垂直市场结构（通用7篇）
垂直市场结构 篇1
随着现阶段国际贸易组织及越来越多双多边FTA协定开始把农产品纳入自由化范围,可预见农产品反倾销保护必日趋增多。全球制造业衰退及近年农产品贸易和投资的兴起,使农业贸易保护逐步成为关注焦点。作为世界第一大农产品进口国,国外大豆、玉米在华倾销已引起了学者讨论。中国农产品反倾销案并不多,但在此背景下的研究具有一定前瞻意义。
一、垂直市场结构主导厂商买方垄断与出口倾销
为分析简化,假定上游市场只存在一个企业,为下游专业化生产定制投入品,而下游市场存在(n+1)个企业,由主导厂商L和n个小规模企业F构成。下游市场价格由主导厂商决定,小企业作为价格接受者。上游企业对下游企业征收单位产品供货价格gi(i=L,F)。假设上游供应商边际成本为0,下游主导企业有常数边际成本c,小企业边际成本MC(qf)是其销量增函数,满足条件MC′(qf)>0,MC(0=0)。由此主导企业从事大规模生产出口是更优选择,小规模范围生产出口是小企业更优选择。
从假设可知小企业的价格为P=MC(qF)+gF,从而得到单个小企业供给曲线:
第二个等号后是边际成本函数的反函数,同时有s(0)=0,s′(.)>0。为保证主导企业利润最大化的二阶导数满足,这里假设s′(.)+(p-c)s′′(.)>0
所有的小企业供给曲线为:Qf=ns(P-gF)
设整个下游市场的需求为D(P),则主导企业剩余需求为D(P)-ns(P-gF)
根据需求曲线性质,有D′(P)<0,同时保证D′(.)+(P-c)D*(.)<0 满足主导企业利润最大化的二阶条件。这个模型通过三阶段博弈逆向归纳法求解。
在第三阶段,在已知上游企业给予的产品价格基础上,主导企业要实现利润最大化:
一阶条件为:
从上式可以得出P,它是一个关于的函数,容易证明
第二阶段上游厂商与下游主导厂商谈判最大化共同利润,并明确两者利润分配份额分别为(1-p),p。双方利润总和为(3)
为了最大化双方联合利润,应满足以下条件
由于,可得
由主导企业利润最大化与联合利润最大化条件,可得gL=0。上游企业为了保证自己的利润份额能达到最大化,决定给予主导企业的供货价格为0,以避免双重加价效应对于双方联合利润产生不利的影响。
可得主导厂商的利润为:
从(5)式解出P然后求导,也可得
(根据2个二阶条件假设)(7)
最后,第一阶段,上游企业选择来实现利润最大化
(8)式右边的第二项是上游企业从与主导企业销售利润中的分成,同时为了保证小企业的利润有:
上游企业的最优化问题变为:
由于价格p是n和的函数,利润最大化条件为
上式gF可以决定,并进而通过(5)式决定了价格P。进一步的,有
由(12)和(13)可知,在纵向关系产业链中,下游主导企业借助市场力量,通过有约束力的协议控制上游企业决策,将自身出口经营风险一部分转移给了上游供应商,从而降低了风险,实现利润最大化。下游主导企业的垄断力量和谈判能力越强,将使上游厂商利润分成份额下降,而上游已将供货价格降至边际成本,因此只能调低对下游小厂商的价格,增加其出口量,增强其利润分成。而根据(7)式,小企业的销售量扩大将增加整个市场供给,导致下游市场均衡价格水平压低。根据(13)式,随着下游主导厂商的垄断力量和谈判能力的增强,整个下游的出口价格不断下降,导致出口价格低于目标市场的公平价格。
二、垂直市场结构主导厂商买方垄断与反倾销效果
1.理论分析
若东道国政府对主导厂商征反倾销税t。三个阶段企业所面临的利润最大化问题由此转变为:
容易证明,在征收反倾销税的条件下,
和三个结论依然成立。
征税后,下游出口销量下降,利润减少,上游厂商利润分成也大幅下滑。而上游厂商给主导厂商的价格已是边际成本,为减低征税对的不利影响,上游将减低对下游小厂商的供货价,刺激其销量稳步上升,增加总出口,使得东道国市场价格下降,增加进口需求,以便自己利润分成所受影响削弱。这样,反倾销往往短期有明显抑制进口作用,而随着征税成本由下游向上游转移,东道国进口量将逐步恢复,而价格水平也逐步向征税前收敛。根据下游垄断势力强弱,征税对贸易流量的影响可呈现不同效果。当时,下游垄断势力趋于最强,征税后贸易流量下降,但随时间推移,价格效应将反映到出口国上游行业,而贸易和出口价格将接近于征税前。当时,下游接近于完全竞争市场,征税效果将不会转移给上游,这时贸易抑制效果最明显。
2.欧盟对华马铃薯反倾销案例分析与经验事实
如今欧洲农产品产业链垂直联系日益加深,体现在农业种植者、农产品加工和制造商、零售商的紧密互动及相互影响。马铃薯生产和加工日益体现出对动态变化的经济环境快速响应。由英德荷比法构成的EU-5 区域被认为是效率最高、生产加工一体化程度最高的区域。种植条件日益改善及加工商集中使该区域在马铃薯生产和出口的优势不断巩固。特定品种高水平专业化生产鼓励了上下游主体间以合同为联系的紧密协作甚至垂直一体化发展。由此,EU-5 区域生产和出口日益稳定,而其他区域生产和加工日益下降。
如图1,随着其他地区产量下降,EU-5 在马铃薯生产加工中的领导地位不断巩固。总体看,欧盟是马铃薯淀粉的净出口地区,出口2000 年以来经历了连续增长,其中德荷法是三个最大出口国,产能中大部分用于出口,而中国对欧盟马铃薯淀粉反倾销2007 年及2011 年两次裁决中,主要被指控的三家企业恰恰来自这三国,体现了这几家厂商在欧盟产业链的主导地位。根据2007 年2 月对欧盟马铃薯反倾销案的裁决,税率分别为:荷兰艾维贝公司18%,德国艾维贝马铃薯淀粉工厂18%,法国罗盖特公司17%,其他欧盟公司35%。2011 年4 月复审裁定为,荷兰艾维贝公司和德国艾维贝马铃薯淀粉工厂倾销幅度12.6%,法国罗盖特公司和其他欧盟公司倾销幅度为56.7%。前后相差不大,小企业税率还甚至提升。这里面欧盟大企业利用纵向控制转嫁反倾销成本因素起了非常大作用。
EU-5 区域马铃薯生产加工的日益集中,带来了生产专业化、产量提升、生产成本下降及生产率提升,下游主导厂商垄断力量不断增强,给马铃薯淀粉价格施加了下降压力。另外,根据欧盟委员会产业报告,在马铃薯淀粉产业链中,下游经营者比上游农民对价格影响力更大,加工商和包装商具有相当买方力量。现货市场价格高时,包装者和加工商经常采取延期购买或调整与上游合同价格关系施加压力。对上游农民而言,相应的反制策略却很少成功,因为数量众多且存在免费搭车问题,且生产专业化使得他们对下游主导厂商依赖性很高。“双方利益分配实质取决于天气条件及上下游议价能力”(欧盟委员会,2007)。即便上游越来越多农户加入了合作组织或成立联合企业,谈判能力提升,但为保证生产规模日益膨胀带来的过剩产能有足够市场份额被消化(生产是针对下游用户高度专业化的),出于销量和利润最大化动机,他们也会屈从下游主导厂商的力量。
随下游主导厂商力量增强,它们的纵向控制能力以及生产能力也不断加强,因此在2008 年金融危机发生后,它们能较轻易大幅打压对中国出口价格倾销过剩产能,导致2007年反倾销税实施后贸易效应出现了逆转性变化。2011 年复审裁决也证明了经过2007 年的反倾销措施打击,主导厂商的倾销行为甚至变本加厉,创造了马铃薯淀粉进口的新历史高点。2011 年商务部也对上述欧盟企业进行了反补贴调查,对进口贸易起到了抑制作用,但并非此案例关键。欧盟2000年后的补贴水平一直保持稳定甚至有所下降,如表1。
数据来源:欧盟委员会补贴规则
三、GMM模型实证检验
1.模型及数据说明
模型样本为中国对欧盟马铃薯反倾销主要涉案国02 年-12 年面板数据,一方面原因是02 后欧盟的补贴政策、垂直市场结构、出口结构较稳定。同时数据涵盖了06/07 反倾销案件的前后几年,共包括了3 个主导出口国德、法、荷及其他主要出口国丹麦、瑞典和波兰、比利时,7 国基本包括了中国在欧盟95%以上的进口来源。比利时对华出口数据有几个年份为0,分别用征税前后均值代替,其他出口国各年份0 值太多,未包括在样本中。进口数据的来源为联合国Comtrade数据库HS6 六分位数据,反倾销立案、裁决年份、反倾销税数据来自商务部报告。基本模型参考国内外同类研究:
其中,Y代表中国马铃薯进口量,n代表进口来源国,t为进口年份,Duty代表反倾销税率大小,也可作为区分主导厂商和其他厂商的变量,DUM1 为虚拟变量,征税当年和后2 年为1,其余为0,DUM2 为征税后第3、4 年的虚拟变量,衡量征税的长期效果。
考虑到滞后一期进口额(量)与随机误差项之间可能存在相关关系,即存在模型内生性问题,如果采用标准的随机效应或固定效应估计方法将导致参数估计的非一致性,因此在模型估计中采用广义矩阵估计法( Generalized Method of Moments,简称GMM)。
2.模型估计结果(stata11.0)
GMM模型总体拟合情况良好,两模型调整后判定系数达到0.769 和0.788,全部解释变量通过5%水平显著性检验,贸易规模和征税短期效应变量通过了1%显著性水平检验,解释变量符号符合前文分析。被解释变量后一期系数分别为0.723 和0.738,双对数形式说明欧盟对中国马铃薯贸易规模趋于增长,且欧盟马铃薯进口受以往历史规模惯性影响大,这说明随着欧盟马铃薯加工和出口来源区域集中及中国市场需求扩大,欧盟日益把中国作为处理过剩产能的目标市场。从税率的系数看,马铃薯进口被征税率越高,进口规模所受影响越大,这说明主导厂商在这次反倾销实施过程中所受影响更大。征税虚拟变量1 (征税年加后2 年) 系数为-1.305,说明征税短期贸易效应显著,导致欧盟对华出口急剧下降;但征税虚拟变量2(征税后的3,4 年)为0.633,暗示大规模的进口反弹出现。根据前文,这主要源于欧盟下游厂商的纵向控制行为,随着时间推移,下游厂商有足够时间调整与上游的合同、价格关系从而施加压力,逐步向上游转移征税成本,重新获得出口价格优势,逆转了反倾销的贸易效应。这种价格优势与欧盟补贴无关,因为整个案例发生期,欧盟补贴政策基本稳定。
(单位：美元，公斤)
注:括号内数值为Z值,符号* 、**、*** 分别表示10%、5%、1%的统计显著性水平
四、结论和建议
有别于传统文献集中对工业品的探讨,本文用中国首次农产品反倾销案件进行了验证。鉴于农业垂直市场结构的特殊性(下游力量强于下游,且上下游专业化一体生产程度不断提高),本文探讨的这种情况较容易发生。从此次对欧盟采取反倾销措施看,短期贸易抑制效果较好,保护了国内产业,但长期却由于垂直市场的影响出现了进口的大幅反弹。因此,中国未来的农产品反倾销政策应充分考虑农业产业特征的特殊性及反倾销对企业策略的直接和间接影响,以使得其实施绩效不断优化。
摘要：产业垂直分工的发展对厂商决策影响日益明显。现有反倾销文献多集中于工业品市场和申述厂商的讨论,而较少从被控厂商角度进行分析,并以中国对欧盟农产品反倾销案进行验证。事实上,下游市场力量很大程度上影响了垂直市场的倾销和反倾销效应。
关键词：垂直市场结构,主导厂商,买方垄断,反倾销
垂直电商受宠 400亿市场待抢 篇2
一面是进入清科研究中心评出的“2011中国最具投资价值电子商务企业50强”的前10，一面完成了第三轮融资。
5000万美元，钻石小鸟将这第三轮融资与前两轮风险投资区分开来，称为上市前融资，即意味着该企业的上市已经提上议事日程。
在此之前，钻石小鸟的两波融资都不在少数：2007年5月，今日资本注入500万美元；2008年10月，今日资本和联创策源联合投资1000万美元。
这一次，除了联创策源追加投资之外，专注于投资中国企业的私人股权投资基金——方源资本也挤进了电商的队伍。
风投之激战，源于电商之热。按照清科的说法，目前，中国互联网市场逐渐从娱乐应用过渡到商务应用阶段，这个过程，资本的投注更如同给电商企业打了“鸡血”一般。
垂直电商受宠
如今，综合类电子商务企业优势不在，当当、阿里巴巴等已成为众人口中的“明日黄花”
随着电商企业的洗牌，垂直领域的电商企业呼之欲出，麦包包、玛萨玛索、好乐买等电商企业开始在细分市场抢食，而且走的路子也很对中国人的胃口，这一点，从清科评出的“2011中国最具投资价值电子商务企业50强”企业中就可见一斑。
细数“50强”，综合电商京东商城1家、团购网站10家，外贸B2C网站3家、票务以及支付公司6家，而垂直B2C超过25家。俨然，垂直门类电商企业占据50强半壁江山，成为一批专业领域中的“黑马候选人”。
纵观位列前10的电商企业，凡客诚品、麦包包、钻石小鸟、玛萨玛索的等，也在前10中挤占了50%以上的席位。
位居榜首的凡客诚品，早在2010年就透露，已经获得1亿美元的私募资金，并准备在纳斯达克上市。这是雷军在凡客发展早期投资的企业，尽管目前处于亏损状态，但品牌、产品线建设都已具备，一旦上市，凡客所拥有的物流渠道等硬件基础将具备更高的竞争壁垒。
其下，位列第四位的麦包包两年时间完成总额4500万美元的融资，成为国内箱包行业史上最大金额的融资案例。联想投资、挚信资本与美国顶级风险投资机构DCM都是麦包包的股东。
之外，于2008年9月正式运营的玛萨玛索去年获得了红杉资本和北极光创投上千万美元注资。其成长性被世人认可之余，玛萨玛索CEO孙弘透露，一项多达600人的人才扩军计划已经启动，预计2011年营业额保守在5至7亿元。
一些风投人士发现，“2008年金融危机时期，许多电子商务网站四处找钱，但是很少人敢投。可现在情况正相反，电子商务网站经过几轮融资并不缺钱，但仍有风险投资商主动上门送钱。”
这帮在互联网光环下烧钱的企业已经借着资本的力量，开始冲刺。
电子商务翻倍增长
中国电子商务市场转眼经历了十余年发展，从出版物到3C，从服装到鞋帽，从食品到票务，从钻石饰品到奢侈品，愈演愈烈。
根据清科的统计，2010年中国互联网市场已经披露的投资案例为137起。在细分领域，电子商务市场投资最为活跃。已经披露电子商务B2C市场的投资案例为56起，40起披露投资金额的案例共获得7.14亿美元投资，平均投资额达1785万美元，远高于其他细分市场的平均投资额。
若与之前电商企业的投资规模相比，2010年当之无愧成为电子商务B2C投资的引爆年。
2009年末，商务部发布的《关于加快流通领域电子商务发展的意见》指出，提高社会公众对电子商务的认知度和参与度，开拓适宜网上交易的居民消费领域，培育和扩大网上消费群体，到“十二五”期末，力争网络购物交易额占我国社会消费品零售总额的比重提高到5%以上。
本来就在发展中的电子商务，被商务部点燃了，更有不少业内人士认为，这是网购趋势使然。
艾瑞研究院公布的《2010网络零售报告》显示，2010年中国网购交易规模接近5000亿元，增长率同比2009年接近89.4%，占社会消费品零售总额比重的3.2%。网购客户在网上购买过一次的总数达到1.48亿元，同比增长35.8%，占网民比重的35.8%。
过去5年网购消费增加了22倍，如今的网购蛋糕已经超过电子商务市场的1/4。统计显示，2010年中国电子商务市场交易额达4.5万亿元人民币，同比增长20%以上。其中B2B交易额占电子商务总交易额的八成。
“网购改变了传统行销模式。”艾瑞研究院院长曹军波解释道，以往，生产商和品牌商、渠道商和零售店是层层链条，现在这个链条被扁平化，品牌商不必再经过经销商、零售店，可以直达自己的用户。尤其是最近两年，品牌零售商和零售企业的发力，很可能影响中国网络零售格局的走势。
随着资本的聚集，电商企业的竞争也愈加激烈。根据中国电子商务研究中心的分析，电子商务行业将迎来发展最快、竞争最激烈的2011年，资本不足的购物网站将受到强烈冲击甚至倒闭。
但是，业内人士对电子商务的发展依旧乐观。腾讯CEO马化腾近日表示，电子商务将以每年翻3至4倍的速度增长，到2015年市场规模可达400亿元，成為最大的互联网收入来源。但是之前必须有几年、十几年的成长时间，耐心不可或缺。
传统企业进军电商
新兴电商企业是烧钱的，而传统企业正愁钱没地方使，它们也逐渐成为电商里的一员。
2009年12月，特步成立电子商务部门；2010年3月，安踏和鸿星尔克成立电子商务部门。安踏电商副总监徐斌说，传统企业开展电子商务的优势在于后端的运营也就是货品的运营已有很好的基础，但网络销售方面还需要更加了解消费者的需求。
按照徐斌的想法，首先要解决的是线下和线上销售渠道融合的问题，这样一来，需要一个合理的商业模式；其次要从技术层面解决消费者从线上采购的订单可以去直营店拿货的问题；最后是物流体系的搭建问题，利用传统商业的优势搭建物流平台。
不单如此，苏宁、国美等耳熟能详的企业，也在不断开拓着电商领域的实力。传统企业向电商转化已是大势所趋。
易观国际总裁杨彬对此早有预料，在“2011亚太电子商务绿色经济发展峰会”上，杨说，电子商务的启动在传统企业当中又会遇到和老业务冲突的问题，拿着巨资同互联网公司竞争的问题，以及业务模式改变的问题等等。
自动垂直钻井工具结构特点 篇3
一、典型自动垂直钻井工具
自动垂直钻井工具是钻井技术上的一次突破, 是一种不受井下地层特性和人为因素的干扰而自动跟踪预定的井眼轨迹的自动闭环垂直钻井工具。目前国外初步形成了以Baker Hughes公司的Verti-trak系统和Shlumberger公司的Power-V系统为商业化应用代表的成熟自动垂直钻井工具。国内对自动垂直钻井工具的研究目前都处于起步阶段, 研制的工具从工作原理上来讲, 都能够实现自动控制井斜的功能, 但未有商业化应用的国产工具产生, 因此, 研究国外成熟的自动垂直钻井工具的结构对我国的项目研究具有一定的推动意义。
1. Verti-trak自动垂直钻井工具结构。Verti–Trak自动垂直钻井工具采用静态推靠式的工作原理, 工具组合由控制短节、动力短节、执行机构三部分组成, 如图1所示。控制短节用于检测井下工程参数, 根据井斜工况控制翼肋的伸缩, 其内部的脉冲器可以以钻井泥浆为介质实现地面与井底的双向信息交流。动力短节部分的井下马达采用纳维钻具 (Navi–Drill) 技术, 通过预成形定子和钛合金柔性传动节等, 以使工具在钻井泥浆的驱动下获得了更大的功率和扭矩输出。在防斜打直执行机构上有一不旋转的套筒, 该套筒上带有三个可膨胀的伸缩翼肋。伸缩翼肋实质上是一套液压控制系统, 它包括活塞和液压控制阀, 它们也都位于不旋转的套筒内, 液压控制系统的压力来源于泥浆压力, 整个液压系统为同一压力系统。在电子控制系统的作用下启动翼肋下部的液压系统, 通过1个或2个翼肋的伸向, 向井眼高边处施加一作用力 (约30 kN) 以对抗井眼偏斜趋势。在套筒中间穿过一个旋转轴, 通过轴承使其与不旋转套筒相连接, 旋转轴的上下端分别与旋转的钻杆和钻头连接, 从而带动钻头旋转钻进。
2. Power–V自动垂直钻井工具结构。Power–V自动垂直钻井工具采用动态推靠式的工作原理, 工具组合由控制短节、加长短节、防斜打直执行机构三部分组成, 如图2所示。控制短节主要由涡轮发电机、传感器及电子控制集成块、扭矩发生器、轴承支撑及密封部件等组成。在图2中所示的加长短节实质上是Power–V工具的钻井泥浆分配系统, 使得大部分钻井泥浆被分配至钻头, 少部分泥浆成为防斜打直执行机构中推靠巴掌的推靠作用力。防斜打直执行机构是一个纯机械装置, 主要由一个钻井液导流阀和3个带泥浆喷嘴的柱塞及推靠井壁的巴掌 (同伸缩翼肋的作用一样) 组成。其中钻井液导流阀是Power–V自动垂直钻井工具的核心控制部件, 它主要由一开有扇形偏心圆环的上盘阀和一均布开有3个孔的下盘阀组成, 通过控制短节控制上盘阀的扇形偏心孔与下盘阀孔的导通或闭合从而实现防斜纠斜的功能。相比于Verti–Trak自动垂直钻井工具有一静止的不旋转套筒, Power–V是一种随钻柱全旋转的自动垂直钻井工具。
二、自动垂直钻井工具结构特点
自动垂直钻井工具是一种机电液一体化的自动化装备, 在工具的结构设计上, 根据不同的工作原理, 正确的设计控制短节、防斜打直执行机构及其他必要的辅助系统来保证工具防斜打直功能的实现。从图1和图2中可以看出, 自动垂直钻井工具的结构具有以下特点:
1. 工具结构复杂, 各部分的设计制造具有模块化、集成化的特征。
2. 控制短节位于执行机构的上部, 在考虑钻井泥浆过流的情况下内置于钻柱内, 且随钻柱一起旋转。
3. 通过伸缩翼肋 (或推靠巴掌) 动态推靠井壁来实现防斜、纠斜目的, 其动力来自工具内外钻井泥浆的压差。
三、结论
垂直市场结构 篇4
大量高耸的细长垂直结构,在外界条件作用下可能发生倾倒.如对烟囱、高楼和水塔等建筑开展定向爆破;高压线路塔架、超高工程结构由于地质变动或飓风发生倒塌,该过程时间非常短暂,产生的破坏很难准确预测.通过实验方法研究这类细长结构在倾倒过程中的力学行为,并提出相应的力学模型进行描述,对提高主动倾倒结构时的安全防护能力和由于环境导致的结构被动倾倒过程中的防灾减灾能力,均有较高的意义和实际的工程价值.
对于高耸建筑物的定向爆破问题,已经有较多的研究.唐海等[1]把烟囱倾倒的复杂力学过程简化为等直杆绕固定铰支座转动,计算出烟囱的折断部位为烟囱高度的1/3处,但他没有建立杆件的应力分布模型.杨建华等[2]、曹春梅[3]、谢海波[4]、张云鹏[5]对烟囱爆破拆除的倾倒过程进行了理论分析,提出了各截面的内力分布模型,分析了烟囱发生断裂的部位.牛海成等[6]建立了钢筋混凝土烟囱倾倒过程数学模型,并用Matlab计算了应力分布和角度随时间变化曲线.刘世波[7]为研究烟囱在自身重力作用下倾倒的应力发展过程和应力分布状态,建立了有限元模型.兰琪等[8]在爆破的烟囱切口底面上下部和烟囱根部贴应变片,测试了倾倒过程的应变变化.除此之外,国外也有对自然情况下烟囱倾倒的力学行为研究,如参考文献[9].尽管目前针对定向爆破类问题的研究较多,但此类研究多是针对工程结构开展的一些具体工作,而专门针对细长垂直结构倾倒过程中结构的变形和应力分布特征,开展具有普遍意义的基础理论和实验研究则很少.
此类结构倾倒过程均可将其视作一种高细长比的垂直结构发生倾倒,在重力作用下倾倒的细长垂直结构的主要内力为弯矩,弯矩在结构内的分布,不仅是杆件几何形状、尺寸的函数,同时还是倾倒角度或倾倒时间的函数.这种问题在力学上归属于动力学问题,但研究其弯矩和应力分布时,又需借助材料和结构力学的相关知识,故本文基于达朗贝尔原理和弯曲应力理论,推导了圆柱实心杆、空心杆、变截面杆和带重物杆等细长垂直结构倾倒过程的理论模型;特别设计了倾倒实验装置,开展了对应的试验测试和对比分析,以验证理论模型的正确性.
1 理论模型
1.1 实心圆柱杆
设均匀细长圆截面杆件,直径为d,质量为m,底端与底座铰支.在重力作用下,杆件无初速度绕底端转动,在t时刻,杆件与竖直方向的夹角为θ,杆件运动的角速度为ω,角加速度为,如图1所示.在距离顶端x处截开,对截面上端进行受力分析如图2.其中Fbs,Fn,M分别为截面的剪力、轴力和弯矩;是作用在杆件质心、的杆件惯性力的切向和轴向分量,MIR为惯性力矩.杆件倾倒时只受重力作用,由能量法得
式(1)两边对时间t求导,化简得
由图2知,关于杆件截面中点的力矩平衡方程为
因为Θ是时间t的函数,所以在杆件倾倒过程中,应变是t和x的函数.式(4)两边同时对x求导可得,当x=2l/3时,应变ε有最大值.当杆件的参数已知时,取sinθ=1,可画出ε与x的图线,结果见下文.
用数值方法求解式(2)的常微分方程,求出θ与时间t的关系,再代入式(4),得出ε与t的图线见下文.由于以下几种形式杆件的应变与时间的关系基本相同,均为ε=ε(x) sinθ的形式,所以本文只对实心圆柱杆作了深入分析.
1.2 空心圆柱杆
空心圆柱杆的弯矩求解过程与实心圆柱杆相同,结果见式(4).对空心圆柱杆件
其中D为空心圆柱杆的外径,d为内径,代入到弯矩公式得
式(5)两边同时对x求导得,当x=2l/3时,应变ε有最大值.当杆件参数已知时,取sinθ=1,可画出ε与x的图线,结果见下文.
1.3 变截面杆
设变截面杆长度为l,底端直径为D,顶端直径为d,直径沿长度方向均匀变化.在重力作用下,无初速度绕底端光滑圆柱铰链转动,如图3所示.
在距离底部为z处取一截面z',直径为
杆件的总体积
因此截面z'以上的部分的体积为
重心所在的位置为
因此截面z'以上的部分的重心到截面的距离为
用微元法分析计算对铰链的转动惯量
根据平行轴定理,在截面z'以上部分的质量对其质心的转动惯量为
用能量法求出变截面杆倾倒过程的角加速度表达式
根据加速度可以求变截面杆倾倒过程的应变分布.从z'截面将变截面杆截开,取上端为研究对象如图4所示.
列平衡方程得
其中
但由于此方程较繁琐且其解析求解比较困难,多种分式难以化简,所以在此不给出其理论解,只给出其数值解.同样,取sinθ=1,用Matlab画出变截面杆在倾倒过程中的应变曲线,结果见下文.
1.4 带重物杆
对于带有重物的细长圆截面杆件,设杆件的质量为m1,直径为d,重物的质量为m2,密度均为ρ.将重物近似看为一个质点,重物固定在杆的顶端,如图5所示.根据能量法得角加速度
在距离顶端x处用截面截开,取上段为研究对象,受力分析如图6所示.弯矩的表达式为
将,,,和角加速度α代入到弯矩的式(16)可得应变的表达式.由于此处应变的表达式较为复杂,在此只给出当sinθ=1时的应变分布曲线,见下文.
2 实验验证
2.1 实验装置
为验证本文提出数学模型的正确性,特别设计了相应的实验装置,如图7所示.试验件尺寸参数可见表1.直立杆件上沿轴向均匀布置了BE120-3AA单向应变片,采用DH3820动态应变测试系统进行应变数据采集,考虑到自由倾倒的速度,数据采样频率设定为100Hz.在底座与杆件之间加上滚珠轴承以减小摩擦力带来的影响;用直径0.3 mm的电线焊接应变片,并用透明胶将电线与杆件绑在一起,减小电线重量、电线不规则摆动和空气阻力给实验带来的影响。
2.2 实验过程
(1)贴应变片,焊接电线,检测导线电阻、应变片和仪器的工作情况;
(2)将杆件铅垂竖立起来,启动DH3820开展动态采集数据;
(3)无扰动地松开杆件,杆件自由倾倒,杆件倒地时停止数据采集,重复多次实验.
2.3 结果与讨论
图8和图9显示实心圆柱杆上应变最大的点,在倾倒过程的应变随时间和倾倒角度变化的规律,由前面1.1节的推导可知,不同点的应变随时间的变化曲线是成比例的,所以选择应变最大的一点来分析.实验曲线与理论曲线吻合良好,证明前文中建立的细长垂直结构在倾倒过程应变随着时间的变化模型是正确的.应变与倾斜角度大致呈正弦关系,而应变随时间开始增加很慢,到倾倒过程的时间中点左右增加变快,直到接近最后时刻又有所减缓.
图10～图13分别为实心圆柱杆、空心圆柱杆、变截面杆和带重物杆在倾倒过程应变接近最大值的时刻(即将接触地面时刻)的应变分布情况.可见,实心圆柱杆与带重物杆的实验数据与理论曲线吻合很好,而空心圆柱杆和变截面杆的实验数据与理论曲线稍有偏差,这与截面形状和尺寸的测量误差存在关系.
由图8～图13可知,不同形式的杆件倾倒过程中杆件内沿轴线的应变分布规律不相同,截面不变的实心圆柱杆和空心圆柱杆最大应变出现在距离底端l/3处,而顶端有重物的圆柱实心杆和变截面杆最大应变位置距离底端大于l/3.
3 结论
(1)建立了几种常见的细长垂直结构,如实心圆柱杆、空心圆柱杆、变截面杆和带重物杆倾倒过程的数学模型,该模型中轴向应变是时间和位置的函数,通过实验验证该模型具有很高的准确性.
(2)细长垂直结构倾倒过程中,各点应变随时间(角度)的增加而增大.但由于自由倾倒过程中角度和时间之间并非线性比例关系,故以时间和角度作为自变量时,应变变化规律的描述存在差异.
(3)不同形式的细长垂直杆件倾倒过程会有不同的力学行为,杆上应变最大值出现的位置不同,其具体位置依赖于杆件的几何形状和质量分布.
参考文献
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[3]曹春梅.烟囱倾倒过程的简化力学分析.天中学刊,2007,22(2):112-113
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[5]张云鹏.烟囱倾倒过程受力分析.力学与实践,1996,18(4):26-27
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[8]兰琪,叶建新,黄虬等.100m烟囱定向爆破应变观测分析.爆破,2001,18(1):21—23
垂直市场结构 篇5
某工程位于天津市, 地下3层, 地上36层, 建筑总高度160 m, 建筑面积120 506 m2。主体结构形式为钢筋混凝土框架核心筒结构, 周边钢框架结构体系, 是集五星级酒店、高级写字楼、高档商业、地下车库及附属配套设施为一体的综合性建筑。该大楼钢结构主要由钢柱、钢梁组成, 其中钢柱主要采用十字型劲性柱, 核心筒为钢筋混凝土剪力墙结构, 内藏H型钢劲性柱。本工程主要垂直运输工程量有:型钢结构件10 020 t, 混凝土54 100 m3, 钢筋9 800 t, 模板23.8万m2, 楼承板61 200 m2。该工程结构工程持续280日历天, 施工工期紧, 场地较为狭小, 构件较多, 垂直运输工作量大, 在时间、空间、组织等方面有大量的重叠交叉。
2 垂直运输机械方案设计
本工程主体结构施工阶段宜采用施工升降机+塔式起重机+混凝土输送泵、布料杆的组合配置, 由混凝土输送泵和混凝土布料杆输送混凝土, 由塔式起重机承担吊装和大件材料运输, 由施工升降机运送人员和零散材料。
通过运用垂直运输机械综合优化技术, 即将运输对象按短期集中性供应和长期经常性供应分类、按需用时间空间从专供、联分供和分时段供的三种方式进行分组, 进行经济技术比较以确定较优的运输方式。对项目进行整合, 确定运输供应方式、时间和空间安排, 以达到少干扰、直供范围大、综合服务能力强、供应能力适合、调节安排有序, 同时使得在一定的条件、时间和空间内综合费用较低。
垂直运输机械的确定工艺流程:资料搜集整理→施工主要垂直运输机械的选择、布置→大宗长期等构件方案优化→拟定单个垂直运输机械初步作业计划→垂直运输机械综合优化→实施过程动态控制。
3 施工主要垂直运输机械的选择布置
施工主要垂直运输机械的选择布置见表1。
3.1 塔式起重机的选择
(1) 按先主塔、后副塔的顺序进行选择。
(2) 根据拟建建筑物的设计特征、建筑场地条件、初步技术方案、自有设备等初步确定主塔位置、数量→确定副塔的位置、数量→依据技术参数确定主塔型号→在已知条件下, 依据技术参数确定主塔型号→初步确定主要服务范围、对象→整理初步方案费用。
(3) 根据拟建建筑物的设计特征、建筑场地条件和周边环境等条件确定主塔位置, 应考虑作业覆盖区域、可吊构件经济运送条件、安装的经济长度等参数及堆场设置区域。在结构电图纸上选定位置, 在施工现场平面布置图上标定位置、作业覆盖范围。当有几种可行位置时, 选好两种较优方案, 均应绘制成图、标明方案号。
(4) 副塔选择应考虑作业面尽可能覆盖, 临作业覆盖区域汇交面积尽量小, 应注意群塔作业的相关要求。并在施工现场平面布置图上选定位置, 当有多种组合时, 选好几种可行方案, 并在施工现场平面布置图上绘制, 标明方案号。
(5) 塔式起重机型号位置选定后应初步确定主要服务范围、对象和运送作业量并形成文字记录。
3.2 混凝土泵的选择
(1) 根据拟建建筑物的设计特征、建筑场地条件、初步技术方案等条件, 初步确定混凝土泵的供应位置以及混凝土运输管道的位置、数量, 最后根据市场供应条件确定是否设置备用管道及数量。
(2) 应考虑泵管的输送距离, 以方便混凝土罐车行走。
(3) 按建筑施工高度分段确定混凝土泵的型号和供应时段。
(4) 按混凝土泵的出口压力和排量确定混凝土输送泵的电机功率、分配阀形式, 通过技术经济比较, 确定混凝土输送泵的型号和数量。
(5) 解决输送管道的耐磨性、耐高压性以及输送管道的支撑、更换、清洗和故障排除等问题。
混凝土输送泵配置3台, 南裙楼、主楼、北裙楼各配置一台。主楼混凝土输送管道核心筒主楼框架部分各配置一道, 主楼80 m以上采用耐磨、耐高压管道, 同时设混凝土洗泵回水管道DN220×5钢管一道, 4 m3沉淀池一座。
3.3 施工施工升降机的选择
依据工程规模、建筑高度选择施工升降机的载重、提升速度。按施工阶梯流水高度选择是否在核心筒一侧内置。选择施工升降机的布置型号、位置和数量。
(1) 施工升降机应优选人货两用施工升降机。
(2) 根据施工人员上班、下班高峰人次所需供应能力、拟建建筑物的设计特征、输送高度等选定施工升降机型号和数量。
(3) 根据各专业的施工工艺, 作业特点调整作业时间。
主体施工阶段设置高速施工升降机一台。施工配置经计算符合施工计划要求。
4 大宗长期构件方案优化
超高层结构采用箱形钢柱、十字形钢柱、H型钢柱等钢结构件, 其通常为大宗长期构件, 每延米重量较大。
(1) 钢柱机械吊装能力分析:根据塔式起重机机械性能参数, 如相应的钢丝绳倍率、臂长时的起重半径、起重量, 按钢结构二次深化设计平面布置图的钢柱柱号、位置、作业半径、最大起吊重量绘制成表。对于H型钢柱由于延长米重量较小, 分段仅考虑运输长度即可, 不做吊装分析。
(2) 依据吊装机械吊装能力分析, 将钢构件按实际操作要求划分竖向分段, 绘制钢柱竖向安装分段划分图。
(3) 大型短期构件在塔式起重机方案初步设计时即做考虑, 对大型短期构件合理分段, 进行吊装机械吊装能力分析, 并绘制分段概略图, 如大厅钢桁架、大型钢斜撑等 (图1, 表2, 3) 。
t
5 拟定单个垂直运输机械初步作业计划
(1) 按初步吊装计划和施工进度计划拟定单个垂直运输机械初步作业计划。
(2) 单个垂直运输机械初步作业计划应有作业时间、作业范围和作业施工段等具体时间空间参数 (表4) 。
6 垂直运输机械综合优化
(1) 将运输对象按短期集中性供应和长期经常性分类。
(2) 按需用时间空间从专供、联分供和分时段供三种方式进行分组经济技术比较, 选择较优初步方案。
(3) 依据初步方案按机械作业计划, 对出现较大矛盾的安排组织进行调整, 以确定运输供应时间和空间安排。
(4) 安排组织进行整合, 以确定运输供应时间、空间安排。时间、空间安排不足的散宗材料采用定向滑轮或其他小型起重机具的物料提升设施作为补充, 或调整技术方案。利用附着式升降脚手架、液压爬升模板等技术减轻垂直运输工作量。
(5) 单个垂直运输机械初步作业计划应有作业时间、作业范围、作业施工段等具体时间空间参数 (图2–4) 。
7实施过程动态控制
(1) 建筑施工不确定因素较多, 对于专供、联分供的材料运用PDPC的方法事先制订备用方案, 以便动态调整。
(2) 按照定人、定机、定时间、定服务对象、定作业空间的原则, 拟定作业计划, 由专门组织执行。
8 结束语
(1) 按先解决主要矛盾、后解决次要矛盾的顺序进行选择垂直运输机械布置, 通过分组经济技术比较, 选择较优初步方案, 有利于提高配套运输设施能力的可靠性。
(2) 依据初步方案的机械作业计划, 通过组织进行合理调配确定运输供应时间、空间安排, 实现综合配置优化管理。
(3) 由于建筑施工受施工条件、社会环境的影响较大, 不确定因素较多, 配置了动态调整组织机制, 有利于施工组织协调。
(4) 通过大宗长期构件方案优化, 减少劳动强度, 减少作业时间提高了施工效率。
摘要：某高层建筑, 建筑总高度160m, 主体结构施工阶段设计采用施工升降机+塔式起重机+混凝土输送泵、布料杆的组合配置方式, 通过资料收集, 确定施工主要垂直运输机械的选型和布置, 设计了动态调整机制, 并对长期构件进行方案优化, 减少了劳动强度, 减少了作业时间, 提高了施工效率。
关键词：超高层,钢筋混凝土,框架结构,垂直运输,机械管理,优化配置
参考文献
[1]GB50755—2012, 钢结构工程施工规范[S].
垂直市场结构 篇6
羽流作为流体的一种,具有很强的湍流特征[1]。如果不考虑火灾中火源所处的位置以及火源类型,只考虑烟气流动路径的话,可以把火羽流分为轴对称羽流和非轴对称羽流。轴对称羽流模型是火灾安全工程领域中使用最多的一种羽流,在这种羽流中,以羽流的垂直中心线作为对称轴,周围环境空气从各个方向上水平、均匀的卷吸进来。而现实生活中还存在另一种羽流—非轴对称羽流,在此种羽流中,空气在某一侧卷吸量比另一侧多得多,羽流呈倾斜状态,烟囱效应下的火羽流就属于典型的非轴对称羽流。
烟囱效应是由烟气自身浮力和竖井内外压差综合作用而产生[2,3],这就导致了环境空气存在一个强烈的水平运动,进而使火羽流具有初始的水平动量,同时又受到向上的浮力作用,因此其运动轨迹从理论上说为斜向上方。从表面形态来看,它类似于处于风洞中的火羽流形态[4,5,6],但是两者有着本质的不同:风洞中的羽流是被动卷吸外界来流的,而烟囱效应中的水平风速是由温度差诱导产生的,火羽流主动卷吸周围冷空气。
前人通过理论分析和实验,针对羽流轴线的温度、特征位置的流速和质量卷吸率等进行了大量的研究[7],并提出了许多羽流模型,每种羽流模型在其适用范围内对羽流特征点的温度、流速和质量卷吸率都有各自的表达式。但是,目前烟囱效应作用下的倾斜羽流结构研究还很少,本文主要通过建立烟囱效应下火羽流的质量、动量以及能量守恒方程,建立羽流轮廓、火羽流质量流率、轴线速度与温度等模型。
2 理论基础
2.1 倾斜火羽流结构模型构架思想
本模型中,定义如下变量均为高度z的函数:高度z处的温差: ΔT(z) [K];高度z处羽流直径: b(z) [m];高度z处羽流上升速度: u(z) [m/s];高度z处羽流质量流率: mp(z) [kg/s]。
图1为坐标示意图及一组全尺寸实验中截取的部分图片,其中x方向为水平气流进入方向,y轴与x轴垂直。从图1-2中可以看出,对于均匀的外界来流,正对入口的火焰面两侧卷吸情况基本相同,y方向的羽流直径沿着高度z方向变化不大,因此可将此倾斜羽流作为二维情况进行近似。而迎风侧与背风侧的卷吸不同,造成了倾斜羽流的产生,那么其直径可以通过下列方法得到:处于主动与自由卷吸综合作用下的羽流直径减去仅处于主动卷吸下的羽流直径,图2-3显示了此方法中倾斜羽流的构成。
为了对羽流特性进行简单分析,必须做以下若干假设:(1)假设迎风侧的边界是垂直的,并且对羽流轮廓没有作用,如图2-1和图2-2;(2)假设整个系统中无辐射热损失;(3)假设自然卷吸部分的卷吸速度与羽流轴线速度成正比,即v=αu,其中α为卷吸常数;(4)忽略了除迎风侧和背风侧的卷吸情况,假设为二维倾斜羽流;(5)假设竖直方向上的密度差很小。
2.2 倾斜羽流的理论模型
初始,我们建立一般的质量流率、动量、能量的表达式,通过量纲分析的方法对此积分方程求解,来推导出上述提及的各种变量[8]。
(1)主动和自由卷吸联合作用下的羽流轮廓方程(图2-1)
此羽流直径为x1(z),截面积为x1(z)l,高度z处的质量流率表达式可写为:
undefined (1)
式中,ρ为火羽流密度,l为火源边长。
在微元dz高度上的浮力可以表示为:
dF=g(ρ∞-ρ)dz·lx1(z) (2)
式中,g为重力加速度,高度z上的动量流率(质量流率乘以速度) 为:
undefined (3)
假设羽流没有辐射热损,那么在高度z上的能量流率可以写为:
undefined (4)
式中,cp为一定压力下的气体比热,利用理想气体定律,温差可以写为:undefined, 式4变为:
undefined (5)
因此,我们可以在密度差和热释放速率之间建立如下关系式:
undefined (6)
(a) 质量连续方程
质量连续方程中,火羽流通过微元高度dz的质量流率的变化等于在dz高度上的空气卷吸量。 在高度dz上的质量流率变化为:
undefined (7)
通过微元dz卷吸进入的质量流率等于此高度上的羽流截面积(= l·dz)乘以水平卷吸速率v,再乘以环境空气密度ρ∞。如前所述假设,我们定义水平卷吸速率为卷吸系数α乘以羽流上升速度u(v = αu),在烟囱效应下的倾斜羽流模型中,还要多考虑一个水平的强迫卷吸速度v(z),同样的求出高度微元dz的卷吸速率如下:
l·α·u(z)·ρ·dz/dz+l·v(z)·ρ·dz/dz (8)
式中, v(z) 为水平强迫卷吸速度,本章采用在实验中测得的平均速度undefined来简化计算。
令式(7)和(8)相等,得质量连续方程:
undefined (9)
(b) 动量方程
浮力在高度微元dz的作用导致了该处火羽流动量的变化,对式(3)进行高度的微分,得动量沿高度的变化为:
undefined (10)
同样对式(2)中浮力进行微分,得到:
dF/dz=g(ρ∞-ρ)lx1(z) (11)
使式(10)和(11)相等得:
undefined (12)
我们再一次利用弱羽流假设,因此ρ在竖直高度上为常数。利用式(6),得到微分方程:
undefined (13)
假设上式中的ρ近似等于ρ∞,也就是弱羽流假设中所考虑采用的。因此式(13)变为:
undefined (14)
(c) 两个微分方程的求解
为了解出方程(9)和(14),我们假设羽流直径x1(z)、速度u(z)和高度z的幂函数:
undefined
(15)
式中,c1和c2都是常数。
式(9)变成:
undefined (16)
同样,式(14)变为:
undefined (17)
利用量纲和谐原理,式(16)和(17)中,等式两边z的指数必须相同,因此解得m和n为:
undefined
(18)
进而得到主动卷吸和自由卷吸联合作用下的羽流轮廓方程为:
undefined
从式(19)可知,在主动卷吸和自由卷吸联合作用下的羽流轮廓(在烟囱效应诱导倾斜羽流中为背风侧)为线性,且羽流轴线竖直方向上的速度近似为一常数c2,此数值与火源功率、进口流速和卷吸因子有关。
(2)仅处于主动卷吸中的羽流轮廓方程(图2-2)
式(19)中得到火羽流轴线的竖直速度u(z)为一常数c2,同时水平卷吸速度也假设为常数,也就是说迎风侧的羽流轮廓为直线型。因此我们得到烟囱效应下倾斜火羽流的两侧是均匀对称的,均与高度z呈线性关系,羽流轮廓如图3中所示。
竖直速度u(z)的值与卷吸因子α有很大关系,此时的卷吸因子α应该与理想羽流中一般认为的0.15不同,进而影响到迎风侧羽流轮廓的确定。为了进一步确定烟囱效应诱导下倾斜火羽流的轮廓,可通过全尺寸实验进行比较。
3 实验装置和过程简介
实验在PolyU/USTC大空间火灾实验厅内展开[9],里面提供了一个2m×2m×15m(高)的竖井和一个2m×4m×3m高的前室来进行全尺寸实验。图4为实验台结构简图。采用TVB-100型红外热像仪对火羽流的温度场进行测量。红外热像仪来记录火羽流的温度场,从而确定火羽流轮廓。竖井内中心线位置设置了一串热电偶串,用来记录烟羽流的温度变化,起火前室开口设置三个皮托管测点,用来测量进口流速。实验采用了四种火源:分别为l=0.5m,0.6m,0.7m和0.8m,燃料为汽油,环境温度为278K。
在实验中,火源被点燃后,烟气迅速充满前室,并从前室进口和前室与竖井交接口两处分别向外产生溢流。随着竖井内温度的升高,烟囱效应产生,烟气逐渐转为向竖井内单向蔓延,前室开口处无烟气向外溢流,大量室外空气补充进起火前室,此时对于火羽流来说产生了主动卷吸,火羽流倾斜,如图1-2所示。
4 实验结果分析
图5为从红外热像仪中选取的几幅火羽流温度场照片,主动卷吸是从右至左发生的,从图中我们可以测量得到迎风侧火羽流的偏转角度(θ),本文所提到的角度值是在每种工况下截取了若干图片之后所得到的平均值(undefined)。从图6中可以发现羽流迎风侧基本呈直线,这与理论分析结果类似,但是羽流倾斜的角度和火源功率没有明显关系。
在风洞中,随着水平来流的增强,羽流偏转角度增加。但是在垂直竖井中,水平速度不是外界主动施加的,而是由烟囱效应诱导产生。随着火源功率的增大,烟气浮力增强,竖直方向火羽流速度变大,同时水平的侧向来流速度(undefined)也增加,因此水平速度与垂直速度之比(tgθ)不能够明显的显示出较一致的规律性。也就是说,速度和竖井内的温度是相互关联的,因此,羽流的倾斜角度就很可能限制在一定范围内,从实验中看出此值在50°到60°之间。
5 讨论
本文在理论分析和全尺寸实验的基础上,发展了一种简单的竖井中烟囱效应下羽流模型,结果显示,火羽流的两侧是对称的并且呈同样的线性规律(与高度z成正比),迎风侧的倾斜角度在50° 到60°之间,进一步精确的范围需要大量的全尺寸实验支持。
卷吸因子α是一项很重要的影响因子,羽流直径和轴线速度都与卷吸因子α有关,但是由于卷吸情况不同,烟囱效应诱导下的羽流卷吸因子与自由羽流中假定的0.15肯定不同,因此需要在接下来的工作中进行深入研究。
致谢
本文的主要工作于中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室大空间实验厅内进行,实验室相关老师和同学对实验给予了大量指导和帮助,在此表示感谢。
参考文献
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垂直市场结构 篇7
关键词：水平滑移,垂直提升,钢结构,安装,施工方案
液压水平滑移及垂直提升技术是利用计算机通过液压传动来控制液压设备的油缸伸缩, 以其往复动作来完成某一构件的水平或垂直运输的一种先进的施工技术。它通过计算机可以对单体油缸或群体油缸进行集群控制, 还可以通过无线通讯技术传递控制指令, 它可全自动完成同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制等动作, 它具有操作锁闭、过程显示以及故障报警等多种功能。是集机、电、液、传感器、计算机控制于一体的现代化先进吊运技术。运用它能解决其它工艺方法难以完成的安装问题。
1 设备技术原理及特点
液压水平滑移及垂直提升常采用的设备为穿芯式千斤顶及液压爬行器, 二者是近年出现的新型机械装置, 下面就介绍二者的机械工作原理。
1.1 穿芯式千斤顶工作原理
1) 穿芯式千斤顶的结构组成:如图1所示, 主要由上锚、下锚、液压油缸、外壳等组成。
2) 穿芯式千斤顶的工作流程:以油缸的提升工况说明油缸的工作原理:首先上锚紧, 下锚松, 油缸伸缸, 张拉钢绞线, 将负载通过钢绞线作用于上锚;当油缸伸到底以后, 下锚紧, 上锚松, 油缸缩缸, 将负载由上锚转换至下锚;油缸缩缸到底, 这样就完成了一个伸缩过程, 如此周而复始, 通过油缸的伸缩, 上下锚具负载的转换, 将重物随着油缸的伸缸动作逐步提升/牵引至指定位置。
穿芯式千斤顶可完成提升和回落两个过程, 每个流程为油缸动作的一个行程。当油缸周期动作时, 提升重物则一步步上升或下降。
3) 设备特点。采用柔性索具承重。只要有合理的承重吊点, 提升高度/滑移距离不受限制;穿芯式千斤顶两端的楔型锚具具有逆向运动自锁性;设备体积小、自重轻、承载能力大, 特别适宜于在狭小空间或室内进行大吨位构件提升或索引;设备自动化程度高, 操作方便灵活, 安全性好, 可靠性高, 适用面广, 通用性强;能够自行连续 (不间断) 动作。穿芯式千斤顶的规格:主要有TJJ-100KN、600KN、2000KN、3500KN、5400KN和8000KN等种类。
1.2 爬行器工作原理
1) 爬行器的结构组成:主要由油缸系统、夹紧器等结构组成, 如图2所示。
2) 爬行器的工作流程:爬行器处在油缸收缩状态, 利用夹紧器夹持在轨道上, 油缸伸张, 实现推移动作, 夹紧器松开收缩油缸, 实现爬行器前进, 如此周而复始产生连续的推移动作。
3) 设备特点。能吸附轨道, 不需要特设反力点;一次安装, 能够完成推进和牵引两种动作;动作精确度高;能够自行连续 (不间断) 动作;设备轻巧, 安装方便。
4) 爬行器的规格:目前已拥有TJG-500KN、1000KN等种类。
2 应用技术
2.1 工作系统组建
工作系统是由执行机构、控制系统、动力装置三部分组成的。
执行机构即穿芯式千斤顶或爬行器或二者其它组合, 直接实现对重物的动作。
控制系统由液压控制系统、计算机控制系统和信息系统三部分组成。利用反馈信号与输入指令来控制液压系统工作, 使操作对象按照既定的要求运动。
动力系统通过液压泵站和液压传动为控制系统提供能源。
通过以上系统的组建可完成如下动作:
1) 同步直线运动 (水平和垂直) ;
2) 同步曲线运动 (弧形或圆形) ;
3) 安装微调动作。
同步动作包括动作同步和位置同步两种动作, 是指根据安装部件所需运行轨迹, 计算出各吊点位移差, 并通过实时位移反馈, 利用计算机控制各吊点运行位移量, 确保重物在吊运过程中按预定轨迹行进, 可进行直线或曲线运动。
在同步提升/滑移过程中, 操作人员可以根据泵站的流量大小等因素来设定主令吊点的提升/滑移速度, 同时也就定了整个系统的速度。
安装微调:是指在安装过程中, 可单独控制某局部设备进行微量调节, 以便于安装时的对位校正。
2.2 工作系统技术在工程中的应用
通过上述系统的组建, 可形成二种施工技术即水平滑移技术、垂直提升技术。
2.2.1 水平滑移技术
液压水平滑移技术可以通过两种方式来获得, 一种是采用穿芯式千斤顶平放利用钢铰线的拉力来获得水平运动;一种是利用特制的夹持在滑行轨道上的爬行器, 通过推/拉力来获得水平运动。
水平滑移技术可以对单元构件进行滑移, 也可采取累积滑移的方式对大面积的构件拼装单元进行滑移。
2.2.2 垂直提升技术
垂直提升技术一般采用穿芯式千斤顶正放来进行, 以穿芯式千斤顶作为牵引机具, 柔性钢绞线作为承重索具, 有着安全、可靠、承重件自身重量轻、运输安装方便等一系列独特优点。
2.2.3 曲线运动
通过穿芯式千斤顶、爬行器或二者技术组合通过不同的线速度控制位移可进行曲线运运。如郑州国际会展中心的伞装结构, 其滑移安装的水平圆周运动就是靠爬行器的推移与穿芯式千斤顶的水平牵引共同来完成的。
2.3 技术应用的适用范围
施工场地平面窄深型的钢结构安装。此类安装现场一般不宜采用吊车安装或吊车根本就不可能进入现场安装作业, 此时可考虑滑移/累积滑移安装。如中国证券大厦钢连廊工程, 在两栋塔楼之间有八层连廊, 连廊平台顶面标高是在▽18.700m~88.600m之间, 每层连廊平面尺寸为30.4*64.2m, 跨度30.4m, 柱距9~12m, 由七根大梁组成, 每根梁重约30t, 每层连廊重约350t, 本工程由于安装高度高, 工程面积较大, 可供施工场地狭小, 已无法采用常规吊装方法进行安装, 因此采用分段水平滑移, 垂直提升工艺进行安装。
大面积空间单元网架结构安装。如干煤棚的施工, 干煤棚一般为拱形结构网架, 跨度102m, 长度80m, 可采用水平累积滑移技术进行安装。
大吨位结构或设备的运输或安装。如北京西客站钢门楼工程, 整体钢结构几何尺寸43.8m*28.8m*49.752m, 总重1818t, 升程43.52m, 采用计算机控制液压同步提升技术整体安装到位。
土建先行施工, 造成钢结构安装困难的钢结构工程。如各类体育场馆的钢屋面结构, 由于土建施工面积大, 土建已不可能给钢结构安装让路, 因此钢结构一般采取后安装的方式。但若其屋盖结构较重较大, 则采用一般的吊装方法就比较困难, 此时可以考虑采用水平滑移或垂直提升的安装方法来进行。如最近的鸟巢钢屋面工程, 其方案就为屋面中心部分采取整体提升方案。
2.4 施工技术方案的确立程序
采用液压水平滑移及垂直提升技术进行施工, 其技术方案的确立一般需经过以下几步来完成。
1) 根据工程特点首先确立选用何种施工技术。
2) 确立施工的基本顺序。
3) 根据施工顺序确立吊运单元大小并建立工况信息。
4) 根据工况信息选择吊点, 对各杆件及节点进行应力及变形析, 一般采用有限元分析软件ANSYS或SAP2000等软件进行。并通过计算对施工节点进行改造, 由设计单位确认。
5) 根据计算结果确认吊点, 匹配吊运设备, 组建工作系统。此时需要考虑以下几点:承重系统 (如钢绞线) 要有足够的安全储备, 锚具工作灵活可靠;节约能耗, 提高效率。从液压系统看, 连在一个泵中的千斤顶工作压力愈接近, 则系统的工作效率越高。即具有相同工作压力的油缸应用一个泵源;管路不宜太长, 尤其冬季施工, 要保证系统在较低温度下仍能正常运转;对于复杂的大型构件的吊运, 在方案实施前需进行模拟试验。试验的目的是熟悉执行机构、控制系统、动力装置之间的关系, 确立运行参数 (如提升速度、同步控制误差等) 等。模拟试验的内容应包括空载试验、负载试验、超载试验、特殊情况的处理试验。
6) 总体方案形成, 正式施工。
3 结语
液压水平滑移及垂直提升技术在钢结构安装工程中有如下特点:
吊运过程的作用力及位移速度完全可测和可控。设备自动化程度高, 操作方便灵活, 安全性好, 可靠性高, 使用面广, 通用性强;根据需要通过设备的模块化组合、扩展, 使提升/滑移构件的重量、跨度、面积不受限制;液压穿芯千斤顶采用柔性索具承重。提升设备体积小、自重轻、承载能力大, 特别适宜于在狭小空间或室内或起重设备难以进入的施工场地进行大吨位大体量构件滑移提升安装;大量安装工作在地面完成, 减少高空作业。
液压水平滑移及垂直提升技术是成熟的、安全可行的高科技施工技术, 在钢结构工程中应予以推广应用。
参考文献