弧形建筑（共10篇）
弧形建筑 篇1
0 引言
随着科技的日益进步, 时代的迅猛发展, 建筑造型也日益的多元化。现在乃至将来我们遇到的平面、立体设计较为复杂的异形结构将会越来越多。例如圆形、椭圆形、不规则弧形等异形建筑。这些建筑外形新颖美观、造型独特、富有动感, 经常用于一些公共建筑如博物馆、体育馆、影剧院等。
不规则弧形建筑的施工测量放线, 施工难度要比一般矩形、圆形等简单几何图形放样复杂的多, 施工现场测量放线人员常常感到非常棘手, 而且每个测量人员存在放线方法各异, 有些方法很复杂繁锁、测量放样精度也很难得以保证。为完美高效的按图纸要求进行精确的现场定位放线, 而不至于影响工程的形象进度。这就要求我们在日常生产中要充分运用新技术、新设备, 不断改进施工方法, 解决施工中的难点和要点, 把高质量的建筑产品交到建设单位手中。下面根据工程实例对天正建筑插件、AutoCAD结合全站仪在快速放线法中的运用作一一阐述。
1 工程简介
本工程地下1 层, 地上4 层, 建筑总高度29. 735 m。结构类型为框架—剪力墙结构, 由于本工程轴线较复杂, 主体结构多为不规则环形, 其余为不规则多圆心圆弧形, 每层内外圈框架梁和部分内梁都是由多圆心弧形轴线控制。弧形轴线测量放线精度直接影响整个工程的施工质量。
2 测量方案的确定
由于工程占地面积较大, 建筑平面形状复杂, 工期紧, 控制圆心多 ( 且主楼圆心部位为空腔) , 弧形线段多, 梁周长长, 并且每一层的外圈造型都不相同, 所以对于施工方来说施工难度较大, 尤其是测量放线这一块更是重中之重, 因为一旦出现失误, 损失将不可弥补, 甚至将推倒重来。在实际施工中施工测量人员应对结构图纸和建筑图纸对照后再进行施工放样。如采用传统的坐标计算方式不但复杂而且不容易掌握更容易出错。但是相对于使用安装天正建筑插件的AutoCAD把坐标点直接标注出来, 然后按照坐标放线和校核将事半功倍。为加快放样效率、提高放样精度, 我项目根据多方案对比筛选后决定采用天正建筑插件配合AutoCAD进行坐标查询, 全站仪进行施测放样的测量方案。
3 测量器具
现场配备的测量仪器有FTS532N全站仪1 台, DZJ3 激光垂准仪1 台, DS3 水准仪, 100 m钢卷尺和5 m钢卷尺等。
4 施测准备
首先认真熟悉图纸, 全面了解本工程设计者的设计意图。测量前组织测量人员学习设计说明、总平面图、本工程特点、周围环境、建筑位置及坐标原点位置。其次确定拟测建筑物与现场测量坐标原始点的相对关系, 水准点和高程的原始位置以及本工程首层 ± 0. 000 的绝对标高。
购置测量器具必须有国家有关部门认证的资料、随机文件、合格证、检测报告等。由专人存档建台账, 工程测量相关的仪器及工具要定期进行校核与检定, 进行施测的人员必须要取得有关部门认定的测量员上岗证书, 保证持证上岗。
5 测量方案具体实施
5.1建立坐标系
在建筑施工中, 施工总平面中标注有坐标点, 这几个坐标点由规划局提供位置, 但是依靠仅仅的几个点是不能施工的, 一般我们采用下面方法来实现施工放样的坐标查询:
打开CAD电子版图纸 ( 一般由设计院提供, 或自己根据原图纸绘制放线图纸) 把需要放线的图留下, 其余的部分不要的就全部删掉, 以免妨碍视线出现错误, 然后把需要放线的图中不必要的部分也删掉, 例如: 填充块、标注线等, 下一步就是查看总平面图的绘制比例和需要放线图的比例, 最简便的方法就是找到两张图上相同的部分进行量取, 然后换算比例。将绘图比例修改一致, 一般以m为单位, 精确至0. 001 m。确定原点位置: 根据所确定的坐标系, 找出拟测工程结构的各个施测点的坐标。利用安装天正建筑插件的AutoCAD的坐标测量命令及自动捕捉功能便可得到建筑物各控制点的坐标数据。
需注意以下两点: 1) 测量前在施工场地内设置3 个以上测量控制桩点, 桩点之间要保证通视。控制桩点要设置在不易破坏, 不受变形影响的部位, 且要便于定位放线; 控制桩点要定期复核, 每1 月~ 2 月检查一次, 做好检查记录。2) 其绝对坐标和相对坐标数据须及时记录、保存。
5. 2 各部位放线方案
弧形轴线可采用矢高等分法分段放出, 首先把该段弧在CAD中以100 cm等距分割, 现场提前放样制作各弧形轴线半径的模型, 用模型分段连接各轴线分段点画出轴线。
集水坑、柱圆心、柱帽位置可直接在CAD中查询出各点坐标进行放样施测。
圆柱外围根据圆心位置制作圆柱半径相同的模板画出圆柱边线及控制线。
5. 3 坐标计算
根据建筑物电子版测量图纸 ( 可由设计单位提供, 也可自己根据施工图纸绘制) , 在图纸上设置坐标系 ( 根据建筑物特点选择设置0, 0 点, 其他位置坐标为相对此点的坐标, 以后每次放线都以0, 0 为基准, 不宜更改, 以免混淆) , 设置时可以使用天正左侧工具栏中符号标注中的坐标标注功能或者命令行输入zbbz设置坐标系, 确定用户测量坐标系, 具体操作方法如下:
在天正CAD下部命令行中输入“zbbz命令”后回车 ( 或直接点击工具中的坐标标注功能) →此时命令行中提示“请点取标注点或设置 ( S) ”→在命令行中输入“S”后回车键确定→此时单击设置坐标系 ( 见图1) →在命令行输入“0, 0”原始点 ( 也可以标注为任意点) 并回车→用鼠标左键选择预定位的0, 0 点→确定拟测点 ( 弧形轴线测量采用矢量等分法1 m等距分割、圆柱圆心、轴线交点) →接着在拟测点上使用zbbz点击出拟测点坐标。这样就基本确定了整个CAD图形的坐标系 ( 见图2) 。
5. 4 坐标复核
放线结束后由专人对测量放样点进行校核, 校核时使用抽查法, 对施测完毕的任意放样点进行抽查, 其中两点距离可以使用钢尺进行校核, 其中两点距离可以通过坐标计算得出, 也可以在Auto CAD中利用“对齐标注”命令得出。
6 测量效果总结及推广前景
在朔州市科学技术馆工程的施工测量放线中, 由于本工程结构形式为不规则弧形结构, 如采用传统计算方法存在人工计算量大、繁锁、易出错、不易校核且圆心部位为空腔不在同一平面等特点, 每条弧形轴线采用矢量等分法分段绘制, 使用AutoCAD天正插件坐标可以直接在拟测点点位上标注, 不用计算、不易出错, 校核复查方便。不仅高效、精确, 而且可以快速完成困难、复杂的测量计算, 提高了测量放线的工作效率; 误差控制在 ± 2. 5 mm以内, 从而顺利实现了预期测量目标。此种测量放线方法在各种异形、不规则弧形建筑的施工放线、测量放线施工中将会有很好的推广前景。
摘要：以朔州市科学技术馆工程施工测量为例, 通过分析比选, 采用天正建筑插件配合AutoCAD进行坐标查询, 全站仪进行施测放样的测量方案, 介绍了施工测量前的准备工作, 探讨了AutoCAD天正插件在异形结构施工定位放样中的应用方法和技术要点, 保证了测量放线的施工效率。
关键词：异形建筑,定位放线,AutoCAD,测量方案
参考文献
[1]GB 50026—2007, 工程测量规范[S].
[2]《建筑施工手册》编写组.建筑施工手册[M].第5版.北京:中国建筑工业出版社, 2008.
弧形橙子剥皮刀 篇2
一、制作过程
受叉子的启发，我找来一块长条状的白铁片，把白铁片的一端弯成一个与橙子形状大致吻合的弧形，让它能更方便地插入橙子皮和肉之间的部位。
1.弧形部分的长度和宽度
在确定刀片弧度时，为使弧形能最大程度地契合橙子，我对市场上的橙子直径做了测量统计，并根据所学知识，算出刀子的弧形长度大约在4.6厘米适宜。
为使弧形部分便于插入橙子的皮和肉之间，我对白铁片的顶端做了圆角处理。经过多次试用，刀子的宽度确定为1.7厘米。
2.确定刀柄和尖部的长度
参考常见水果刀的刀柄长度，我把刀柄的长度设定为 10.5厘米。又根据橙子的大小及其结构特点和实际使用舒适度，选择了合适的刀柄宽度。
弧形橙子剥皮刀的尖部为环切橙子皮的部分。边缘需设计得锋利一些，根据多数橙子皮的厚度，我把尖部长度定为3毫米。
二、試用效果
试用时的效果并不理想。在把弧形部分插入橙子的皮和肉之间进行旋转剥皮时需小心翼翼，否则刀片会把橙子皮戳破，如果再用点力，就会切到橙子果肉。
在我一筹莫展时，妈妈提出了建议：“橙子皮和肉的结合力不是很强，不需要锋利的刀刃。”于是我用锉子把刀刃锉了几下，让它变得略钝。接着又剥了几个橙子试验，效果不错。
三、进一步改进
弧形超高层建筑的抗风设计研究 篇3
罗浮宫国际家具博览中心位于顺德中心城区,高约200 m,如同船帆,造型非常优美。主塔楼为弧状结构,长宽大约为100 m×25 m。由于风荷载是该超高层建筑的控制荷载之一,且其高宽比约为8、长宽比约为4,体型比较复杂,因而在结构设计时采用风洞试验来确定该建筑的风荷载。
本文基于湖南大学风洞测压试验获得结果,得到了结构风荷载体型系数,基础等效风荷载及结构顶部加速度响应,并与规范相关值进行了对比,获得了一些有意义的结论。
2 试验简介
风洞试验模型用ABS板制成,具有足够的强度和刚度。模型与实物在外形上保持几何相似,缩尺比为1∶300,高67 cm。将周围500 m半径范围内已建和待建的建筑物的1/300缩尺比模型分别按其相对位置放在主楼模型周围并固结在转盘上(见图1)。为测取建筑表明的风压,在模型上共布置了435个测点。
地貌类型按国家《建筑结构荷载规范》中规定的B类地貌考虑,地貌粗糙度系数(指数律)α=0.16。试验时参考点高度设在67 cm,参考点高度处的控制风速为15 m/s,图2为在风洞转盘中心处的平均风速剖面和湍流度剖面。
3 结果分析
3.1 体型系数
依据测压结果,各点的风压系数由下列公式计算:
其中,Cpi(t)为测点i的风压系数时程;pi(t)为试验时测得的测点i处的风压力时程;p0和p∞分别为参考点处测得的平均总压和平均静压。
建筑物表面各点的体型系数可表示为:
其中,μsi为测点i的局部体型系数;Cpi,mean为测点i风压系数的平均值;hr和hi分别为参考点和测点的高度。
依据《高层建筑混凝土结构技术规程》,弧形建筑的体型系数为1.4。按试验结果计算得到的典型风向角下的体型系数见表1。由于建筑特殊的外形,计算体型系数时未包含顶部测点,实际计算测点的最高高度为162 m。
从表1可看出,当迎风面为凹面(0°风向角)时,整体体型系数与规范建议值比较接近,当迎风面为凸面(180°风向角)时,整体体型系数比规范建议值小。造成这种差别的主要原因是凸面为迎风面时,立面边上较大区域出现负风压,这说明气流在迎风面上产生了分离;而迎风面为凹面时,气流分离仅发生在棱角位置,立面所有测点均表现为较大的正风压。可见,体形的差异会直接导致风荷载大小的差别。
3.2 基础等效静风荷载
基于空气动力学理论基础[1]与结构动力及可靠度理论[2],计算得到结构的等效静风荷载。图3为计算得到的基底等效静风荷载随风向分布图。
从图3可以看出,在X向,基底剪力(Fx)与基底弯矩(My)具有相同的变化规律;在Y向,基底剪力(Fy)与基底弯矩(Mx)具有相同的变化规律。结构设计控制风向角位于0°和180°附近,相对来说,0°风向角基底等效静风荷载更大,这主要与建筑的体型有关,上述体型系数也说明了这一特点。从图3还可看出,X向风荷载随风向角的变化较为平稳,而Y向的风荷载出现明显的风向性;但较大的基底等效静风荷载仅发生在有限的风向角范围。
表2为按不同方式计算得到的结构底部(最大)等效静风荷载,其中,规范计算结果是指依据规范相关条文采用PKPM计算得到的结果。从表2可看出,X向的基底最大等效风荷载明显小于规范计算得到的结果,这是因为此类弧形建筑的气流分离现象与矩形截面的气流分离现象之间的差异所造成的;Y向的最大基底等效静风荷载与规范计算结果相当;从综合上看,采用风洞试验结果进行结构设计可在一定程度上降低工程造价。
3.3 结构顶部加速度
按照《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定,高度超过150 m的高层建筑结构应具有良好的使用条件,满足舒适度要求。基于规范10年重现期风荷载取值和风洞试验数据计算的结构顶部峰值加速度如图4所示。从图4可以看出,无论是X向还是Y向,Y风向风振明显大于X风向风振。结构顶部X向最大加速度为0.040 m/s2,Y向最大加速度为0.076 m/s2,舒适度满足规范要求。
《高层民用建筑钢结构技术规程》第5.5.1条给出了顺风向和横风向顶点最大加速度的计算公式,据此计算得到Y轴方向的顺风向和横风向加速度分别为0.039 m/s2,0.089 m/s2。由于我国荷载规范中隐含采用的是2.2的峰值因子[3],而试验数据处理中计算得到的峰值因子为3.3。若将规范计算也按3.3的峰值因子考虑,则Y轴方向的顺风向和横风向加速度分别为0.058 m/s2,0.133 m/s2。顺风向计算结果与试验结果基本一致,而横风向差别较大。
4 结语
1)弧形建筑凹面为迎风面时,体型系数与规范建议值比较接近,为1.35;凸面为迎风面时,体型系数比规范建议值小,为1.12;体型对风荷载有显著的影响。2)采用风洞试验结果进行结构抗风设计,可降低工程成本。因此在进行超高层建筑设计时,进行风洞试验研究确定其设计风荷载是非常有意义的。3)结构横风向风振比顺风向风振显著,应该归结于顺风向结构振动是由于来流的湍流引起的,而横风向振动主要是因为脉动风的漩涡脱落引起的。
参考文献
[1]埃米尔.希缪,罗伯特.H.斯坎伦.风对结构的作用—风工程导论[M].刘尚培,项海帆,译.上海:同济大学出版社,1992.
[2]李桂青,李秋胜.工程结构时变可靠度理论及其应用[M].北京:科学出版社,2001.
现浇弧形混凝土墙体施工工艺 篇4
【关键词】超高；超长；弧形；抗渗；清水混凝土墙体；钢筋；模板
0.引言
普天慧讯研发大楼工程项目设计要求对其多圆点、多弧度、清水混凝土墙做一次性整体施工。通过科学、缜密、合理的施工方案和施工部署，解决了超高、超长、弧形、抗渗（S8）、清水混凝土（ C30）墙体的钢筋、模板、混凝土分项工程施工中易出现的问题。保证了施工的顺利进行，对杜绝安全、质量事故起到了指导作用，并且节省了大量的资金。以本项目的成功案例，充分说明了科学、合理、可行的施工方案在指导施工中有着重大的意义。
1.问题的提出
在钢筋工程施工中解决如何保证超高弧形墙钢筋不变形、歪斜、倾倒；在模板工程施工中调整弧形墙模板体系，保证墙体模板的弧形、形状、尺寸准确及强度与刚度；在混凝土工程施工中解决超长混凝土墙在混凝土硬化过程中易产生裂缝的质量问题。并达到最大限度的节约资金。
2.超高、超长、弧形、抗渗、清水混凝土墙体施工工艺
2.1工程概况
普天慧讯研发大楼坐落于北京市中关村软件园内的中心湖北岸。本建筑地下两层，地上三层；结构形式为大跨度混凝土框架结构体系，基础采用筏板式基础，基础埋深8.9米，地下二层层高5.1米，从地下一层至地上三层设计层高均为3.8m，地下一层露出地面900mm形成半地下形式。为有效地保证地下建筑物的自然采光，在南面临水一侧设计1.5m宽采光窗井直通地下二层。为保证采光井外墙临水面的有效防水性能，设计采用了C30、S8、600mm厚抗渗清水整体混凝土墙，由于本建筑南侧建筑立面为多圆点、多半径的弧形，所以此采光井外墙也为多圆点、多半径的弧形清混凝土墙147.34m×0.6m×8.6m。弧形墙从基础底板上皮直至+0.30m，墙高8.6m。弧形墙体钢筋设计为竖向主筋为Ф20@200，水平分布筋为Ф16@200，钢筋总重量共计约41.25T，模板量共计2535.94m2，混凝土量为760.88m3。
2.2 弧形墙的施工方案
整体弧形墙要求一次施工完成，中间不得设置施工缝，一次完成砼浇筑给施工操作带来了相当大的难度，经过技术研究，决定按照钢筋—模板—混凝土的施工工序实施一次性施工，并从经济角度出发，对弧形墙模板进行了大胆的改造，将原计划采用定型钢制弧形模板改为采用将主钢楞制成弧形来保证各弧形墙的弧度，以多层胶合板及木次楞组成的模板体系来代替定型钢制弧形模板，但这样需要对模板的设计进行严格的验算，制定切实可行的施工方案。
2.2.1弧形墙钢筋工程施工方案
（1）为保证钢筋绑扎施工中钢筋的整体稳定性，采取附加间隔2500mm与受力主筋相同的钢筋焊成的钢筋梯子骨架，并在钢筋施工时搭设刚性脚手架。在立钢筋梯子时，梯子上顶应与脚手架用吊筋固定，以保证钢筋梯子的位置准确和垂直；在保证施工人员方便施工的同时，将绑扎的墙体钢筋在校正位置后与脚手架固定，这样也相应保证了整体弧形墙钢筋的整体稳定性。
（2）钢筋梯子要求竖筋与横筋焊接牢固，竖筋采用Ф20，横筋采用Ф14，长度应为600mm，横筋同时兼作保证模板断面尺寸的顶杆，所以要求横筋的中间要焊有钢止水板，并在两端头点刷防锈漆。
（3）在进行下一步模板施工时，施工应按段进行，施工时可将此段脚手架拆除，拆除段的长度不得大于8m，随支模板随拆钢筋施工的脚手架，以保证弧性墙的钢筋不致产生整体倾倒和歪斜。
2.2.2弧形墙模板工程施工方案
（1）模板采用15mm厚多层胶合板作模板的面板。
（2）次楞采用50mm×100mm木方竖向使用，次楞中到中间距为250mm，实际净间距为200mm。
（3）主楞采用50mm×100mm×3.0□型钢，双根并排使用，□型钢要根据各弧形段，将□型钢按照所需弧度加工成有弧度的定型钢楞，为保证各段弧度的准确，提前设计各弧形钢楞并编号，按照内外弧对照使用。
（4）□型钢楞间距布置：距底板300mm一道，依次是400mm、400mm、500mm、500mm·····最上两道间距为600mm；拉接穿墙螺栓采用M20，布置间距在垂直方向按照□型钢楞的分布排列，水平方向为400mm，并在中段600mm与墙体厚度位置焊小钢筋头，以保证墙体断面尺寸的准确。
（5）在基础底板施工时，为保证弧形墙的位置准确，在模板下口距墙250mm处预埋Φ16的短钢筋，间距900mm。要求放线人员准确的将墙的位置用粉笔画在基础底板上皮钢筋上，并对准所画的位置用Ф16的钢筋头呈“L”形点焊于底板上皮的钢筋上，由此来准确固定弧形墙位置及墙厚。
（6）为施工方便，按照多层胶合板的标准尺寸在地面制成标准板块。在各标准板块的接缝处应附加次楞以保证接缝处的模板刚度。模板拼缝处的龙骨用M8螺栓@600锁死，防止模板拼缝处错台。
（7）沿高度应设四道支顶，支顶长度在5m以上的应采用100mm×100mm木方，在5m以下的可采用50×100mm木方，为防止浇筑混凝土时模板上窜，应在基础底板施工时预留Ф12钢筋拉环，沿墙间距1.5m设置，在模板支顶后用10mm钢丝绳将模板上口钢楞与预留钢筋拉环用花篮螺栓拉接校紧。
2.2.3弧形墙混凝土工程施工方案
（1）整体弧形墙长度达147.34m，没有设计预留变形缝，要求一次施工。为此采用缓凝剂并添加UEA型硫铝酸钙类微膨胀剂，采用收缩补偿的办法来解决混凝土硬化过程中收缩而产生裂缝的问题。
（2）为保证弧形墙C30、S8抗渗混凝土连续施工，我们采取将墙体分成三段，混凝土分别浇筑。计划12h浇筑完成。
（3）为有效地减少混凝土在硬化时的收缩裂缝问题，将三个混凝土泵车采取分段、分时、分不同微膨胀率的方法来实现对混凝土收缩的补偿。一号、三号车混凝土浇筑速度控制在20m3/h，塌落度18cm，混凝土的初凝时间控制在4h，混凝土中UEA的掺量为水泥重量的8%，要求混凝土14d水中限制膨胀率为≥0.0150%；二号车晚一、三号车1h浇筑，混凝土浇筑速度控制在20m3/h，塌落度18cm，混凝土的初凝时间控制在6h，混凝土中UEA的掺量为水泥重量的13%，要求混凝土14d水中限制膨胀率为≥0.0230%（由商品混凝土供应厂家控制膨胀率并进行混凝土的试验配比，提供相关数据），由于UEA的掺量不同，中间段的混凝土微膨胀率大于两边的混凝土膨胀率，由中间向两边施加膨胀应力，来补偿混凝土的收缩变形，防止混凝土产生硬化收缩裂缝。
3.模板设计
3.1 根据规范规定在墙体厚度≥100mm的侧面模板计算承载能力时应计取
①新浇混凝土对模板侧面的压力；②倾倒混凝土时产生的荷载。
3.2 根据规范规定在墙体厚度≥100mm的侧面模板验算刚度应计取
新浇混凝土对模板侧面的压力。
3.3 新浇混凝土对模板侧面压力标准值可按两式计算，并取两式中的较小值：
F1=0.22rct0β1β2V1/2=169.72kN/m2
取β1=1.2；β2=1.15
F2=rcH=215kN/m2
取F1=169.72kN/m2
3.4倾倒混凝土时对垂直模板产生的水平荷载标准值，考虑有导管及串筒，取F3=2kN/m2
3.5混凝土侧压力分布。
F=1.2F1+1.4 F3=206.46kN/m2
计算有效高度
h=F/rc=8.26m
3.6 次楞设计及验算
次楞选用50mm×100mm木方（东北落叶松），间距250mm，按受力方向垂直于木纹方向，其截面性能为：
E=10×103Mpa，[σ]=17MPa，I=4.16×10-6m4，W=8.33×10-5m3，[f]=0.003m
主钢楞间距取为500mm，次楞按三跨连续梁计算。
3.6.1次楞的强度验算
次楞承受的荷载为：
q次静=1.2 F1·0.25=50.92kN/m； q次活=1.4 F3·0.25=0.70kN/m
计算所示：
M次max=Km静× q次静×L2+Km活×q次活×L2=1.31kN·m
σ次= M次max/W=15.77MPa
σ次<[σ]次楞的强度满足要求。
3.6.2次楞的刚度验算
F次=KW静×q次静×L4/100EI+ KW活×q次活×L4/100EI=0.0006m
F次<[f]次楞的刚度满足要求。
3.7主钢楞设计及验算
主钢楞选用□50mm×100mm×3.0mm型方钢，间距500mm，其截面性能为：
E=206×103MPa，[σ]=205MPa，I=1.12×10-6m4，W=22.42×10-6m3，[f]=L/500mm，穿墙螺栓间距取为400mm，主钢楞按三跨连续梁计算。
3.7.1主钢楞的强度验算
次楞传给主钢楞的集中荷载为：
P主静max=0.600 q次静L=15.21kN； P主活max=0.617 q次活L=0.22kN
主钢楞界面最大弯矩为：
M主max=Km静×P主静max×L+Km活×P主活×LM主max=1.66kN
σ主=M主max /W=36.98 MPa<[σ]=205MPa主钢楞的强度满足要求。
3.7.2 主钢楞的刚度验算
f主=KW静×P主静max·L3/100EI+KW活×P主活max·L3/100EI =0.08mm
[f]=600/500=1.2mm f主< [f]主钢楞的刚度满足要求。
3.8穿墙螺栓的强度验算
根据混凝土对模板侧向压力分布情况，穿墙螺栓在最下0.4米高范围内为满荷载，所以穿墙螺栓承受的模板侧压力面积单元为0.4m×0.4m， 每根穿墙螺栓承受的拉力为：T穿=Fs=330336N
选用M20穿墙螺栓，查表得净面积A=225mm2，[T]=38200N
T穿< [T]穿墙螺栓的承载力满足要求。
4.结语
针对本施工项目我们很好的解决了如下易出现的问题：
（1）在钢筋工程施工中切实可行的解决了8.6米高墙体钢筋整体稳定的问题。
（2）在调整模板施工方案中，经过严密的计算，保证了模板的安全使用和混凝土成型的形状的准确，并节约了96.6万元的资金。
（3）在混凝土工程施工中，我们仅用了十小时就顺利地完成了近800M3混凝土的浇筑。有效的对混凝土硬化中的收缩变形进行了补偿并采用了有效的混凝土养护方案，防止了混凝土产生硬化收缩裂缝。
（4）本建设项目在北京市2004年度的结构“长城杯”的验收中，取得了五个金牌的“金质长城杯”奖，这也是对制定的各项施工方案给予的充分肯定。
通过对本施工方案的总结，我们得出的结论是：科学、合理的施工方案对指导施工，防止发生施工中的安全、质量事故，保证施工进度，节约资金会起到十分重要的作用。就当前建筑施工企业的整体素质来看，施工项目部对技术人员应提前编制科学、合理的施工方案的重视程度不够，施工中随意性过大，不善于总结施工经验，有的实际上实施了好的方法和工艺但没有形成文字性施工方案和经验总结，所以我们建议应该在有关规范和强制性文件中对施工方案的编制及实施、检查列出明确的条文，政府管理部门应采取有效的奖罚措施，以利于在指导施工中有章可循，同时也促进施工中好的施工方法、经验得以推广。
【参考文献】
[1]杨嗣信.建筑工程模板施工手册[M].北京：建筑工业出版社，2002.
[2]GB50010-2002，混凝土结构设计规范[S].中华人民共和国国家标准，2002.
[3]杜荣军.混凝土工程模板与支架技术[M].北京：机械工业出版社，2004.
[4]李桂林，程良奎，等.混凝土与钢筋混凝土施工手册[M].北京：冶金工业出版社，1988.
[5]葛兆明.混凝土外加剂[M].北京：化学工业出版社，2005，（1）：205-234.
弧形建筑 篇5
厦门海沧体育中心主体育场工程, 基础为冲孔灌注桩, 上部结构为钢筋混凝土框架体系+空间管桁架结构体系, 抗震设防烈度7度, 地上3层, 建筑面积33 353 m2, 建筑高度32.06 m, 是一座可容纳15 892人的体育场。
2 放样难点
本工程是由多个圆弧组合而成的椭圆形建筑, 造型新颖, 优雅美观, 但测量放线工作难度较大, 主要体现在以下几方面:
1) 除半径方向的直梁, 其余全是圆弧形梁, 且圆弧半径较大, 最小的圆弧半径为62.5 m, 最大的圆弧半径为168.1 m。
2) 控制弧形的圆心位于体育场内侧, 场地黄海高程平均4.1 m, 开挖后的基槽高程约2.1 m, 基础施工期间, 场地内堆存了大量回填土, 并覆盖了圆弧的圆心点, 视线限制较大。
3) 圆弧轴线较多, 线型复杂, 不同的轴线容易混淆。
3 常规方法的不足
1) 直角坐标放样法。
直角坐标放样法对于形状规则轴线为矩形的建筑较为简单快捷, 但对本工程的弧形结构不适用。
2) 极坐标放样法。
采用极坐标放样法对圆弧放样, 精度能够满足设计要求, 但也有以下不足:
a.需要提前在CAD中按一定的圆弧长度标注出坐标数据, 标注的坐标点间距不能过大, 否则精度不足, 内业工作凌乱繁重。
b.准备工作必须充分, 如果未提前标注并整理坐标数据, 现场急需放样时不能随时完成, 影响施工进度。
c.容易受现场视线条件的限制, 造成部分坐标点无法放样。
3) 采用全站仪直接测距离的方法。
即把测站点设在各圆弧的圆心点上直接测距离, 距离等于圆弧半径时, 该点即位于圆弧上, 该方法精度可以满足精度要求, 但受施工场地视线条件的限制较大, 基槽深度较大时, 无法放样, 且圆心点在现场易被破坏或被物体覆盖, 效果不理想。
4 5800计算器与CAD配合全站仪在本工程圆弧形结构中放样的具体应用
针对以上三种放样方法存在的不足, 结合本工程的实际难点, 决定采用5800计算器与CAD配合全站仪的方法进行放样。
4.1 内业工作
针对大量的圆弧轴线, 我们借助功能强大的CAD辅助完成。首先把不同梁的圆弧轴线更改成不同的线宽, 便于直接明了的分辨出各段圆弧的范围;接着把不同圆弧的圆心坐标、半径进行标注, 将标注好的图纸打印出来, 即完成了内业作业。
4.2 现场放样的具体步骤
1) 现场放样时, 结合标注过的打印图纸, 在施工现场用全站仪直接测量坐标, 且卡西欧5800计算器编程配合计算, 计算原理为:
其中, X0, Y0均为所放样圆弧的圆心坐标;R为所放样圆弧的半径, 由打印出的图纸上得出, 见图1;X1, Y1均为所测点的坐标, 由全站仪直接测出。
将以上数据按照命令提示输入卡西欧5800编程计算器可进行循环计算, 具体程序为:
2) 放样过程。如对 (45) 轴~ (48) 轴的圆弧放样时, 首先打开计算器进入“YHFY” (即圆弧放样) 程序, 根据命令提示, 依次输入圆心坐标X0:2707893.813按EXE键, 输入Y0:451929.659按EXE键, 输入圆弧半径R:62.5按EXE键, 然后输入全站仪测量出的坐标X1按EXE键、Y1按EXE键, 显示计算结果, 再次按EXE键实现循环计算。当结果显示“INΔ”, 棱镜向圆心方向移动;显示“OUTΔ”, 棱镜背向圆心方向移动;显示为“IN0”时, 该点收稿日期:2013-07-31正好位于圆弧上。在实际放样中, 棱镜只需移动2次~3次即可定点。
4.3 结果评定
将放样点弹线连接, 即为圆弧轴线。在圆弧轴线上复测计算, 圆弧轴线放样误差在5 mm之内, 满足设计和规范要求的8 mm误差范围。
5 结语
通过对本工程的测量放样, 我们采用卡西欧5800计算器、全站仪和计算机CAD联合运用的方法, 完全达到设计要求。总结该方法的优点有:
1) 内业工作量小, 实际操作灵活, 可以按施工需要在圆弧轴线的任意位置放样。
2) 放样速度快, 工作效率高。
3) 受视线限制小, 可将视线条件的影响降到最小。
4) 放样精度高, 可以任意加密放样点, 圆弧的放样精度得到很大提高。
摘要：通过对海沧体育中心主体育场工程的放样实例, 简述了直角坐标放样法、极坐标放样法、直接测距离放样法在圆弧形结构放样中的不足, 详细论述了运用卡西欧5800编程计算器和CAD配合全站仪法进行圆弧放样法的实施过程, 指出该方法具有内业工作量小、精度高、放样速度快、视线限制小等优点。
弧形冰钻的设计与加工 篇6
关键词：弧形冰钻,弧形刀片,断裂,热处理
1概述
弧形冰钻是将两个弧形刀片安装在特制刀架上, 将两个弧形刀片形成一个锥形切削整体, 这样就产生两条主切削刃、两条副切削刃, 中间横刃段形成一个空隙, 以让冰屑流出。通过把手施加旋转力两个弧形刀片在冰上旋转切削, 冰屑通过螺旋叶片导向流向冰面, 最终钻出一个冰洞。
2刀架与刀片的组装要求
刀架是承接刀片形成切削体的主要零件, 因此, 刀片安装在刀架上面时, 两刀片必须严格跟刀架的锥形面吻合, 高度、角度必须严格对称, 使安装后的两刀片之间形成120°左右锋角 (图1) 、外缘部分8°~10°钻心部分约为20°~30°的后角, 因此, 可以使后角与主切削刃前角的变化相适应, 使各点的楔角大致相等, 从而使刀片各点受力相对平衡。在这样的有效切削锥面下, 才能既快又省力地钻冰;如果安装在刀架的两片刀片跟锥形面不吻合, 无论是竖直方向不吻合还是水平方向不吻合, 都会产生打滑冰钻不自动下行, 影响钻冰速度 (图2) 。
3弧形刀片的加工工艺
3.1根据刀片主参数及与刀架装配的要求, 弧形刀片设计如图3所示, 其中刀片锋面角度是250~300。
3.2刀片的磨削仿形板加工
在图4中, a图是刀片在900放置时的起跷250角的示意图。b图中的1、2……14是对刀片的平均取点, 1点是起始点, 14点是结束点, Xs'、Ys'是指各点补偿后坐标曲线。C图是刀片在起始磨削位置时的转角半径及Ys的变化图, X、Ys各点的转角坐标曲线。
刀片在刀剪磨床上进行磨削加工时, 需要同时根据刀片锋面角及刀片成型的弧面进行三维联动磨削, 在刀片900方向起跷时, 确定a=250, 实际应按650计算, 弧面磨削扭角160, 仿形线在Ys轴方向值较大, 会影响转角误差, 故需在转角仿形板中补偿, 转角仿形板提高80mm, 即转角半径115mm, Ys进出2mm时, 刀架转角为10。 (图4)
经过计算, 并多次调试, 加工出符合要求的上、下两个导向板刀剪磨床工作时, 工作头在上、下两个导向板的轨迹下运动, 最终磨削成合格的刀片。 (图5)
3.3弧形刀片的热处理
刀片在与刀架安装贴合程度比较高的情况下, 在-400的环境下正常使用, 不发生断裂等现象是十分重要的指标, 这就要求刀片在经过热处理后不变形、耐寒、表面无明显氧化、硬度高。经过多次不同温度、不同热处理方式的试验, 我们最终选用6Cr13材料, 在带式真空炉中升温、淬火, 在-700的低温炉中进行深冷处理。
6Cr13的化学成分是c 0.6%Si 0.4%Mn 0.4%P最大0.025%S最大0.01%Cr 13.5%。6Cr13材料是一种高性能的马氏体铬不锈钢, 热处理后形成的碳铬化合物具有高硬度、良好的耐蚀性、非常好的耐磨性等优点, 经过深冷处理后, 将部分硬度较低残余奥氏体转变成较硬的、更稳定的、耐磨性和抗热性更高的马氏体, 同时, 通过超低温处理, 使材料的晶格具有更加广泛分布硬度, 粒度更细化, 使内部热应力和机械应力大为降低, 从而有效地减少了造成刀片产生裂纹、崩刃的可能性。
因此, 为达到刀片的硬度HRC56-60, 淬火工艺如图6, 具体工艺是:淬火温度1090℃, 时间6分钟, 急速冷却2分钟内达到600℃, 再在-700的深冷炉内进行深冷, 最后在350℃的温度中回火2小时, 再随炉冷却至常温, 这样, 刀片硬度达到56HRC。
结束语
通过对弧形刀片、刀架的设计以及按特定工艺要求加工出刀片和刀架, 小批组装现场测试, 相应客户在加拿大、北美洲、俄罗斯等地进行实地使用, 反馈钻冰效果十分理想。据此, 我厂开发出110mm-250mm等不同规格的弧形冰钻, 广泛应用于冰钓市场, 取得了较好的经济效益。
参考文献
浅谈弧形闸门的制作工艺 篇7
1 弧形闸门工艺流程
制作前准备—下料—单件制作 (包括主横梁拼焊、隔梁拼焊、支腿拼焊、吊耳拼焊、面板卷制铺设拼焊等) —放样大组 (包括门叶放样、组装、加固、焊接, 支臂放样组装、加固、焊接) 门叶、支臂矫正—尾工处理—门叶与支臂整体大组—解体防腐。
2 弧形闸门制作前准备
2.1 场地准备
弧形闸门制作场地包括零部件制作场地、门叶拼装焊接场地、支臂拼装焊接场地和总体预组装场地。一般零部件制作场地安排在车间厂房内, 门叶、支臂拼装焊接和总体预组装场地由弧门大小而定, 一般安排在露天场地。
2.2 搭设门叶拼焊弧形工作台
弧门制作焊接过程中, 不仅存在纵向和横向的收缩变形, 还存在沿径向的收缩变形, 使弧门在拼装焊接后, 曲率变小, 考虑这一因素的影响, 在搭设门叶拼焊弧形工作台时应把弧形工作台的曲率半径加大, 加大的曲率半径值一般取设计曲率半径的5%～9%。弧形工作台常采用型钢 (角钢、工字钢或槽钢) 在光滑平整的钢平台上搭设成立柱式, 立柱之间 (与立柱顶端平齐) 横向可用角钢或稍宽长条废料连接, (如图1) 。
3 单个构件的制作
3.1 面板
面板下料时横向和纵向按设计长度 (弧长) 的1%预留收缩余量外还要四周预留裁边量。大型弧门面板宽度由于往往超出卷板机宽度, 而在制作时分成几块, 卷制成弧形用弧形样板检验弧形, 满足要求后在弧形工作台上进行拼焊。为减少焊接变形, 较厚板坡口取1～2 mm钝边1/3～2/3不等边“V”型坡口, 为方便清根1/3坡口朝向凸面, 2/3坡口朝向凹面。焊接时采用手工电弧焊进行焊接, 先焊凹面, 凸面待门叶整体拼焊翻身后再进行清根焊接。10 mm以下较薄板可不开坡口。
3.2 边梁及隔梁
弧门门叶的弧度准确度关键可依靠边梁及隔梁腹板的弧度来控制, 因此边梁及隔梁腹板的下料必须有数控切割机来完成。其中弧门的放大样在电脑上利用AUTOCAD软件来完成, 其曲率半径的放大值与制作弧形工作台相同, 在弧长方向均按设计尺寸的1%预留焊接收缩量并隔梁的余量均匀分布各个隔梁中。边 (隔) 梁翼缘板与腹板焊接采用手工电弧焊和埋弧自动焊均可, 拼焊完成后与门叶面板待组。
3.3 主横梁及支腿
主横梁及支腿的制作是弧形闸门单件制作中的重点和难点。弧形闸门的主横梁和支腿一般均为箱型梁 (少数小型弧门除外) , 箱型梁的扭曲变形除了焊接影响还有内腔中的隔板形状不规则的原因。为保证腹板和翼缘板之间90°的要求, 隔板下料时应用数控切割机下料, 其外形尺寸控制在0～-1.0 mm之间且统一偏差。支腿腹板和翼缘板下料时按设计尺寸的1%预留焊接收缩余量和修切余量, 主横梁因有单件制作和门叶组焊两次收缩, 需按设计尺寸的2倍1%预留焊接收缩余量。组拼顺序也是保证质量的前提, 组拼时应先在下翼缘板上划线组拼隔板, 注意隔板的垂直度≤1.5 mm, 然后组拼两腹板, 最后组拼上翼缘板, 两腹板与隔板以及翼缘板相互垂直, 对装间隙≤1.0 mm。组对完成后加固焊接, 其中腹板与后翼缘板的组合缝坡口一般采用2 mm钝边不等边双面50°坡口或者2 mm钝边单面“V”型45°坡口, 埋弧自动焊焊接外侧, 内侧手工电弧焊进行封底焊接。若主横梁无下翼缘板, 腹板与面板组合缝坡口一般采用1 mm钝边单面“V”型50°坡口。箱型梁的焊接顺序为:先焊腹板与隔板的立焊缝, 再焊隔板与翼缘板的角焊缝, 最后分段跳焊腹板与翼缘板的组合缝, 焊接人员要求为偶数且对称施焊。焊完箱体内的焊缝, 再用埋弧自动焊焊接箱体外的组合焊缝, 埋弧焊采用船形焊, 并对称从梁中心向两端退焊。箱型梁因焊接产生变形后, 宜采用机械和火焰加热相结合来矫正, 矫正合格后分别待组。
4 门叶的拼焊
各种构件经检查合格后进行门叶的拼装。在拼装前首先要根据设计图纸在面板的内弧面上放样。放出主横梁、水平次梁、隔梁等的位置线, 同时放样时要按1%考虑焊接收缩余量。放样经检查合格后打上样冲眼做为标记, 然后进行拼装。拼装顺序为:主横梁—水平次梁—隔梁—两端边梁。拼装过程中要注意各拼接缝要顶紧, 不留间隙, 局部间隙不超过0.5 mm;拼装隔梁及边梁时, 面板要以隔梁及边梁的弧度为基准, 即面板内弧面要向隔梁及边梁弧边靠紧, 不准割枪修割隔梁腹板。门叶整体拼装完后, 按规范要求及设计图纸进行检查, 检查无误并对各条焊缝加固后进行施焊。施焊时由偶数焊工同时、同步、分段、对称、交叉、倒退施焊, 分段长度以400 mm为宜。除对门体有特殊要求的焊缝外, 应遵循由门体中部逐一向外的施焊顺序进行焊接, 以便于焊缝应力均匀释放, 减少门体的变形量。其焊接顺序为:立焊缝—隔梁后翼缘板与主横梁后翼缘板对接焊缝—隔梁与面板平角焊缝—水平次梁与面板的平角焊缝—主横梁与面板的平角焊缝。其中对于大型弧门立焊的焊接以每节门叶为单位, 由偶数焊工从门叶纵向中心的立焊缝开始, 同步、对称、交叉、分段、倒退焊接;主横梁、水平次梁与面板角焊缝的的焊接, 同样采取多层多道焊接, 且第一层焊缝的焊角尽量偏小, 以减少焊接变形, 焊接仍以门叶纵向中心为起点, 由偶数焊工对称、分段、倒退焊接。门叶内弧面方向焊缝全部焊接完成并矫正检验符合制作规范要求后, 将门叶翻身, 用碳弧气刨清根后焊接外弧面面板焊缝和其它剩余焊缝。然后再次矫正、检验, 检验合格后待与支臂总体预组装。
5 支臂的拼焊
支臂分为上下两个支腿, 两个支腿之间用竖杆、斜杆、连接板等连接成刚性的整体。支臂与主横梁连接端有前置板, 用螺栓与主横梁的后翼板连接。支臂的另一端用后端板与铰链以螺栓连接。前置板与主横梁、后端板与铰链之间结合面要承受剪力, 因此要求结合紧密, 必须刨削加工, 螺栓孔必须配钻, 以保证装配质量。
支臂的各部件单独拼装、焊接、矫正、检验合格后方可进行支臂的组装。首先在钢平台上放样, 采用吊坠的方法先后组拼支腿、竖杆、斜杆、加强板、检查无误后焊接、矫正修切后端端头拼对后端板。焊接时注意后端板的焊接变形。
6 弧形闸门厂内总体预拼装
弧形闸门厂内总体预组装一般采用门叶立式组装法, 即下支腿水平放置, 门叶立起。下肢腿下放置支墩 (钢结构件) 和垫块 (放置于支墩上用于调整固定支臂) 。其步骤和方法为: (1) 在总组装台上测放出控制线和控制点。包括支铰中心线、支臂中心线、整体中心线、面板外缘与底坎的交线等, 并在各支墩及预埋底板上测出相对高程, 作出标记点。 (2) 在钢平台上布置支墩, 下支臂平卧吊放在支墩上, 在将支臂靠上门叶, 整体组装闸门。其中对于大型弧门, 门叶组装可两节或三节先卧式组装成整体在进行组拼。 (3) 门叶拼装调整后, 检查各部尺寸, 保证门叶底缘水平, 其钢平台上的投影与平台上的投影控制线相吻合, 支臂上下支臂在同一铅垂面内且在平台上的投影与投影控制线相一致。 (4) 组装左右两支铰。包括调整两支铰位置、跨距、两支铰孔的同心度和倾斜度、仰角。 (5) 检查支铰中心至面板曲率半径是否符合图纸规定、用测量水平与拉线相结合的方法, 校正两支铰的同心度和倾斜度, 并检验支臂跨度。同时确定支腿长度和前置板、后端板尺寸并加工支臂前置板、后端板。 (6) 将门叶、支臂、支铰安装一起, 并按DL/T5018-2004进行逐项检查;合格后在各部件连接处打上标记或焊接定位板, 然后拆除进行防腐处理。
7 结语
制定并实施正确的工艺措施是保证制造质量的有效措施, 此弧形闸门的制作工艺和技术措施在四川武都溢洪道弧形工作闸门、黄丰水电站泄洪闸弧形闸门以及拉拉山冲砂工作弧形闸门等的制作中均运用效果良好。是多年实践经验的总结, 可为同行业提供一定的参考借鉴作用。
参考文献
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[2]张民.大型弧形闸门制造焊接技术与质量控制[J].水利水电施工, 2009 (1) .
[3]郭剑, 王法东.平面钢闸门制造工艺浅析[J].科技信息, 2011 (21) .
[4]刘晨生.浅谈大洑潭水电站溢流坝弧形闸门制造工艺[J].广东水利水电, 2007 (5) .
水平弧形公路隧道临界风速研究 篇8
隧道火灾因其具有极大的危害性,愈来愈受到国内外相关科研机构的重视,较多研究机构开展了全尺寸隧道火灾实验。研究内容包括:隧道通风系统对火灾热释放速率、火灾蔓延的影响;热烟气在隧道中的蔓延及对逃生的影响;火灾探测的精确度;灭火系统对烟气蔓延、火源附近车辆和隧道内空气温度冷却的影响;CFD计算对隧道火灾模拟的准确性评价;隧道火灾在不同交通条件下的蔓延规律等。
隧道火灾实验多采用废弃隧道、综合隧道实验基地,如荷兰Benelux2隧道、挪威Runehamar隧道、西班牙TST隧道火灾综合防灾基地等。相对于国外隧道火灾实验,我国对隧道火灾的研究主要以实验室隧道模型试验为主,研究内容主要是通风控制条件下的隧道火灾,隧道内温度、烟气蔓延以及隧道火灾的消防方法。
杨其新等人对秦岭终南山特长公路隧道进行了研究,主要内容为火灾时的减灾救援,研究火灾发生时隧道烟气温度的发展规律,提出隧道发生火灾阶段的划分以及隧道火灾的预防、救援措施等。重庆市公路交通研究所对公路隧道的火灾自动报警系统进行了研究,并对光纤、热敏合金线和双波长火焰探测3种火灾自动报警设备的特性进行了探讨。另外,云南省阳宗对隧道在寿命期内开展了数次全尺寸火灾实验。
2国内隧道火灾计算机模拟现状
我国在隧道火灾数值模拟研究方面起步较晚。舒宁和徐建闽等采用ANSYS对隧道发生火灾后的通风进行模拟,研究火灾烟气在隧道内的蔓延特性。采用1 000 K作为火源中心温度的高温点,未考虑火灾的动态特性。
香港理工大学和哈尔滨工程大学学者利用计算数值模拟方法,研究隧道火灾的烟气特性。研究表明,大涡模拟比模型试验可以更好地模拟烟气回流和隧道断面的热分层现象。
3笔者主要研究方法
全尺寸火灾实验研究由于运作成本高昂,实验数量受到限制。而模型实验研究虽然能够有效降低实验成本,但是模型比例受到火灾相似理论可靠性的制约,实际上缩尺寸范围非常有限。即以现有的技术条件,隧道燃烧火灾强度范围有限。
近年来,随着计算机科学和数值计算方法的发展,许多研究者开始利用N-S方程结合一定的湍流燃烧模型、辐射模型研究隧道火灾,可以灵活设定火灾场景,具有成本低、可重复性强等优点,成为隧道防火设计的基础性方法之一。在已有研究成果的基础上,笔者将给出适合重庆市某公路隧道临界风速预测的计算模型,并利用模型预测某公路隧道典型火灾工况下的临界风速。
4Wu & Bakar临界风速计算模型
Wu & Bakar从实验和数值模拟两方面对相同高度、不同宽度的5种矩形断面隧道进行研究,研究中采用隧道断面当量直径De作为特征长度,其表达式见式(1)。
undefined (1)
式中:De为隧道断面当量直径,m;A为隧道通风断面面积,m2;P为隧道通风断面周长,m。
定义了新的无量纲热释放速率undefined和无量纲临界风速v,总结出临界风速的新计算公式,见式(2)、式(3)。
undefined (2)
undefined (3)
当undefined时:
undefined (4)
当undefined时:
undefined (5)
5弧形隧道临界风速数值模拟
5.1 模型建立
为了找出弧形隧道临界风速的规律,设计了3种不同半径的弧形隧道,隧道半径分别为100、150、200 m,隧道弧度采用π/6、π/4、π/3、π/2、2π/3、3π/4、5π/6、π。图1
为不同弧度隧道FDS模型,图2为隧道洞口的正视图。隧道宽15 m(包括模型壁厚),高7.9 m。共计21个算例,进行了大量模拟计算来确定临界风速。
火源功率为50 MW,位于隧道中部,火源尺寸为3 m×3 m;扩展计算区域为10 m,网格尺寸为0.5 m×0.5 m×0.5 m。
5.2 数值模拟结果
根据Wu & Bakar的临界风速预测模型,计算该类型弧形隧道的临界风速为3.5 m/s,而笔者通过大量的计算与观测,得到了21个工况的洞口处临界风速数值,见表1所示。
5.3 临界风速预测模型
表1显示了不同弧度不同半径弧形隧道在洞口处的临界风速模拟值。经过相关性计算隧道半径、弧度、临界风速的相关系数矩阵为:
undefined
(6)
通过相关性矩阵发现,隧道半径和临界风速的相关系数绝对值0.166 7小于弧度和临界风速的相关系数绝对值0.380 0,说明隧道半径对临界风速的影响非常小,可以忽略。
分析弧度与临界风速的模拟结果发现,π/2是分界点。因此,把相关系数分成两类,一类为π/6、π/4、π/3、π/2,另一类为2π/3、3π/4、5π/6、π分别计算,得到隧道半径、弧度、临界风速如下两个相关系数矩阵:
undefined
R(2π/3、3π/4、5π/6、
undefined
很明显,把π/2作为分界点后,弧度与临界风速的相关系数由0.38提高到0.831 9(弧度小于π/2)和0.954 1(弧度大于π/2),说明π/2是临界风速和弧度关系的“拐点”,应该采用分段函数表达两者的关系。
前文已经表明,隧道半径与临界风速相关性很小,为了计算简便,忽略半径对临界风速的影响,将相同弧度的临界风速进行平均,得到表2。
采用Matlab拟合工具箱进行拟合,结果如下:
v'cr=0.539 4tha2-1.508 6tha+0.935 9+vcr,tha≤π/2
v'cr=0.870 9tha3-6.191 4tha2-14.988 6tha-1 223+vcr,tha>π/2
式中:v'cr为弧形隧道洞口临界风速;vcr为Wu & Bakar模型预测的临界风速;tha为隧道弧度。拟合结果见图3、图4。两次数据拟合的相对误差为5.3%、0.039%。
从图3可以看出,当隧道弧度小于π/2时,洞口处临界风速随着隧道弧度的增大而减小。而图4则相反,当隧道弧度大于π/2时,洞口处临界风速随着隧道弧度的增大而增大。分析造成此现象的原因:当弧度小于π/2时,火焰的烟气浮力有很大的作用力,导致弧度越小,作用力越大,需要的通风越多;而当弧度大于π/2时,通风的能量由于壁面摩擦和流场作用,弧度增大时通风损失
能量多,火焰烟气达到临界状态需要的洞口通风越多。
6重庆市方斗山隧道临界风速预测
不考虑隧道垂直风流速度的影响,结合前述有关临界风速的计算模型,对重庆市公路隧道主洞典型火灾工况下的临界风速进行预测。重庆市方斗山隧道工程全长7 600 m,隧道弧度为1.518 4,是重庆的交通要道。
6.1 临界风速预测
(1)主洞断面当量直径。 依据重庆市公路隧道主洞断面的具体设计,其断面当量直径计算如下:
undefined
(2)无量纲热释放速率undefined。 重庆市公路隧道典型火灾热释放速率按50 MW考虑,式(2)中其他参数的取值如下:空气密度ρ0为1.21 kg/m3;空气定压比热容cp为1 000 J/(kg·K);环境空气温度T0为294.15 K;重力加速度g为9.81 m/s2。无量纲热释放速率计算如下:
undefined
(3)无量纲临界风速v"。 由于无量纲热释放速率满足:undefined,故无量纲临界风速可取为:undefined。
(4)由Wu & Bakar模型预测的临界风速vcr的计算。
undefined
(5)采用笔者所得的弧形隧道临界风速计算。
v'cr=0.539 4tha2-1.508 6tha+0.935 9+vcr,其中,tha为1.518 4弧度,则v'cr=3.018 8 m/s。
6.2 临界风速数值模拟
经过5次计算机模拟,最终确定该隧道的临界风速为3.05 m/s,比根据笔者拟合公式预算的结果大0.031 2 m/s,相对误差为1.02%;比Wu & Bakar模型预测的临界风速小0.08 m/s,相对误差为2.62%。由此可见,笔者针对弧形隧道预测的临界风速模型更加接近数值模拟结果。详细模拟过程见图5、图6、图7,分别是风速3.0、3.05、3.1 m/s工况下50、100 、450 s的烟气分布。
3种风速的模拟结果前50 s很接近,烟气都有一定的回流,随着模拟时间的推移,100 s时3.0 m/s和3.05 m/s工况下仍有一定的回流烟气。风速为3.1 m/s时,火焰羽流出现明显被吹偏的迹象,说明洞口临界风速应该比3.1 m/s小。当整个流场充分发展,达到“稳态”时(模拟时间为450 s),3.0 m/s工况下仍有一定的回流烟气,而3.05 m/s风速下偶尔有一定的烟气回流,马上又被吹走,该现象重复出现,说明该风速就是洞口的临界风速。
7结论
采用FDS对水平弧形公路隧道建立不同半径、弧度条件下的隧道模型,通过理论分析和数值模拟相结合的方法,结合前人的研究成果,拟合出水平弧形公路隧道临界风速计算公式,并且对重庆方斗山隧道进行预测,预测结果与数值模拟结果非常接近。需要说明的是,该公路隧道与研究临界风速的隧道横截面不同(面积、周长、弧度),从而证明了笔者对弧形隧道的临界风速预测的准确性。下一步将在此基础上增加精细网格计算,并开展隧道真实火灾的实验,对模型做进一步验证和研究。
参考文献
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弧形建筑 篇9
伴随建筑行业的发展，施工技术逐渐提高，兴起了幕墙工程，它涉及了较高技术含量、复杂的造型、精美的外观。建筑物在现代城市中要求技术具有创新性，彰显出现代使用需求。因而，幕墙工程对施工要求较高，令施工过程增加了难度，从技术角度分析主要是安装施工技术。
探讨嵌不锈钢条的弧形石材幕墙相关施工技术
1.测量放线
再次检测工程建设企业提供的水准点以及基准轴线确保测量放线的精度，制定出主龙骨安装基准线。由于幕墙在弧形面上体现出不规则特征要求放线测量时要依照平面设计图、龙骨的定位图施工。将不锈钢条嵌入竖龙骨之上，位置要在接缝的正中央，并要调控好竖龙骨在施工中累积偏差。运用分段方法实现控制，主要是调整石材尺寸。
2.预埋件的处理与连接件的安装
预埋件在幕墙施工中应复核，对不达标的设计作处理，在安装连接件时临时固定在节点上，其次安装与其相邻的三根竖龙骨，再调节连接件进行固定，过程中应维持其平整度。
（1）竖龙骨
安装前进行直线度的检查，不符标准的要校准。为确保幕墙的外立面在相同铅直面都保持平整，作为基准的定位工作，安装竖龙骨在角部位置，依照弹好的基准线逐层向上施工。再依照施工图纸检查其安装的孔径，在符合标准后再安装连接件，前后的位置要通过椭圆长孔进行调节，而上下的位置调节次序留出宽2cm的伸缩缝。当调节工作满足施工要求后，再拧紧螺栓进行固定。
（2）横龙骨
横龙骨在安装前应对竖龙骨的分格检查，以满足安装施工的要求。为了进一步顺利完成安装工作，下料尺寸要比图纸上尺寸小.以焊接方式连接横龙骨、竖龙骨时，电焊的施工要按照操作的规程完成，在焊接后应立即处理焊渣，并做好防火工作。在加固竖龙骨后应该检查焊缝，是否出现漏焊及焊缝质量问题，要重点检查龙骨变形，严重的重新处理。
（3）保温棉
安装的流程为：测量保温棉的尺寸，然后下料安装金属网，进而固定保湿棉，同时进行检查与修补，最后进行隐蔽验收。保温棉要依照设计图纸实施，现场实际测得尺寸应展开截切安装在上下横梁的角钢内，保证施工在晴天下完成。同时安装防水铝板，并实时封闭防止遭受雨水侵袭，安装完保温棉后使用钢丝网进行封闭固定以免产生脱落。
（4）防水铝板
在安装中要依照板块实际分配图就位板号位置，检查2块相邻板的角码是否错开，检验水平度和垂直度，再运用螺钉固定主龙骨，调整缝间的间隙，令其符合标准后再固定。运用密封胶去处理防水板接缝。由于铝塑复合板、石材面板间距离特别近，要从底部运用长套筒、扁长扳手去拧紧连接的螺帽。
（5）不锈钢装饰条
不锈钢条加工长度应该依照窗户位置进行确定。整体都选用不锈钢条，石材部分需用组合式不锈钢条。此种方法能够确保在外观效果、施工精度上满足质量要求。将后段、底座等焊接成一个整体后再进行安装，其作用就是调节施工的偏差。在横向、竖向上固定龙骨，皆采用氩弧焊焊接，并须打磨抛光条。
确保施工治疗可行措施
材料进场前应有合格证及检验报告，看是否符合质量标准。材料的复试应及时按照流程让监理见证取样，对经复试合格的材料立即向监理部门进行报验。若材料不合格应严禁使用。施工现场的材料应按照三个标准分类堆放，并做好相应的标记，以免由于检验不合格的现象延迟或误用了材料。材料在复试不合格后应做好标记并将其撤离现场。在施工前应对所有工人进行技术交底，令工人能掌握施工工艺标准。在施工过程中应严格遵守三检制，针对没有经过验收合格的材料一律不能投入使用。各材料最好在包装完好后进行装车和运输并将其牢固的固定。在运输途中要保持车辆平稳行驶并保证材料不能产生碰撞。石材应该按照安装顺序储存，以免由于来回搬运造成人为损害致使无法使用。最好将材料存放在设有维挡的设施处，并不可长时间存放在露天处。对于竣工的幕墙工程应采取有效措施保护，特别是与通道接近之处。当电气焊进行作业时，应增加遮挡的保护措施，防止因焊接产生火花溅在石材板块的表面上。
总结
在现代建筑中嵌入不锈钢条的石材幕墙，多数是由很多不规则石材在弧线上相互交接构成，增加了施工难度。通过设计相对科学合理施工方案，保障嵌入的不锈钢条的弧形石材在幕墙施工中的整体质量，令其达到工程验收的标准。幕墙工程以极高的施工质量和先进的施工技术在建筑领域中得以广泛应用，充分展现出施工技术的发展，在建筑行业中具有较高经济及社会效益。
弧形封闭管道断面流速模型研究 篇10
关键词：弧形封闭管道,紊流速度,零剪力点,水力坡度
1 边壁切应力
设r0为弧形圆周半径,b为截面到圆底的距离,τw和τb分别为圆周部分及底部的边壁切应力;设断面的平均流速为U,则根据范宁公式[1,2]可得圆周部分及底部的边壁切应力[3,4]:
沿程阻力系数λw、λb可用柯列布鲁克-怀特公式[5,6]求得:
设弧形封闭管道两端的压力分别为P1、P2,管道长度为L,由平衡条件可得:
设ΔP=P2-P1,且,将A、α代入公式(3)整理得:
2 零剪力点
判断零剪力点的准则:以断面内任一点为中心计算剪力矩,剪力矩和最小的点就是零剪力点。
根据对称性可知,零剪力点一定在断面的中垂线上,且是最大流速umax的所在位置。
设当零剪力点o'在圆心o点以下时,且设
平面的剪力矩为:
圆周上的剪力矩为:
然后求使剪力矩M=M1+M2最小的a值,即M(a0)=min(M(a))。则a就是设零剪力点o'在圆心o点以下的最小剪力点。
同理,可得当零剪力点o'在圆心o点以上时的最小剪力点。
那么,整个弧形的最小剪力矩为min(M(a0),M'(a1)),零剪力点就是其中满足最小剪力矩的点。
3 流速分布
3.1 速度求解分析
在确定了边壁切应力及零剪力点后,进行求解弧形封闭管道的紊流流速分布[7]:
显然,零剪力点就是最大流速umax所在位置。若假定:(1)由该点(即零剪力点)向边壁按任一方向引射线,在该射线上任一点的剪力τr仍近似符合线性关系,即,式中τ为边壁应力;l为零剪力点(或umax所在点)到边界的距离。(2)τ沿该射线仍用普朗特半经验理论公式表达,即
3.2 速度求解过程
如果零剪力点o'在圆心点o以上,且零剪力点o'距圆心o点距离为a。采用极坐标形式,θ为任一射线与中垂线的夹角;τ为射线与固定边界交汇处的边界剪应力:射线与底部相交时τ就是τb;射线与圆周相交时τ就是τw。由对称性可知,只求出一半即可。因为相等,则
将公式(5)积分得:
另一半断面的流速分布,由于对称性可知,再加上边界的流速为零。因此,就得到了整个弧形的对数流速分布公式,可用数值方法求解。本文将弧形封闭管道的紊流速度分布公式结合边界条件用程序加以实现。
4 实验结论
通过弧形的两组实验数据与计算值的比较,第一组实验条件是管壁粗糙度Δw=Δb=0.00004m;平均速度U=0.7m/s;r0=0.5;b=0.1,第二组实验条件是管壁粗糙度Δw=Δb=0.0001m;平均速度U=0.7m/s;r0=0.5;b=0.2。空心点是实验数据值,实线是计算值。
通过实验与计算比较,计算值与实验值较好的吻合,最大相对误差不大于5%。通过程序计算得到第一组的最大速度点在圆点上0.0145m处;第二组的最大速度点在圆点上0.0430m处。
经过分析得到以下几点认识:(1)流速最大点仅仅与边壁切应力大小有关;(2)弧形封闭管道由同一材料构成,最大速度点不随着平均速度的改变而变化;(3)如果弧形封闭管道底部的粗糙度大于圆周部分的粗糙度,则随着平均速度增加最大速度点越向上移动。
参考文献
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