耐缺陷结构（精选3篇）
耐缺陷结构 篇1
金属薄壁构件被广泛地应用在汽车、飞机、轮船等交通工具中, 作为发生碰撞事故时的能量吸收装置[1]。如图1载荷-位移曲线图, 衡量薄壁构件耐撞性能的指标通常是其吸能能力和碰撞过程中的峰值载荷, 薄壁构件在碰撞过程中的最大峰值载荷通常出现在2处, 一处是在临界状态即结构刚开始屈曲时, 取决于结构的弹塑性性能;另一处在整个薄壁构件被压缩碰撞终了时, 峰值碰撞力在此时会急速上升。其中前一个峰值碰撞力对薄壁构件失效有显著的影响, 是碰撞问题需要重点研究的对象。在碰撞过程中降低最大峰值载荷, 能有效地减小碰撞加速度, 故出于对乘员安全的考虑, 要尽可能减小初始最大峰值载荷。
耐撞性能较好的薄壁构件要求有较高的吸能力与较低的峰值载荷。在保证薄壁构件吸能能力的情况下, 有效降低其峰值载荷, 是薄壁构件结构设计者的终极目标。
1 诱导缺陷结构作用
为了提高薄壁构件的耐撞性能, 稳定其压溃变形模式。近年来, 众多学者采用多种方式对薄壁构件进行结构改进。而在薄壁构件上采用设置诱导缺陷结构的方法, 可消除碰撞过程中碰撞力曲线波动振幅较大的区域, 实现其平稳受力的目的[2]。此方法是通过在薄壁构件某一特定位置处设置诱导缺陷结构, 使其在碰撞时首先在该处开始塌陷变形, 来降低薄壁构件在此处的刚度, 从而实现减小碰撞力的目的。
1999年, L.Sunghak等[3]率先研究了矩形孔诱导结构对薄壁方管耐撞性能的影响, 指出合理的诱导缺陷结构能够提高吸能能力并降低峰值载荷。国内方面, 2001年合肥工业大学的钱立军等[4]研究了V形凹槽、圆孔、方孔、面内圆孔等诱导结构对薄壁构件耐撞性能的影响。
2 诱导缺陷结构设计要求
在薄壁构件上设置诱导缺陷结构不受安装空间的局限, 通用性高, 具有实际工程应用研究价值。诱导缺陷结构在设计时基于不同方面的考虑主要需满足如下2个要求:从其功能考虑, 作为辅助变形结构, 要有效发挥引导薄壁构件变形的作用, 将薄壁构件的变形向有利的方向引导, 不能破坏整体结构的有效性, 保证碰撞过程中薄壁构件的有效变形模式;从其制造工艺考虑, 为了实现大批量现代化生产的要求, 诱导缺陷结构的设计需要满足合理的工艺性。
3 常见诱导缺陷结构形式
诱导缺陷结构的加工方法常常采用挤压、冲压工艺等, 常见的诱导结构如图2所示, 包括凹槽、圆孔、椭圆形孔、圆孔等。
近年来, 基于诱导缺陷结构在薄壁构件耐撞性中的作用, 引起越来越多的学者对其进行研究。在上述基本结构的基础上, 有的研究者还设计了波纹管等薄壁结构形式[5]。笔者鉴于前人的研究成果, 对诱导凹槽、凸槽、凸凹交错的诱导槽的几何参数、数量及其分布进行了大量的研究及优化设计[6,7,8]。进一步证明了在不改变薄壁构件几何参数、形状和使用材料的情况下, 诱导缺陷结构能够很好地实现控制薄壁构件的变形模式, 提高其耐撞性能。
4 结语
本文主要对诱导缺陷结构在薄壁构件耐撞性中的作用进行阐述, 并从其使用功能和制造工艺考虑提出诱导缺陷结构设计要求, 同时给出了常见诱导缺陷结构形式。指出在不改变薄壁构件几何参数、形状和使用材料的情况下, 诱导缺陷结构能够很好的实现控制薄壁构件的变形模式, 提高其耐撞性能。
摘要：对薄壁构件的诱导缺陷结构进行综合性阐述, 分析其在薄壁构件碰撞过程中的作用及其提高耐撞性能的原理, 并从使用功能和制造工艺方面提出诱导缺陷结构设计要求, 同时给出常见诱导结构形式;指出在不改变薄壁构件几何参数、形状和使用材料的情况下, 诱导缺陷结构能够很好地实现控制薄壁构件的变形模式, 提高其耐撞性能。
关键词：薄壁构件,诱导缺陷结构,耐撞性
参考文献
[1]谭丽辉.参数化薄壁构件模型的耐撞性分析与优化设计[D].长春:吉林大学, 2015.
[2]雷正保.汽车纵向碰撞控制结构设计的理论与方法[M].长沙:湖南大学出版社, 2000.
[3]Sunghak L, Changsu H, Meungho R, et al.Effect of triggering on the energy absorption capacity of axially compressed aluminumtubes[J].Materials and Design, 1999 (1) :31-40.
[4]钱立军, 杨士钦, 马恒永.具有诱导结构的汽车薄壁杆件的耐撞性研究[J].设计.计算.研究, 2001 (6) :9-11.
[5]王晓, 刘星荣, 葛如海.波纹管在汽车碰撞吸能中的正交优化设计[J].江苏理工大学学报 (自然科学版) , 2011 (22) :30-32.
[6]谭丽辉, 徐涛, 张炜, 等.带有圆弧形凸槽金属薄壁圆管耐撞性优化设计[J].振动与冲击, 2013 (21) :80-84.
[7]谭丽辉, 谭洪武, 毛志强, 等.有不同诱导槽结构的薄壁圆管抗撞性优化[J].振动与冲击, 2014 (8) :16-21.
[8]谭丽辉, 徐涛, 崔晓梅, 等.带有圆弧形凹槽金属薄壁圆管耐撞性优化设计[J].爆炸与冲击, 2014 (5) :547-553.
耐缺陷结构 篇2
1 修复方案
方案一:按照原线路的设计, 使用NY-300/40液压耐张线夹, 将导线放至地面剪除原液压耐张线夹, 重新压接后, 加长绝缘子和金具, 再重新挂线。也可采用塔上压接的方式。
方案二:由于原耐张线夹压接部分的机械状况良好, 修复引流板缺陷恢复其过流能力即可, 故可考虑采用预绞式分流条处理 (见图2) 。
方案三:剪除原液压耐张线夹, 更换为预绞式耐张线夹, 加长绝缘子和金具, 并更换跳线进行处理 (见图3) 。
2 方案的比较和选取
2.1 方案一:
优点, 保持原线路设计的一致性, 液压耐张线夹在国内已被广泛使用, 有几十年的运行经验, 结构简单。缺点, 施工较为复杂, 需要专门的液压机具。由于本处线路跨越交通繁忙的十字路口, 且整个线行也位于道路的中央绿化带, 不能按常规的方法, 将导线放到地面重新压接。且110k V丹沥线另一侧和上方还有带电运行的110k V仙沥线和沥太线, 如采用塔上压接, 不能保证与带电线路的安全距离。故不采用方案一。
2.2 方案二:
优点, 预绞式分流条是近年出现的产品, 用于加强和改善传统压缩型耐张线夹引流板两侧导线与跳线之间的电流传输, 可有效防止引流板过热现象。
由于本宗缺陷的耐张线夹引流板裂纹已过半, 预绞式分流条应用于本宗缺陷的处理, 需考虑预绞式分流条的受力问题, 故对本宗缺陷的处理不推荐方案二。
2.3 方案三:
预绞式耐张线夹, 采用的是高强度铝合金材料预制螺旋线条, 预绞丝与导线接触表面使用白刚玉增大摩擦力, 预绞丝缠绕在导线上, 利用摩擦力紧握导线, 具有应力均匀, 不损伤导线的优点。其平滑的外轮廓使电晕放电大大减少, 不会发生电弧烧伤。
应用在本宗缺陷的处理, 无需将导线放到地面, 无需专用的安装工具, 预绞丝耐张线夹徒手安装即可, 安装施工安全简便, 目测即可检查安装质量, 省时省力。
3 施工工艺及方法
3.1 在原液压耐张线夹末端向导线侧量300mm预留引线, 做好记号。
3.2 以做好的记号为起点, 使预绞式耐张线夹上的印记与起点重合, 往导线方向逐步缠绕3组螺旋线条, 缠绕过程注意不同组之间的预绞丝要紧密结合, 收口时可用一字螺丝刀使端口伏贴。
3.3 用卸扣连接钢丝绳与预绞式耐张线夹的挂线环作后备保护。
3.4 量出铁塔横担挂线点与预绞式耐张线夹的挂线环间的长度, 计算金具和绝缘子需增加的长度和数量, 组装绝缘子串。
3.5 用紧线夹头收紧导线, 用加长的绝缘子串和预绞式耐张线夹的挂线环重新挂线。
3.6 剪除原液压耐张线夹, 重新安装跳线。
4 现场应用
110k V丹沥线N23塔B相小号侧液压耐张线夹更换为预绞式耐张线夹, 重新投入运行至今, 经过两年的运行检验, 未发现预绞丝与导线有滑移现象, 运行情况良好。
5 结论
随着《架空线路用预绞式金具技术条件》 (DL/T 763-2001) 和《架空输电线路导地线补修导则》 (DL/T 1069-2007) 的发布与实施, 预绞式金具的应用越来越广泛。
应用于本次缺陷的处理, NY型液压耐张线夹在运行时间长后, 往往会出现引流板发热, 不平整等缺陷, 优先推荐预绞式分流条处理。如需考虑跳线受力, 可更换为预绞式耐张线夹处理。
参考文献
[1]《架空线路用预绞式金具技术条件》 (DL/T763-2001) .
[2]鲍迁.预绞式金具的特点[J].电力建设.2003年6月.
谈钢—混凝土组合结构耐火性 篇3
钢—混凝土组合结构作为新兴的一种新型的承重构件与目前在各种建筑中广泛使用的钢筋混凝土构件相比主要是添加了钢材这种材料, 使得两种材料共同受力、相互约束进而达到承载能力的提升。建筑人士普遍承认混凝土构件在加入型钢或钢管等材料后力学性能会得到大幅提升, 由于同时具备了混凝土的抗压性能并且有钢管的约束作用, 在相同条件下普通钢筋混凝土已经退出工作时钢—混凝土组合结构仍旧具有相当程度的承载力, 所以受到了工程界的普遍重视和青睐, 采用这种新型组合结构的建筑不断涌现, 技术也在不断提升, 大部分取得了良好的建筑效果和经济效益, 其典型的截面形式主要有方形、圆形、矩形等几种形式, 如图1所示。目前, 有些学者在钢—混凝土组合结构领域也在不断创新, 不但开始对中空夹层钢管混凝土 (主要是在同心放置的内外两层钢管之间浇灌混凝土进而形成的构件) 开始研究, 还对双层实心钢管混凝土构件 (与中空夹层钢管混凝土钢管相比没有中空部分, 中心有核心混凝土) 进行研究, 使得钢—混凝土结构不断发展。现今建筑行业对于承重能力好, 抗火性能高的建筑材料和构件的追求从未停止过, 而这种新形式的组合构件的出现同时具备了承重能力好、自重轻、耐火性更加优良等优点。除此之外, 钢—混凝土组合结构的组合形式更加灵活多样, 例如在其中加入型钢就变成了型钢混凝土柱或者型钢混凝土梁, 外加钢管就变成了钢管混凝土柱等。现在建筑行业主要是使用在混凝土中配置型钢 (如工字钢、钢管等) 、钢筋等经过长期发展并且技术较为熟练的方式, 利用这种方法做出的梁或柱的受力性能相较于钢和混凝土两种材料的简单叠加同样有较大优势。
作为一种由多种材料组成的构件, 想要了解钢—混凝土结构的受热性能就必须对它的各个组成有一定的了解。相对而言钢材一般是在构件的外部, 因此对于钢材的了解必须放在第一位。普通钢结构构件在达到屈曲强度时会产生较大的塑性变形, 这种塑性变形十分明显, 使用肉眼就可轻易观察和识别。多年来, 经过大多数建筑以及科研人员的研究, 普通钢材在温度低于600℃并且处于恒定荷载作用下时, 材料的变形过程可以考虑为不依赖于时间的过程, 在这种情况下, 钢材的徐变对于构件的影响可以包括在应力—应变关系中 (图2是高温下某低碳钢的应力—应变曲线) 。在起始温度为20℃时, 该低碳钢能承受280 N/mm2左右的应力, 此时应变约为2.0 mm;当温度达到600℃的临界温度时, 应变同样为2.0 mm时, 只能承受约55 N/mm2的应力, 两相对比差了大约5倍。由此可以看出, 要使钢结构构件的承载能力得到充分有效的发挥, 钢材温度的控制就成了必须解决的问题。
其次, 对于混凝土这种材料而言, 其承受竖向荷载的能力相对较强而抗拉效果却非常之差, 因此一般构件都将混凝土作为承重构件。在火灾作用下的混凝土在温度达到400℃以上时由于温度的原因其力学性能会严重恶化。并且当构件受火时受火截面温度随周围环境温度变化迅速升高, 但由于混凝土是一种热惰性的材料, 其内部温度增长则会相对缓慢一些, 其结果就是在截面上形成不均匀温度场, 并且温度梯度的变化也不均匀, 进而使截面应力重分布。以上这些变化都会使结构的安全性大打折扣, 当情况严重时甚至会导致结构失效进而造成各种安全事故。
钢—混凝土组合结构具有很多形式, 在本文中主要是选择了钢管混凝土柱作为代表进行了火灾下截面温度场的分析。现在以含钢率均为0.1的两种钢管混凝土按照ISO 834升温曲线施加温度并分析其截面温度场分布, 借以对比两者的性能差异。两试件尺寸分别为300×17与300×5+200×3。在使用ANSYS软件分析时, 根据我国《建筑构件耐火试验方法》的规定, 将火焰的温度变化过程按照ISO 834标准升温曲线进行设计, 其表达式为:
其中, Tg为火场温度;T0为环境初始温度;t为升温时间, min。图3是两种钢管混凝土在标准升温曲线下经过2 h后的截面温度场分布, 并给出了两种钢管混凝土柱处于相同位置的节点上的升温曲线 (基本位于内层钢管处) (见图4) 。
由图3中两种截面温度场分布图可以看出, 最外层钢管由于直接与火焰接触所以温度上几乎没有差别。但可以明显的看出温度变化上双钢管混凝土升温较为缓和且比单层钢管混凝土温度低。由钢管截面温度场分布可以看出, 双钢管混凝土最低温度出现在核心混凝土的中心, 约为264℃, 相对而言单层钢管混凝土最低温度虽然同样处于核心混凝土的中心却达到了306℃。从图中也看出截面温度场每个温度阶梯上双钢管混凝土相对于单层钢管混凝土都要低一些。由升温曲线可以了解到单层钢管混凝土最终温度约为680℃而双层钢管混凝土约为580℃。相差较为明显且由于内层钢管的出现, 不仅影响混凝土内部的温度分布, 也对混凝土起到了约束作用, 不仅增加了钢管混凝土柱的火灾作用下所能承受荷载的能力, 同时也使得其力学性能更加优秀。
但是仅仅了解并不能够解决钢管混凝土耐火性的问题, 双钢管混凝土柱相对于单层或钢筋混凝土的高成本也是不可忽视的问题。因此出现了各种关于构建耐火保护的方法, 以下是比较常见的方法:
1) 隔热法。这种方法顾名思义就是使用耐火性能好的材料如GF防火板等其他轻质的防火板材将构件在发生火灾时容易暴露在火焰下直接受热的部分进行包裹或者维护。这种方法的最大优点就是取材方便而且对施工技术要求不高, 容易施工, 价格较低, 但由于增加了外部附加材料会比较笨重。
2) 阻热法。此种方法主要是通过在构建外表面加载附加构件, 如在结构的顶部设计并且设置进行喷淋的供水网络, 或者是直接使用热惰性的材料如使用现浇的混凝土、耐火性能稳定的防火建筑材料将容易在火灾作用下受热并产生损伤的承重构件或重要部分直接完全封闭, 从而达到降低火灾产生的热量向构件传输的速率, 甚至将火灾对结构构件的热传递直接隔断, 进而使构件温度的提升速度减慢或者保持在一个可以接受的范围, 构件的温度在要求规定的时间内不超过临界温度, 自然不会发生破坏。位于美国的纽约宾馆就采用的这种方法, 效果良好。
3) 导热法。也就是传统中的疏导法。这种方法比较生僻而且可选的方式单一, 现今就只有充水保护这一种方法。且主要用于承重柱的防火, 这种方法需要在柱子的外部加载附加组件用于注水, 在火灾发生时附加在构件上的组件会把吸收的热量首先传给水, 此种方法主要是靠水的蒸发带走本应传递给柱子的热量, 使得柱子的受火表面温度始终保持在一个较低的水平。这种方法既可以将单独的一根柱子设置上附加设备也可以由多根柱子共同组合形成循环系统。但是这种方法也存在很多弊端, 首先无论是构件循环还是注水所花费的时间与技术都需要进行合理的规划和设计, 前期的投入会增大, 在实际生产中不仅会很难实施, 还必须定期对柱子补水, 对循环系统进行维护, 颇有些得不偿失。
通过对于前面几个图例的分析可以清楚的表明双钢管混凝土柱在耐火方面比单层钢管混凝土柱优良, 当然也比钢筋混凝土柱的抗火性能要高, 但其复杂的施工条件与过高的成本注定了只有在大型建筑或超高层建筑中才会得以使用, 高成本提供的必然是高安全, 钢—混凝土组合结构在随着防火技术的进步, 防火涂料等的不断更新而走进新的时代。随着当今科技的进步, 钢—混凝土组合结构将会越来越多的出现并快速发展, 最终成为建筑结构中不可或缺的重要部分。
参考文献
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[4]苏荣华, 梁冰.工程结构分析ANSYS应用[M].沈阳:东北大学出版社, 2012.
[5]韩林海.钢管混凝土结构——理论与实践[M].北京:科学出版社, 2007.
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