其他可用水源,如邻近小区和单位内部的水源。此外,目前中队配备的主战车的泵性能优越,可从远处吸水,长距离供水到现场出水。
(2)先控后灭、堵截蔓延。
第一力量到场后,要迅速进行火场侦查,获取内部的通道情况、堆放的物品情况、有无被困人员、仓库的结构和内部分隔情况,确定仓库周围登高操作面等情况,并将相关信息反馈给指挥中心,以便为后续增援力量的调度提供参考。
辖区的主管中队到场后,如果很难快速找到火点直接灭火,要本着“先控制、后消灭”的原则,突出对火灾的控制,最大程度发挥到场人员和车辆装备的作用,将力量部署在可能蔓延的方向,全力控制火势的蔓延。待后续的增援力量到场后,再组织力量进攻灭火。所以,首发力量到场后,要坚决克服“见火打火”的盲目行动,不在无火势蔓延可能的方向设置阵地,否则,极易将明火和热烟往阵地的反方向赶,加快火势的蔓延。
(3)内外夹击,内攻近战。
如果辖区的主管中队离仓库距离不远,火灾又是初起阶段,则首发力量到场后,要快速出水,在确保安全的前提下,马上组织攻坚组人员实施内攻。同样,在内攻通道的选择和水枪阵地的设置上,要充分考虑火势蔓延的可能性,精确打击火点,防止“赶火”情况的发生。
如果火势已经蔓延,相关力量到场后,也要适时组织内攻,在蔓延的直接方向堵截火势,在内部形成水枪分隔线,阻止火势进一步蔓延;同时,在蔓延方向的两个侧面,要布置水枪阵地或登高(高喷)车出水,迎火势蔓延方向,从外围打击火势,形成内外夹击的态势,防止火势扩大。
如果火势已到猛烈阶段,后续力量到场后,一方面要考虑到火势扩大的可能性,在相关的蔓延通道,如连廊等部位布置阵地,防止火势继续蔓延;另一方面,与火势蔓延阶段一样,确保安全的情况下,组织力量强攻,实施近战灭火,同时,外围通过登高车、带架水枪、移动水炮等实施打击,平面上总体形成倒置三路分水器的进攻态势。
(4)收放有度,攻防结合。
大跨度仓库火灾,因其独特的结构和内部物品的原因,导致内部高温和阴燃产生大量浓烟,如果相关力量到场后根本无法实施内攻,则应在设置阵地考虑蔓延趋势的情况下,确保安全通过登高等方法实施屋顶的破拆,以加快烟雾的扩散;顶部破拆困难时,可在仓库没有蔓延趋势或者没有保护价值的一侧,在预先布置水枪阵地的情况下暂不射水,采取保守的“防”的态势,运用适当的“放纵”手段,让建筑顺其自然地烧,以便充分燃烧内部阴燃的产物,从而降低现场烟雾,在提高现场能见度后,再加强力量进行重点的进攻。在章家坝仓库火灾中,后续力量到场后,现场烟雾太浓,直接影响了布置在下风向阻止火势扩大的阵地,后来让仓库相对蔓延危险性较少的西侧和北侧的水枪阵地暂停射水,从而使得西侧充分燃烧,迅速使得下风向南面的烟雾降低,为组织火势蔓延的水枪阵地得以立脚创造了条件。
攻防结合的第二个方面,要把握好进攻和转移阵地的时机。对彩钢瓦或钢结构屋顶的仓库而言,一是对猛烈阶段的火势可先以防为主,将屋顶坍塌后的时机作为一个迅速内攻的时机,一旦房顶坍塌,要迅速组织力量进行内攻近战;二是组织水枪阵地的转移时动作要快,并要充分利用原有的供水线路,否则,会直接影响阵地转移后的出水速度;三是考虑到建筑倒塌等危险因素,内攻力量撤离时,要充分考虑一旦撤离后,火势蔓延的趋势和方向,提前考虑撤离的后果,在相关方面和地段预先部署二道防线进行堵截。
(5)审时度势,科学调度。
大跨度仓库一旦发生火灾,所需参战力量多,所需的车辆装备也多,为此,要加强第一出动的力量,杜绝分散调度,防止零打碎敲。一是要第一时机调度登高类车和可长距离、大流量供水的车。对高喷车而言,还要让强射流直接打击火点,在火势没有穿顶或顶部坍塌前不要打击顶部,以免增加屋顶的承受力,增加建筑倒塌的可能性。二是考虑到现场所需的装备多和内部物品的特殊性,需第一时间调派战勤保障大队的器材保障车到场提供空气呼吸器、长距离供水的水带、移动照明、手抬泵、登高、破拆等器材和物资,同时,要调派泡沫运输车、油料车、移动充气车、维修检测车等到场。三是增援力量尽量不要连片调动,也就是周边增援的中队尽量要相隔调,或者不要将增援的某个中队全部调空(确实需要时,应将其他力量及时补防到力量空虚的中队)。
(6)协同配合、分段指挥。
考虑到仓库内部燃烧物多,各阵地之间要相互配合,对危险先兆相互提醒,并要合理利用带架水枪和移动水炮,尤其对一些危险部位而言,应适时将水枪调整为带架水枪、移动水炮等,以便增强阻截和打击火势的效果。同时,考虑到仓库结构的特殊性,有的阵地为减少局部的烟雾影响,会随意破拆相关窗户玻璃,直接导致既对其他阵地造成影响,又改变了烟流方向,并可能使得破碎的玻璃割破地上的供水线路。
全勤指挥部到场后,应根据现场情况,实施各副指挥长的分段指挥,在确保各部位之间分段和配合的前提下,在全面总攻或火势控制之前,战术上尽量不要采取四面包围的夹击方式,否则,烟雾和热量会难以扩散,从而增加火灾对建筑的影响,加剧墙体的倒塌进度。总攻阶段,做好个人防护后,方可步步为营、稳步推进、四面夹击。
4 相关注意事项
(1)充分发挥地方联动力量的作用。
为方便后续增援力量的快速到达,要联系交警,一是在相关路口布置警力指引道路,二是实施交通管制;要第一时间联系电力部门对现场实施断电;同时,要联系自来水公司,对周围市政管道实施加压,以确保火场用水;还要尽可能获取现场的图纸,以便确定一些进攻通道。
(2)实施及时的警戒和照明。
要第一时间在外围做好警戒,确保围观人员的疏散和现场秩序的维护,还要在仓库口设置二道警戒,杜绝业主进入内部抢救个人物品。同时,要充分利用车载和移动照明。在可能的情况下,在阻截阵地设置移动照明,以提高灭火针对性。
(3)预留周转余地。
一是先期到场车辆,要为后续增援的车辆留有通道,尤其要为登高车等大型车辆留有通道,铺设水带也不能蛛网式铺设,要尽量沿单侧路边铺设,以免登高车等进入压碎水带接口。二是登高车要考虑到转移和撤退的不便性,不要停靠在离着火建筑太近的位置,提前留有进退的余地。
(4)确保攻防的个人安全。
攻防人员要佩戴好空气呼吸器(包括登高车升降斗上的人员也好佩戴好空气呼吸器),内攻人员要着隔热服或避火服;要在不同的楼层和地段设置专门的观察哨,出现倒塌迹象或汹涌的浓烟流可能导致轰燃时,要按预先约定的信号,及时组织撤退;战斗发展到必须内攻或扑灭内部余火的阶段时,内攻人员应少而精干,内攻人员必须2支水枪并进,相互掩护。
(5)做好保障和攻坚人员的替换。
对现场参战力量多、持续时间长的仓库火灾,一是要现场的合理组网,确保三级通信网的有效运行,避免现场指挥的盲点发生;二是内部人员体力消耗大,要及时保障参战人员的饮食问题,并定时安排攻坚人员进行替换;三要充分发挥现场有限人员的作用,尤其是参战车辆多的情况下,外围的车辆上观看的消防人员往往过多,导致一线的实战人员少,有的登高车的升降斗上的人员也太多,既影响射水时的安全性,也影响了现场人员的有效战斗力。
(6)避免不同灭火剂的相互冲击。
一是要避免同一战斗区域的普通氟蛋白泡沫和A类泡沫的混用,使得泡沫的灭火效果降低;二要避免高喷车等大流量水流对泡沫的冲击,破坏泡沫的灭火效能。
·科技信息·
摘要：从三起大跨度仓库火灾出发,分析大跨度仓库共有的建筑特点和火灾特点,结合案例提出常规的技术和战术措施,并从实战需要出发,提出扑救大跨度仓库火灾的注意事项。
关键词：消防,仓库,灭火救援
参考文献
[1]何肇瑜,黄长富.从杭州花都市场谈建材市场的火灾扑救[J].消防科学与技术,2009,6(28):454-456.
山区大跨度桥梁施工方法小议 篇4
山区桥梁在进行桥梁设计的过程中往往具有小曲线、大纵横坡、高墩、桥长长等特点, 所以, 山区桥梁的施工与其他地区的桥梁施工大大不同, 具体表现在以下几个方面。
1.1 施工组织难度较大
由于山区桥梁施工环境具有的特殊性, 导致山区桥梁的施工路线在河岸的交替处反复出现, 且山区的桥梁需要跨过很多的沟渠, 因此, 山区桥梁的桥面与地面的落差较大。此外, 山区桥梁在施工过程中的交通十分不方面, 无论在施工材料的采购方面, 还是在机械、人员的分配和调动方面都具有一定的难度。
1.2 施工周期较长
山区桥梁在施工中的组织较为复杂, 很难形成较为顺畅的施工流程, 不适应流水化的作业模式。所以, 与进行分项部分工程的平原地区的桥梁相比, 山区桥梁的施工需要的周期更长。
1.3 施工投入较大
由于山区施工具有复杂性, 山区桥梁在施工过程中受到地形因素的制约较多, 在施工过程中所使用的施工措施的投入较大。此外, 山区桥梁施工的施工基础、高墩等施工项目的工程周期相对较长。在施工总工期的制约下, 桥梁的施工基础和施工高墩柱只能使用平行施工作业的组织方式施工, 从而形成一个较为完整的施工体系。山区大跨度桥梁施工所需要的施工设备与施工模板配合起来的难度较大, 很难相互调配使用。
1.4 施工风险较大
在山区桥梁的开挖过程中, 常使用爆破式的桥梁施工模式, 且施工的桥梁墩柱较高, 所以, 进行爆破作业和高空施工作业的施工难度较高、风险较大。
2 施工方法分析
2.1 无支架施工分析
桥梁施工中的无支架施工是在桥梁施工过程中没有辅助支架或借助较少支架的施工方法。无支架施工会在施工中利用吊装设备施工, 并对桥梁上部的结构进行整体或分段浇注作业等。
2.2 悬臂施工方法分析
山区大跨度悬臂施工方法是在桥梁两端不对称或对称的地段分解为桥梁的节段, 直至整个桥梁施工完成。悬臂施工方法根据混凝土现浇或预制分为悬储罐注和悬臂拼装。其中, 悬储罐注是在桥位处使用挂篮就地灌注混凝土, 当混凝土的强度达到一定的标准后, 将张拉筋挂篮移动一段之后施工;悬臂拼装法在施工过程中使用吊机吊装的方式使梁段到位, 然后利用张拉力筋实现下一段的桥梁施工。
2.3 转体施工方法分析
转体施工是在20世纪发展起来的一种桥梁施工工艺。该施工办法是根据施工实际情况在河流两岸比较恰当的位置使用一定的支架将半桥预制完成, 并对桥梁构件进行旋转, 最终使两个半桥被旋转到桥位轴线的指定位置然后, 两者相互合拢形成桥梁。同时, 该施工办法根据桥梁的旋转方式的不同可分为平竖结合方法、竖直转体方法以及水平转方法。
2.4 顶推施工方法分析
该施工办法是在桥梁的轴线后台设定预制场地, 分节段预制拼装, 并使用预应力筋, 使施工完成的梁体与预制节段形成统一的整体, 最后将梁段推出进行下一步施工。这种施工方法主要适用于高度较高的桥梁施工体系。
3 山区大跨度桥梁施工技术要点
3.1 基础性施工要点
3.1.1 深水高桩承台的基础性施工要点
在深水急流中设计大型钻孔平台时, 水流情况较为复杂, 因此, 船舶很难控制自身的位置。同时, 平台中的钢管刚度较小, 悬臂相对较大, 在水的动力推动下易发生断裂。所以, 使用钢护筒来作为平台的支撑构架的方案比较符合实际施工需要, 可以有效加快护筒沉放的速度, 并提高沉放精度。深厚覆盖层超长大直径钻孔灌注桩的施工中需要根据地层的实际情况调节钻速, 护臂的泥浆要具有较高的质量, 泥皮的厚度要小, 采用桩底后压浆的办法可以有效减少桩基的沉降, 使其整体的承载能力和基础刚度有效增强。在超长、超大钢吊箱的设计和施工中, 如果没有满足实际要求的钢吊箱, 则需要现场拼装。在具体的实施过程中, 需要使用较为安全、可靠, 且可以实现液压远程控制和监控的技术, 从而提高钢吊箱的下水精准度。
3.1.2 沉井基础施工要点分析
在进行下部钢沉井岸边接高时, 为了有效防止洪水期桥梁受到洪水攻击, 需要优化施工临时的锚固钢沉井, 使其设为岸边的临时锚固;根据施工中的浮运航线所能满足的最大水深、有效宽度对钢沉井进行参数设置, 保证浮云的动力和安全;优化沉井的着床高度, 并调整沉井着床。
3.2 索塔施工要点分析
索塔中包含了塔柱、门形框架结构, 受到的竖向力和水平力都比较大, 索塔的基础使用的是桩基础。如果索塔的高度较高, 则需要避免其受到温度和风力的影响, 应及时对其修正, 并采用严格的控制措施。如果施工环境较为恶劣, 则需要辅助使用测量仪器和相应的测控技术, 保证施工全过程的测量精确和有效定位。
3.3 上部结构施工要点
先导索是开展悬索桥上部施工的首要步骤, 主要的施工办法是水面过渡铺设方法、空中过渡法以及海底拽拉法等。缆索系统施工中的主缆索股调整分为基础索股和一般索股。在调节过程中, 要求周围环境中的风速较低、温度较为稳定。在进行上部结构施工时, 需要注意悬索的防腐处理工作, 保证主缆系统的施工地位。所以, 需要保障主缆系统的施工质量。通常情况下, 主缆系统主要进行防腐处理, 使其防护质量得到保证。
4 结束语
综上所述, 在桥梁施工技术中, 大跨度桥梁施工是十分重要的一部分。山区大跨度桥梁的施工过程决定着施工质量。如果想建造满足实际需要的桥梁, 则需要研制巨型设计设备, 并革新工艺。只有在施工中辅助自动化程度较高, 且具有一定精密性的桥梁构建设备, 才能使架桥质量得到保证。此外, 还需要配备较为完善的大跨度桥梁施工计算机控制系统, 并在施工中组织专业水平较高的施工队伍, 在保证施工进度的同时, 做好桥梁的质量控制工作。
参考文献
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大跨度模板支架的工程实践 篇5
教学实训综合楼, 现浇框架结构共五层。其中第五层大会议室层高4.5m, 最大跨度18.9m, 属大跨度结构。框架梁的尺寸有400mm×1300mm、450mm×1350mm, 框架柱尺寸为500mm×500mm, 混凝土强度C30 (结构平面图如图1所示) 。
2 模板支架方案
采用钢管 (φ48×3.5) 满堂红支撑体系:立杆横距lb=纵距la=1m, 立杆的步距h=1.4m。
2.1 柱模支设
柱子支模采用18mm厚红板拼装而成, 用40mm×80mm木枋做压条搁栅, 间距300mm, 柱箍为钢筋箍, 间距300mm并加M14对拉螺栓用26型扣件做拉结, 中间双向加一道M14对拉螺栓及26型3型扣件拉结。
2.2 板模支模
板模采用18mm厚红板, 板底搁栅采用40mm×80mm木枋。间距300mm搁栅于钢管上, 钢管支架采用满堂脚手架, 立杆支架步距1.4m。
2.3 梁支模
400mm×1300mm梁侧模采用木枋作压条, 间距300mm, 用双钢管压杆间距500mm。加对拉螺栓及用26型3型扣件拉结, 梁底用40mm×80mm木枋搁栅, 间距200mm, 梁支撑用钢管搭设双排钢管架, 区格1m×0.7m。要求:
(1) 各钢管立杆尽量垂直, 保证支点稳定, 支撑底脚有可靠的防滑移措施;
(2) 满堂架沿纵横向设水平拉杆;
(3) 架体外侧隔6m设置一道剪刀撑, 沿竖向连续设置, 与地面夹角在45°~60°间;
(4) 立杆接长必须采用对接扣件设置, 相邻立杆对接头应错开至少500, 各接头中心距主节点距离不宜大于步距的1/3;
(5) 主立杆间距不大于1m, 纵横杆步距不大于1.2m, 且柱的每一边应与两横杆间加设斜杆;
(6) 按规范要求现浇钢筋混凝土梁、板, 当跨度大于4m时, 模板应起拱1‰~3‰。
3 模板支架体系的验算
目前《建筑施工模板工程安全技术规范》尚未出台, 根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》 (JGJ130-2001) 的有关规定, 下面主要围绕楼板模板及梁模板支撑进行验算。
3.1 模板支架立杆计算模型
(1) 模板支架立杆的轴向力设计值N按下式计算:
N=1.2∑NGK+1.4∑NQK
式中:∑NGK——模板及支架自重、新浇混凝土自重与钢筋自重标准值产生的轴向力总和;
∑NQK——施工人员及施工设备荷载标准值、振捣混凝土时产生的荷载标准值产生的轴向力总和。
(2) 立杆的稳定性按下式计算:
N/φA≤f;
(3) 立杆的计算长度l0按下式计算:
l0=h+2a;
(4) 扣件抗滑承载力规定:
R≤RC。
3.2 立杆稳定性计算
立杆稳定性计算部位以底层立杆段 (最大步距) 进行验算。以下为分别对屋面混凝土板及梁支架的计算:
(1) (5) ~○11轴屋面混凝土板 (板厚120mm, 立杆区格1m×1m) :
立杆的计算长度l0=h+2a=1.4+2×0.2=1.8m;
立杆长细比λ=l0/i=180/1.58=113.92[λ>λ1=100 (A3钢) , 欧拉公式适用条件]。
由λ查表按线性直线插入法得φ=0.491;
则N/φA=10814.4/0.491×489=45.05N/mm2
(2) 对400×1300屋面梁的计算 (立杆区格1m×0.7m) :
∑NQK=2.5+2=4.5kN/m2;
N1= (1.2×33.9+1.4×4.5) ×0.7=32886N;
则N1/φA=32886/0.491×489=136.97N/mm2
(3) 对楼面承载力的验算。
由于四层楼板及五层楼板混凝土试压块强度均已超过设计强度C30, 分别达到36.2MPa、30.6MPa但因屋面模板支设要求, 四、五层模板支架均未拆除, 等屋面混凝土强度达到100%, 再分别对其拆除。
(4) 对扣件抗滑承载力的验算。
以直角扣件、旋转扣件抗滑设计值为RC=8kN计, 纵横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值R=10.8kN, 单扣件抗滑承力不足, 考虑采用双扣件, 可满足要求。
4 模板支架加固措施
以上是按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》 (J GJ 130-2001) 有关模板支撑体系进行计算的, 近来有专家学者对其提出了质疑, 认为导致模板支架倒塌的原因是架体上存在水平荷载力, 架体最危险的部位是架顶及往下6m或12m (超高架) 范围, 因此我们从构造上对支架进行加固, 采取的措施如下:
(1) 架体内设置三向剪刀撑体系;
(2) 水平抱柱或利用其他结构物作支点, 用2道或3道水平钢丝绳拉住顶部。
近年来广西及国内其他省市均发生了多起模板坍塌事故, 考虑到模板结构不确定因素较多, 比如杆件存在初弯曲、偏心受压、材质不均匀及搭设偏差等, 这些因素将大幅度地降低模板承载力, 故该工程采用的加固措施有: (1) 设置纵横双向扫地杆; (2) 立杆顶端设纵横双向水平杆和水平剪刀撑; (3) 竖直方向沿纵向全高全长从两端开始每隔4排立杆设一道剪刀撑; (4) 竖直方向沿横向全高全长从两端开始每隔4排立杆设一道剪刀撑; (5) 水平方向沿全平面每隔2步且不高于4.5m设一道剪刀撑。
5 结束语
经过以上构造措施的加固, 该工程大跨度屋面混凝土梁板支撑体系安全牢固, 未发生任何安全事故, 顺利完成了屋面混凝土工程, 并通过了检查验收。
参考文献
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大跨度桥梁挂篮施工技术 篇6
该大跨度桥梁位于广西, 桥梁全长650m。桥型布置为5×40m+ (75+125+75) m+4×40m。主桥上构为三跨预应力砼T型连续刚构桥。单幅箱梁顶面宽度为14.43m, 箱体宽度为7m, 箱梁高度从0#的6.8m变到合拢段的2.5m。每T梁分成16个块段浇注, 最后再浇合拢段。
2 上部构造施工总体方案
采用挂篮悬臂浇注方法施工, 主桥上构箱梁悬浇投入4套挂蓝, 分左、右幅每个T构1套。
0#块、1#块及其他梁段施工。对于0#、1#块挂篮没有支撑点或支撑长度不够, 为了便于挂蓝的拼装, 0#块与1#块在墩上搭设托架浇筑, 托架应经过设计, 计算弹性及非弹性变形, 托架除须满足承重强度要求外, 还须具有一定的刚度。
每个墩上构箱梁分16个箱段。2#~16#块 (悬浇块段长2#~5#块段为3m、6#~9#块段长3.5m, 10#~16#块段长4.0m, 采用挂蓝对称悬臂浇筑施工, 最后再浇合拢段。
3 挂蓝的组成及设计
除了必须满足强度、刚度、稳定性要求外, 还要使、其行走、锚固方便可靠, 重量不得大于设计规定。挂篮设计分主桁架、锚固系统、平衡系统及吊杆、纵横梁等部分组成。挂篮安装时应保证安全、稳定及可靠。
3.1 挂蓝的组成
3.1.1 主桁架
(1) 主桁架:主要是起到承重底篮的作用。
(2) 前、后上横梁:后上横梁用工字钢, 可在两悬臂端焊钢板加强;前上横梁中间部份用工字钢重叠加焊组合受力。
(3) 立柱:用工字钢, 放在后横梁与主桁支点交接位置上, 每个挂篮共两根, 横桥向设横联, 纵桥向与斜拉带连接形成一个三角形的受力结构。
(4) 斜拉带:用钢板焊成, 通过立柱连接形成一个三角形传力到主桁上, 改善主桁的受力结构。
3.1.2 吊挂系统
直接承受悬浇段施工荷载。吊挂系统由前后下横梁、活动铰、底模纵梁组成。
3.1.3 模板系统
由底模、侧模、顶板及翼板模、端头模组成。
3.1.4 锚固系统
后锚是主桁梁自锚平衡装置, 由锚杆、扁担梁及滑槽、滚棒组成。主桁顶面上焊有滑槽, 后锚上扁担梁底放置滑块, 滑槽内有滚棒, 挂篮前移时, 通过后锚扁担梁滑块与滚棒移动, 后锚保持在原位不动。
3.1.5 行走系统
由包括支点、平滚、后锚上滑移装置及拖移收紧设备组成;行走系统通过平滚, 手拉葫芦拖动往前推移。步骤是松动挂篮使底板、顶板与箱梁离开20cm, 用千斤顶将主桁顶起, 安装平滚、上好后锚, 同时拖动两个葫芦, 挂篮即可向前推进。
3.2 内力计算
挂篮设计首先要考滤挂篮的自重、模板支架自重、振动力和冲击力、施工人群荷载、箱梁最大节段砼重量;挂篮主要验算主桁、前上横梁、前后下横梁受力情况:
(1) 前下横梁荷载计算:Q1为前下横梁悬臂端的自重;Q2为前下横梁自重+纵梁、底模平均荷载+箱段腹板砼平均荷载;Q3为前下横梁自重+纵梁、底模平均荷载+箱段砼底板平均荷载;P1为外侧模及模架重;P2—内侧模及模架重;R1、R2、R3为为吊杆所承受的支反力。
前下横梁, 按简支梁中间最大跨度计算其挠度。
(2) 后下横梁荷载计算:Q1为后下横梁悬臂端的自重;Q2为后下横梁自重+纵梁、底模平均荷载+箱段腹板砼平均荷载;Q3为后下横梁自重+纵梁、底模平均荷载+箱段砼底板平均荷载;P1为外侧模及模架重;P2—内侧模及模架重;R1、R2、R3为吊杆所承受的支反力。
后下横梁为工字钢叠加, 按简支梁中间最大跨度计算。
(3) 前上横梁荷载计算:Q1为前上横梁悬臂端的自重;Q2为前上横梁中间段自重;P1为顶板模架及模板+顶板砼重;P2为翼板模架及模板重+翼板砼重;R1、R2、R3为吊杆所承受的力。
前上横梁中间部分为工字钢叠加。
3.3 挂蓝的预压试验
3.3.1 试验目的
挂蓝加载试验, 主要是通过测量挂蓝在各级静力试验荷载作用下的变形, 了解挂蓝结构在工作状态时与设计期望是否相符。
(1) 消除挂蓝主桁、吊带及底蓝的非弹性变形。
(2) 测出挂蓝前端在各个块段荷载作用下的竖向位移。
3.3.2 试验方案
挂篮的预压通常采用水箱加压法、试验台加压法及砂袋法, 本桥用水箱加压法, 水箱悬挂于底蓝前横梁上以水箱和水自重作为试验荷载, 采取逐级递增加载逐级测量的试验方法。加载总重量为最不利块段荷载的1.25倍。水箱加载布置示意见图1所示。
利用底蓝拼装平台作为挂蓝加载试验的操作平台。在平台上放置水箱, 一只挂蓝设置2个水箱, 一个水箱上设置2个吊点。然后将水箱与底蓝之间用2根精轧螺纹钢筋连接, 在未加水前用千斤顶提升水箱脱离平台30cm左右。然后采用水泵逐级加水, 加水时两边平衡进行, 直至试验完毕。并用精密水平仪观测挂篮各个部位的变形值, 并观测主桁前端的挠度。两斜拉钢带的受力变形情况及吊杆的受力。
4 悬浇施工影响挠度的因素及标高控制
施工过程中, 影响挠度的主要因素包括:施工阶段的一期恒载, 临时荷载、挂篮、模板、机具设备、人群荷载、温湿度变化、风荷载、桥墩变位、基础沉降、施工误差等, 这些因素还包括了许多模糊不定及随机变化的情况, 如砼材料本身的弹性性能, 收缩徐变、温湿度使得结构内外温差的不均衡, 以及施工荷载及预应力筋张拉锚固的增多而随机变化等。
连续箱梁悬臂浇注时的产让的挠度包括: (1) 各墩上分段悬臂浇注时形成的T构静定体系的挠度。 (2) 体系转换后各阶段连续梁体系的挠度和全联连续体系形成后由于静活载及后期收缩徐变引起的挠度。 (3) 挂篮承载后的弹性变形。
悬浇施工箱梁由于受到上述因素的影响, 使箱梁产生标高变化, 这种变化随着跨度的增大而增加。必须在悬臂浇注时进行标高控制, 随时调整悬浇段的立模高度。
立模标高控制值=箱梁顶面设计标高+设计施工预拱度+挂蓝自重及浇注砼后的变形值±日照温差修正值。
5 结语
大跨度桥梁结构优化设计综述 篇7
关键词：大跨度桥梁结构,优化设计,可靠度,拓扑优化
大跨度桥梁形式多样,有斜拉桥、悬索桥、拱桥、悬臂桁架桥及其他的一些新型的桥式,如全索桥、索托桥、斜拉—悬吊混合体系桥、索桁桥等等。其中,悬索桥和斜拉桥是大跨径桥梁发展的主流。本文针对大跨度桥梁结构优化设计这一问题做了综合性的总结和归纳。
1 大跨度桥梁结构优化设计的研究现状
尽管早在19世纪中期就出现了现代意义上的结构优化设计理论,但将其应用于桥梁结构设计的相关研究却出现较晚。国外在20世纪60年代开始有了桥梁结构优化设计的研究,而我国直到20世纪70年代末才开始有这方面的研究。而对大跨度桥梁优化设计的研究却是在20世纪末大跨度桥梁飞速发展后才发展起来的,综合起来主要集中在局部优化和整体优化。
1.1 局部优化
局部最优虽不能等同于整体最优,但却有益于整体最优,并促进桥梁结构的发展。因为对局部的优化设计变量相对较少而使研究的难度大大减小,研究的深度因而能更透彻。目前对大跨度桥梁的局部结构优化研究已涉及到大跨度桥梁结构设计及施工的各个方面,主要有:加劲梁横截面的优化,斜拉索或主缆的动力优化,索力调整优化,索塔的结构优化,斜拉索和吊索锚固的优化,悬索桥锚锭的优化,桥墩及基础优化。
1.2 整体优化
大跨度桥梁都为高次超静定结构,结构复杂,设计变量多,建设和设计又涉及到多方面的因素。因此,要对其进行全面整体的优化或全过程的优化依然存在困难。这种困难不仅在于其目标函数的建立,也在于对已建立的目标函数寻求最优解的计算速度和可能性。为此,对大跨度桥梁结构的优化研究多以局部优化为主。但评价一座桥梁的优劣不是凭借局部而是要看整体效果,因此对整体的优化研究尽管有难度但依然是必须的。目前对大跨度桥梁的整体优化主要有以下几个方面:整体造价最优,整体动力性能优化,整体施工工艺优化,桥梁结构优化设计与景观优化设计相协调。
2 优化理论和方法
2.1 基于可靠度的大跨度桥梁结构优化设计
现有的大跨度桥梁结构优化理论,不论是整体优化还是局部优化,都是以容许应力法为基础建立起来的。随着现代设计理论的发展,即由传统的容许应力设计法到基于可靠度理论的半概率设计法、近似概率设计法、全概率设计法等的发展,也开始有了基于可靠度理论的桥梁结构优化设计。
事实上,由于优化和可靠度概念的本质联系,基于可靠度结构优化设计几乎和可靠度的概念同时出现。早在1924年,Forsell就开始了基于可靠度结构优化设计的研究。其发展过程可分为两个阶段:以元件可靠度或以各失效模式的可靠度为约束条件的优化设计方法和以结构系统的失效概率为约束条件(目标函数)的优化设计方法。
基于可靠度的结构优化设计,具有以下特点:
1)结构设计目标多样性。2)结构约束多重性。3)结构设计不确定性。
基于可靠度的结构优化方法按其设计变量的特性可划分为以下4个优化水平:1)截面优化,以截面尺寸作为设计变量;2)形状优化,以截面尺寸和描述形状的几何尺寸作为设计变量;3)结构优化,以截面尺寸、描述形状的几何尺寸和结构特性参数作为设计变量;4)总体优化,以截面尺寸、描述形状的几何尺寸、结构特性参数和材料参数作为设计变量。
目前,大量的研究工作处于水平:1)这一层次,在水平;2)这一层次也开展了一定的研究,而基于水平;3)这一层次的研究目前还很少涉及,水平;4)则更少。未来的研究将以系统可靠度为约束条件的结构优化方法探讨为主。
基于可靠度的结构优化理论能描述和处理桥梁结构中客观存在的各种不确定性因素,定量的分析计算安全与经济的各项指标并能很好地协调这两者之间的矛盾,这是传统的定值设计法所做不到的。因此将其应用于桥梁结构的优化设计是一个值得研究的课题。而针对具体的大跨度桥梁结构,怎样根据不同的实际情况,选择实用可行的优化模型和求解方法,还有待我们去研究。
2.2 大跨度桥梁结构拓扑优化
工程结构优化设计可以根据设计变量的类型分为3个不同的层次:尺寸优化、形状优化和拓扑优化。最近20多年来,结构优化设计的研究重点已由尺寸优化转向形状优化和拓扑优化,但对大跨度桥梁结构的优化研究大多数仍停留在尺寸优化这一层次。目前的拓扑优化方法主要有4种:离散化连续体优化准则法、遗传算法、均匀化方法、渐进结构优化技术,其中以渐进结构优化技术适用面最广。它最初是由澳大利亚的YiMingXie和GtantP.Steven提出的。因其概念简洁,计算效率高而受到广泛关注。然而许多工程都是由混凝土和钢材等材料构成的,混凝土有很高的抗压强度,而钢材抗拉性能好,实际工程中也有许多结构主要以压应力或拉应力为主,该优化方法以设计域的相关体积为目标函数,同时考虑应力、位移和频率约束。总之,大跨度桥梁结构的拓扑优化研究才刚刚开始,还有许多问题有待我们去研究。
对于大跨度桥梁结构优化设计,并没有一种特定的能适用于任何问题的优化算法,而应根据具体情况选择合理的优化算法。寻求最优解的方法,据不完全统计目前已超过300多种,大致可分为3类:数学规划法、最优准则法和仿生学法。
3 结语
根据以上分析,未来的大跨度桥梁结构优化设计研究主要应在以下几个方面加大力度:1)多目标结构整体优化设计,以期达到整体结构经济(包括建设费用和维修费用)、安全(可靠耐久)、适用(满足使用要求和行车舒适)和美观的统一,这是大跨度桥梁结构化设计研究的最终目的。2)新型大跨度桥梁结构形式的优化研究,如斜拉—悬吊混合体系桥等。这些类型的桥梁设计经验少甚至没有经验,但却是我们探索更为合理的大跨度桥梁的必经之路,因此对其进行优化设计研究就显得更为重要。3)基于可靠度理论的大跨度桥梁结构优化设计研究,目前的结构设计已普遍采用可靠度理论,基于可靠度理论的结构优化设计理论也早有研究,而将其应用于桥梁结构的研究却才刚刚开始。4)大跨度桥梁结构拓扑优化,拓扑优化目前尚处在理论探索阶段,将其应用于大跨度桥梁结构工程实际还有待开发。5)大跨度桥梁结构的动力优化,对于大跨度桥梁结构来说,动力问题至关重要,而要想跨度有进一步的突破,首先要解决的问题之一便是动力问题。6)适合大跨度桥梁结构的优化算法,大跨度桥梁结构复杂,设计变量多,根据具体的优化问题,建立有效的求解策略和优化算法,甚至对一些现有的优化算法进行改进、重组或推出新的行之有效的优化算法。7)根据优化的特点建立目标函数和约束函数的高精度近似显式。近似函数的建立将大幅度地降低结构重分析的次数,节省计算时间。
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