连续过程（精选10篇）
连续过程 篇1
精馏操作广泛应用于石油化工,精细化工等化工行业,也是能源消耗较大的化工单元操作。如何在完成精馏分离任务的前提下,更加充分合理的利用余热,降低能耗,节约能源,减少成本,经济有效的改进精馏操作是一个重要的课题,尤其是在“十一五”规划纲要要求单位GDP能耗降低20%[1]后,更显得迫在眉睫。且精馏过程的节能潜力很大,收效也极为明显。
1连续精馏操作的原理及操作流程
1.1连续精馏操作的原理
精馏是多级分离过程,即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程[2],因此,可使混合液几乎完全分离,精馏的操作原理可用气液平衡相图说明,如图1所示。
在一定气压下,将浓度为x1 、温度为t1 的溶液加热,当达到泡点温度t2 时,液体开始沸腾,产生的蒸汽浓度为y1 , y1 与x1 平衡, 而且y1 > x1。如继续加热,且不从物系中取走物料,当温度升高到t3 时,则在共存的汽、液两相中,液相的浓度为x2 , 蒸汽相的浓度为与x2 成平衡的y2 , 且y2 > x2。若再继续升高温度达t4 时,液相完全汽化,而在液相消失前,其浓为x3 ,液相完全汽化成蒸汽后,则气相浓度y3 与溶液的最初浓度x1 相同。若继续加热至t5 蒸汽成为过热蒸汽,随着温度升高,浓度保持不变。自J 点向上至H点的这一阶段,是使溶液汽化的过程,称为部分汽化的过程。若继续加热到H点或H点以上,则称为全部汽化过程。显然,只有用部分汽化的方法,才能从溶液中分离出具有不同浓度的蒸汽,而且其中所含易挥发组分较多,也即部分汽化能起一定的分离作用。而完全汽化则不能使溶液的浓度改变,起不到分离作用。反之也可从溶液的蒸汽出发,进行冷凝,此过程恰与上述汽化过程相反。
1.2连续精馏操作的流程图
典型的连续精馏过程如图2所示,原料送入精馏塔的进料版上与自塔上部下降的回流液体汇合后,逐板溢流最后流入塔底再沸器中。在每层板上,回流液体与上升蒸汽互相接触,进行热和质的传递过程。操作时,连续的从再沸器取出部分液体作为塔底产品即釜残液,部分液体汽化,产生上升蒸汽,依次通过各层塔板[3]。塔顶蒸汽进入冷凝器中被全部冷凝,并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体,其余部分经冷凝器后被送出作为塔顶产品馏出液。
2连续精馏塔节能优化
连续精馏操作的节能优化目标是在保证产品质量的前提下,使回收率最高和能耗最低,即让整个精馏塔的总成本最低,总经济效益最大,可通过以下途径来实现此目标。
2.1选择适宜的回流比(R)
实际回流比总是介于全回流和最小回流比两种极限情况之间。回流比越小,净功率越小。 为此,应在可能条件下减小操作的回流比。塔径随R的增加而加大。因此,最优回流比反映了设备费用与操作费用之间的最佳权衡。据报道,曾对70个不同的烃类精馏塔计算 ,最优回流比一般在最小回流比的1.11～1.24倍[4]之间,一般在分离物系具有较大的相对挥发度或分离要求不很高的情况下,采用Ropt为Rmin的较小倍数,相反若物系的相对挥发度接近于l或分离要求很高,则采用的Ropt 要显著地高于Rmin在一般情况下,若在Ropt下操作,总费用大部分是加热蒸汽的费用,约占70%,而冷却水的费用只占百分之几。但当塔顶冷凝器温度低于大气温度时,即在低温冷凝时,冷冻费用便是主要的了。
对于已定的精馏塔和分离物系,回流比和产品纯度密切相关。为了确保得到纯度合格的产品,设计时有一定的回流余量,余量越大,能耗越高。对于回流设置较大的精馏塔,在不降低产品质量等级的条件下,只要降低回流量,即可降低塔底再沸器的能耗。
2.2采用多效精馏
多效精馏要求后效的操作压强和溶液的沸点均较前效的为低,因此可引入前效的二次蒸汽作为后效的加热介质,即后效的再沸器为前效二次蒸汽的冷凝器,仅第一效需要消耗蒸汽; 多效精馏中, 随着效数的增加,单位蒸汽的耗量减少, 操作费用降低[5]。
多效精馏的节能效果η与效数N的关系为
η =(N - 1)/N ×100%
但随着效数的增加,设备投资费用也相应增加,图3为多效精馏的效数与节能量和投资费用的关系,可以看出,由单效增至双效, 理论上可节省的一次蒸汽量50 % , 而从四效增至五效, 节能效果只增加5 % , 随着效数增加, 节能效果增加的越来越少,而装置的投资费用则越来越大;因此实际应用中,以双效节能居多[6]。
1.多效精馏的效数对节能量的影响;2.多效精馏的效数与负面影响的关系。
2.3设置中间再沸器和中间冷凝器
通常,精馏塔在温度最高的塔底再沸器加入热量,而在温度最毒最低的塔顶冷凝器出移除热量。这种操作的缺点是热力学效率低,操作费用高,采取在提馏段设置中间再沸器和在精馏段设置中间冷凝器,可以部分克服上述缺点,达到节能和节省操作费用的目的。这是因为精馏过程的热能费用取决于传热量好载热体的温度。在塔内设置中间冷凝器,可用温度较高,价格较低的冷却介质,是塔内上升蒸汽部分冷凝,这样可以减少塔顶低温冷却介质的用量。同理,在塔内设置中间再沸器,可利用温度较低的加热介质,使塔内下降液体部分汽化,从而可以减少塔底再沸器中高温加热介质的用量,采用中间冷凝器和中间再沸器对沸点大的精馏操作尤为有利[7]。
2.4 优化操作参数
上述方法大多是从工艺流程角度出发的,需要对现有生产装置进行改造,或改变生产流程,其实亦可从操作参数的角度出发进行节能研究。Henrion[8]针对进料流量的随机波动以及由此引起的进料罐随机约束,提出了基于随机约束控制方法,以达到降低能耗的目的。何大阔[9]根据基于数学机理模型和塔板操作水力学模型对苯连续精馏系统中进行建模同时建立塔系稳态过程优化模型,利用改进遗传算法进行优化计算,实现连续精馏塔系稳态操作优化。
3结论
综上所述, 降低精馏系统能耗的途径是多种多样的, 无论采用哪种措施, 均可取得一定程度的节能效果, 但最终评价则取决于经济效益。在多数情况下, 采用节能技术会使操作费用减小, 但增加了节能设备而使设备投资增大。所以最大限度地节能不一定是最经济的, 而且节能措施往往使操作变得更为复杂, 要求较高的控制水平, 这在应用节能技术时是不能忽视的, 必须综合权衡, 采取最佳方案。
参考文献
[1]周淑梅刘守强.建立环境管理体系,实现清洁生产[J].化工管理,2006,(05):38-99.
[2]薛美盛,祁飞,吴刚,等.精馏塔控制与节能优化研究综述[J].化工自动化及仪表,2006,33(6):1-6.
[3]夏清陈常贵.化工原理[M].天津:天津大学出版社,2007.
[4]赵风岭.精馏的节能途径[J].化学工程,1996,24(03):40-42.
[5]秦正龙,孟庆华.精馏过程的节能技术[J].节能,1997,(04):16-19.
[6]王桂云,张述伟,刘长厚.双效精馏节能影响因素的研究[J].节能技术,2007,(2):148-151.
[7]陈敏恒,丛德滋.化工原理[M].北京:化学工业出版社2002.
[8]HENR ION R,L I P M,LLER A,et al.Optimal Control of aContinuous Distillation Process under Probabilistic Constraints[M].Online Optimization of Large Scale Systems.Springer2Verlag,2001:497-518.
[9]何大阔,王福利.基于过程机理模型的连续精馏塔系稳态操作优化[J].信息与控制,2003,32(7):720-723.
连续过程 篇2
大跨度连续刚构桥施工过程控制分析
该文结合工程实例介绍了大跨度桥梁施工控制的影响因素、施工控制方法、施工控制原则及施工办法,并给出了工程实例的施工控制结果,说明施工控制的有效性.
作 者：刘苗 Liu Miao 作者单位：兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州,730070刊 名：城市道桥与防洪英文刊名：URBAN ROADS BRIDGES & FLOOD CONTROL年，卷(期)：2009“”(2)分类号：U448.23关键词：大跨度连续刚构桥 施工控制 预拱度 兰州市
连续过程 篇3
患者，女，36岁，因鼻塞，咽痛3天入院。查体：T37．1℃，P84次／分，R21次／分，BP130／80mmHg。精神差，心肺未见异常，血常规WBC11．2×109／L，中性粒细胞0．64，诊断为上呼吸道感染。给予生理盐水50ml加青霉素针80万U静滴，青霉素皮试阴性后常规速度静滴，连续用药2天未见异常，第3天顺利输液完毕后约10分钟，患者突感头晕，胸闷，气急伴频危感，测BP80／50mmHg，P96次／分，R25次／分。立即让患者平卧位，皮下注射0．1％盐酸肾上腺素针1m1并给予氧气吸入，静推地塞米松針10mg,葡萄糖注射液500ml加盐酸多巴胺40mg缓慢静滴，心电监护仪持续心电监护，40分钟后上述症状缓解，P86次／分，R22次／分，BP110／75mmHg，观察24小时病情稳定，出院。
讨 论
青霉素系氨基苷类抗生素，是一种半抗原，容易发生过敏反应，在使用任何剂型的青霉素前都必须做过敏试验，停药3天或用药过程中更换批号都必须重新做过敏试验。但在连续用药过程中既未更换批号，又未改变剂量出现过敏性休克反应，是我院首次遇到。由此提醒我们，即使青霉素皮试阴性，用药过程中及用药后也必须密切观察，以防意外发生。
连续刚构桥施工过程分析 篇4
1.1 桥跨布置
大桥桥起、终点桩号分别为K17+476和K19+330, 桥跨布置为5×40 M T梁+ (50+3×90+50) M连续刚构+3× (3×30 M) T梁+ (40+70+40) M连续刚构+3× (4×40 M) T梁+3×40 M T梁, 桥全长1854 M。其中主桥采用变截面预应力混凝土连续刚构箱梁, 引桥采用预应力混凝土T梁, 先简支后连续。全桥共分为11联, 其中主桥桥型布置详见图1。
1.2 主桥结构设计要点
1.2.1 上部结构主梁。
主桥上部构造为 (50+3×90+50) M五跨预应力混凝土连续刚构箱梁, 箱梁断面采用单箱单室, 根部梁高5.7M, 跨中梁高2.6M, 顶板厚28CM, 底板厚从跨中至根部由28CM变化为60CM, 腹板从跨中至根部分两段采用45、75CM两种厚度, 箱梁高度和底板厚度按2次抛物线变化。箱梁顶板横向宽16.50M, 箱底宽8.0M, 翼缘悬臂长4.325M。箱梁0号节段长12M, 每个悬浇"T"纵向对称划分为10个节段, 梁段数及梁段长从根部至跨中分别为4×3.5M、6×4M, 节段悬浇总长38M。悬浇节段最大重量为1667KN, 挂篮设计自重1040KN。边、中跨合拢段长均为2M, 边跨现浇段长4 M。箱梁根部设两道厚1.5M的横隔板, 中跨跨中设一道厚0.3M的横隔板, 边跨梁端设一道厚1.1M的横隔板。
1.2.2 下部结构。
主墩墩身采用单肢矩形截面矩形空心薄壁墩, 截面尺寸8.0×6M, 壁厚0.7M。主墩承台厚4M, 基础采用桩径2.0M的冲孔灌注桩, 基桩按纵向三排、横向三排布置, 每墩共9根桩。
2 基本设计参数
2.1 主要技术标准
(1) 计算行车速度:100KM/H。 (2) 荷载:公路I级。 (3) 桥宽:整体式路基, 路基全宽33.50M。桥梁上下行分幅设置, 桥梁宽度为16.50M, 桥宽布置为0.5M (防撞护栏) +15.568M (行车道) +0.432M (防撞护栏) 。 (4) 高程:采用1985年国家高程基准。 (5) 坐标:采用1980年西安坐标系。 (6) 地震烈度:地震动峰值加速度不大于0.05G, 作简易设防。 (7) 桥面横坡:单向全超高2% (半幅桥) 。
2.2 收缩徐变
混凝土收缩徐变的时间按照30年计算, 抗压强度标准值50MPA, 外部环境的相对湿度70%, 开始收缩时混凝土材龄3天。
2.3 体系温度
根据气象资料, 全桥结构体系温度取+19℃和-28℃, 温度梯度作用取值:
正温度梯度:14℃, 5.5℃。
负温度梯度:-7.0℃, -2.75℃。
2.4 挂篮
挂篮根据计算采用584KN, 吊架采用500KN。
2.5 材料
主桥箱梁采用C50混凝土, 桥面铺装采用C40混凝土, 主桥墩身采用C40混凝土, 全桥的纵横向以及竖向的预应力钢筋采用φs15.2钢绞线, 全桥的普通钢筋采用R235和HRB335, 采用MIDAS软件计算时, 结构、材料参数均按理想状态取值, 收缩徐变采用老化理论修正算法, 徐变终值采用10950天。
3 有限元分析
3.1 模型单元划分
玉井特大桥计算模型共划分成318个单元, 其中上部结构划分成125个单元, 下部划分成193个单元, 如图2所示 (MIDAS CIVIL计算图示) 。
3.2 计算结果
该连续刚构桥采用悬臂浇筑的施工方法, 在桥梁施工过程中其0#块始终与桥墩固结, 随着施工的进行, 悬臂长度越来越长, 0#块与桥墩固结位置的受力愈发不利, 为了保证连续刚构桥在悬臂浇筑过程中结构的安全性, 关注受力最不利的位置的应力状况是不可缺少的, 下面我们仅仅通过采用有限元分析方法模拟连续刚构桥在施工过程中其最不利截面的应力状态, 对于该桥而言, 最不利位置为42号单元, 其具体在各个施工阶段的应力结果见表1。
4 结论
连续过程 篇5
青藏高原东侧一次连续大暴雨过程湿Q矢量分析
利用常规探空和地面实测资料,对7月18-19日出现在青藏高原东侧的一次区域性大暴雨天气过程进行了非地转湿Q矢量诊断分析.结果表明:(1)暴雨出现在湿Q矢量散度负值中心激发的`非地转上升气流区附近,在强降水期散度负值中心达到最强,范围较窄,与暴雨区对应得较好.(2)700 hPa湿Q矢量涡度正值中心与其散度负值中心重叠的区域是中尺度低值系统发展的有利区域,与暴雨区对应.(3)700 hPa湿Q矢量锋生中心可以对应12小时后的暴雨区;当有不稳定能量大量释放后,有锋消作用,暴雨将逐渐减弱.
作 者：刘运成 Liu Yuncheng 作者单位：兰州大学大气科学学院,730000;四川省广元市气象局刊 名：气象 ISTIC PKU英文刊名：METEOROLOGICAL MONTHLY年，卷(期)：32(12)分类号：P4关键词：湿Q矢量 大暴雨 诊断分析
连续重整再接触工艺过程的模拟 篇6
关键词：连续重整,再接触,氢气,模拟
连续重整装置除可生产高辛烷值汽油外, 同时副产大量含氢气体;为了满足下游加氢装置用氢要求 (≥88%, 体积分数) , 设置了再接触工艺, 提高催化重整氢纯度。该工艺是将重整气液分离器顶部的含氢气体与重整反应产物液相在高压、低温条件下接触, 达到回收轻烃与提纯氢气的目的。据文献[1~3]报导, 利用AS-PEN流程模拟软件对连续重整全工艺流程或再接触局部工艺流程进行了模拟并取得了很好的效果。本文在此基础上, 以分公司连续重整装置为模拟对象, 介绍了AXENS重整再接触工艺, 对其流程进行了模拟, 并与两段再接触工艺进行了比较。
一、再接触工艺流程简介
AXENS重整再接触工艺流程图如图1。重整反应产物经过空冷、水冷冷却后进入气液分离罐闪蒸出富氢气相和液相, 罐顶一部分富氢氢气进循环氢压缩机升压后送回重整反应系统, 剩余氢气全部进入氢气提纯系统的增压机, 经过两级增压后与来自气液分离罐底部被增压的液相混合, 经过冷却后进入再接触罐, 在高压、低温条件下接触, 气相中的大部分轻烃进入液相, 氢气得到提纯, 同时轻烃得以回收。增压机设置入口罐和级间罐, 分离出的液相送往重整上游预加氢装置, 再接触罐顶部高纯氢去下游脱氯罐脱除氯离子后送往加氢装置, 罐底液相进入稳定塔, 分离出干气、液化气和重整生成油。
二、再接触工艺过程模拟结果与分析
1. 重整反应产物合成
由于重整反应产物为气液两相产物, 富含液态烃的同时, 还含有部分氢气及C1~C4轻组分, 该产物易挥发, 难以通过采样进行定量分析。因此根据物料守恒原理, 利用ASPEN Plus中的混合器模块, 将产物高纯氢、液化气、干气和重整生成油混合, 合成重整反应产物, 如表1。
2. 搭建再接触工艺流程
按照重整再接触实际工艺流程和操作参数, 采用两相分离器、压缩机、混合器、泵、冷却器、加热器和精馏塔等模型, 搭建好流程后, 输入操作参数, 运行至模型收敛, 操作参数见表2。
3. 模拟流程的验证
由表3~表5可以看出, 应用该模型计算的高纯氢, 及再接触油进入下游稳定塔后分离出的重整生成油, 液化气, 干气等产物产量、组成和关键物性等均与实际情况基本吻合, 认为模拟结果是可以接受的。因此, 可以应用该模型, 对再接触工艺进行定量分析, 指导实际生产等。
4. 与两段再接触工艺的比较
图2为两段再接触工艺流程, 与AXENS再接触工艺不同, 该工艺有两个再接触罐。气液分离罐底部反应产物液相经增压后与二段压缩后的氢气接触, 提纯氢气。二级再接触罐顶部出高纯度氢气, 底部液相返回一级再接触, 与一级增压后的氢气在一级再接触罐内接触, 一级再接触罐底部液相与增压机入口罐底部液体经泵增压后进入稳定塔, 罐顶气相进入二级压缩。
利用表2再接触操作条件和合成的产物对两段再接触工艺进行建模, 两种工艺的结果比较如表6。
三、结论
a利用ASPEN Plus流程模拟软件对重整再接触工艺建模, 模型计算结果中高纯氢, 液化气, 干气和重整生成油的流量、关键性质, 主要组成等均与装置实际值比较吻合, 认为该模型比较合理, 可以用于指导实际生产过程;
b将该再接触工艺与两段再接触工艺在气液相流量, 氢气组成等方面进行了比较, 结果显示, 该再接触工艺中高纯氢纯度, 轻烃回收量优于两段再接触工艺, 分别提高1.25%和7.2%。
参考文献
[1]严钧, 胡国银.连续重整再接触工艺过程模拟[J].石化技术与应用, 2007, 25 (6) :531~534.
[2]袁淑华.连续重整装置流程模拟及优化[J].中外能源, 2010, 15 (8) :83~88.
地下连续墙施工过程中的风险控制 篇7
地下连续墙施工技术起源于欧洲, 1958年传到中国, 在青岛崂山的水库建设中进行了第一次的试验性施工。随着时代的发展与技术的进步, 多年来地下连续墙施工技术得到了巨大的发展, 特别是在深基坑工程中, 采用地下连续墙作为围护结构的案例越来越多。但是地下连续墙在施工过程中一直存在不少风险, 施工过程中需特别注意, 加以防范以保证地下连续墙的施工质量。
2 地下连续墙施工的基本思路
地下连续墙施工是利用各种挖槽机械, 借助于泥浆的护壁作用, 在地下挖出窄而深的沟槽, 并在其内浇注适当的材料而形成的一道具有防渗 (水) 、挡土和承重功能的连续的地下墙体。适用于多种地基条件, 从软弱的冲积地层到中硬的地层、密实的砂砾层, 各种软岩和硬岩等所有地基都可以建造地下连续墙。
3 地下连续墙施工过程中存在的风险与分析
3.1 墙侧土体塌方, 地连墙塌槽
槽壁塌方、失稳分为整体失稳和局部失稳两大类。
整体失稳:失稳往往发生在表层土及埋深约5~15m内的浅层土中, 槽壁有不同程度的外鼓现象, 失稳破坏面在地表平面上会沿整个槽长展布, 基本上呈椭圆形或举行。因此, 浅层失稳是泥浆槽壁整体失稳的主要形式。
局部失稳:在槽壁泥皮形成以前, 槽壁局部稳定主要靠泥浆外渗产生的渗透力维持。在上部存在软弱土或砂性较重夹层的地层中成槽时, 遇槽段内泥浆页面波动过大或页面标高急剧降低时, 泥浆渗透力无法与槽壁土压力维持平衡, 泥浆槽壁将产生局部失稳, 引起墙侧超挖现象, 导致后续灌注混凝土的充盈系数增大, 增加施工成本和难度。
3.2 钢筋笼卡槽
地下连续墙在钢筋笼下放过程中, 因槽壁的垂直度等问题会出现钢筋笼卡槽的问题。钢筋笼一旦卡槽, 会造成钢筋笼下放不到位, 直接影响地下连续墙在后续基坑围护过程中的效用。预防钢筋笼卡槽是保证地下连续墙基坑围护效果的基本措施。
3.3 地连墙渗漏水
地下连续墙施工过程中, 因地连墙接头质量和混凝土浇注等问题会对地下连续墙产生渗漏水的影响, 进而影响基坑的安全。因此预防地下连续墙的渗漏水成为控制基坑风险的重要措施。
4 地下连续墙施工过程中的风险控制措施
4.1 进行试验段地下连续墙施工, 掌握基本参数
进行地下连续墙施工时, 在施工前, 往往要先进行地下连续墙试成槽。确定施工机械的性能、泥浆的施工参数, 并且提前对地质情况进行了解, 按照成槽过程中的实际情况与地质勘察报告相比对, 掌握各项施工的基本数据。
4.2 预防地连墙塌槽的控制措施
成槽前的预防措施:成槽前的控制措施主要以对地连墙两侧的土体进行加固为主, 目前最常用的方法是利用水泥搅拌桩对墙体两侧的软弱地层主要是淤泥质土层进行加固硬化, 防止地连墙成槽施工时槽壁塌方。
成槽过程中的控制措施:成槽过程中预防地下连续墙槽壁塌方的主要措施是依靠泥浆的护壁作用。泥浆护壁的主要机理是泥浆通过在地层中渗透在槽壁上形成泥皮, 并在压力差 (泥浆液面与地下水液面的差值) 的作用下, 将有效作用力 (泥浆柱压力) 作用在泥皮上以抵消失稳作用力从而保证槽壁稳定。
4.3 地下连续墙钢筋笼卡槽的控制措施
下放钢筋笼时最重要的是钢筋笼要对准单元槽段的中心、垂直而又准确的插入槽段内。钢筋笼进入槽段内时, 吊点中心必须对准槽段中心, 然后徐徐下降, 此时必须注意不要因起重臂摆动或其他影响而使钢筋笼产生横向摆动, 造成槽壁坍塌。
起吊钢筋笼的吊车、钢丝绳、扁担梁、吊具索具等各类起吊设备必须要有一定的安全储备量, 一旦发生突发状况应立即将钢筋笼重新吊出, 查明原因后尽快解决, 如果需要则在修槽之后再次吊放, 不能强行插放, 否则会引起钢筋笼变形或使槽壁坍塌, 产生大量沉渣。
4.4 地下连续墙渗漏水的预防和处理措施
地下连续墙渗漏水主要有接缝渗漏水和墙身大面积湿泽两方面。
4.4.1 地连墙渗漏水的预防措施
因地连墙施工工艺的原因, 接缝位置是地连墙施工的薄弱环节。接缝处的渗漏水是地下连续墙渗漏水的主要形式。为了预防基坑开挖后的接缝位置处的渗漏水, 一般在地连墙成槽过程中采取刷壁清理接头位置, 成墙后开挖前采取接缝注浆和接缝位置施工高压旋喷桩的方式。
(1) 成槽过程中的绕流、刷壁清理
混凝土的浇灌过程中, 在接头箱和止水钢板夹缝内不可避免的产生或多或少混凝土砂浆和进入的砂性土体等混合形成结牢物。在成槽过程中悬浮在泥浆中的砂颗粒迅速沉淀在工字钢板的内侧, 沉积后, 又形成了非常坚硬的胶结物。如果以上所说的这些结牢物、胶结物不能有效清除, 地下连续墙接头就形成了夹泥, 成为基坑开挖后渗漏水的渠道, 会严重危害基坑开挖的安全。为了妥善处理该部位, 避免这些结牢物、胶结物在后期强度上升以后难以处理, 在进行成槽施工过程中应利用成槽机可拆卸液压抓斗铲刀对前副地连墙的接头位置进行刷壁处理。对工字钢板上的泥皮、土渣、绕流物等进行铲除。
(2) 接缝注浆和接缝位置的高压旋喷桩施工
在地连墙钢筋笼加工制作时, 在接缝位置预留两根通长的袖阀管, 地连墙施工完成后, 通过两根袖阀管在接缝位置高压注入超细水泥浆, 对地连墙接缝进行封堵, 防止地连墙接缝处出现渗漏水。
在地连墙施工完毕基坑开挖前, 在所有地连墙接缝处外侧施作两三根直径800mm的高压旋喷桩, 对地连墙接缝进行预封堵, 以确保地连墙接缝处不产生渗漏水。
(3) 地连墙渗漏水的其它预防措施
地下连续墙在混凝土浇筑过程中, 要严格控制混凝土浇筑导管的提升高度, 一般而言, 混凝土导管要在混凝土浇筑面下2~6m。防止导管拔空出现墙体夹泥、空洞等现象, 造成后期地下连续墙的渗漏水。
4.4.2 地下连续墙渗漏水的处理措施
(1) 接缝位置如果出现少量渗漏水应先确定渗漏部位, 并对渗漏处松散混凝土、夹砂、夹泥进行清除。其次手工凿“V”形槽, 深度控制在50~100mm。然后按照水泥:水=1:0.3~0.35 (重量比) 配置双快水泥浆作为堵漏料并搅拌至均匀细腻, 将堵漏料捏成料团, 放置一会后塞进“V”形槽, 并挤压, 轻砸后使其向四周挤实。
(2) 地下连续墙身出现大面积湿泽时, 首先应对基面上的突起、松散混凝土、水泥浮浆、灰尘进行清理, 用水刷洗干净。然后用水充分湿润基面, 将结晶水泥干粉和水按1:0.22~0.24 (重量比) 混合, 搅拌均匀, 用鬃毛刷将混合好的涂料涂在地下连续墙有湿泽基面, 拌料宜在25min内用完。
5 结束语
连续过程 篇8
1 基于自适应控制原理的几何线形控制理论分析
目前在国内对于大跨径桥梁的上部结构线形施工监控监测, 一般有两种方法。方法一:采用纠偏终点控制的方法, 即在施工过程中, 对产生主梁线形偏差的因素跟踪控制, 随时纠偏, 最终达到理想线形, 这种方法常用Kalman滤波法和灰色理论等。方法二:应用现代控制理论中的自适应控制方法, 所谓的自适应控制法又称参数识别修正法, 就是在重复性很高的分段施工特别是悬臂[5]施工中, 将可能引起结构状态误差的参数, 例如截面几何特性、材料容重、弹性模量、混凝土收缩徐变等参数作为未知变量, 在各个施工阶段中进行实时识别, 并将识别结果用于下一个阶段的实时机构分析, 如此循环经过若干个施工阶段的计算可以使模型参数的取值和实际情况相吻合, 从而主动降低模型的参数误差。下面就采用自适应控制方法, 考虑影响桥梁线形控制的多种因素推导各梁段的立模标高。箱梁各节段理论立模标高一般按下式确定:
h
其中, h
考虑到混凝土结构的温度、收缩徐变和非线性等因素影响, 实际情况和理论计算不可能一致, 因此对理论立模标高要不断修正。箱梁实际立模标高的计算公式可修正为:
其中, h
2 几何线形控制中关键参数的确定
自几何线形控制中, 预拱度、预抛高和挂篮变形需要重点考虑的几个因素。预拱度指的是为抵消荷载在结构作用下产生的挠度, 而在施工中预留与位移方向相反的值。预抛高是悬臂施工中的一个重要参数。目前国内一般做法是:各跨跨中预抛高值由设计单位根据计算结果给出, 然后按二次抛物线过渡, 并叠加到设计线形上, 最终形成预抛高曲线。挂篮是施工过程中的临时结构, 由于是后支点挂篮, 对于整个桥梁结构的受力来说, 相当于简支结构, 所以挂篮的受力变形将单独考虑, 挂篮变形主要包括弹性变形和非弹性变形, 其中非弹性变形相对难以控制, 主要是由挂篮支座误差和连接处变形所产生的。此外, 预应力瞬时效应和时间效应。预应力本身的松弛, 梁底面在高应力状态下的徐变, 对长期应力有影响。内力增加, 在静定结构中, 一般考虑截面应力的分布, 混凝土的收缩对预应力也会产生影响, 从而影响梁体的位移。温度的影响体现在数据的观测和立模标高时产生的误差。
3 工程实例分析
船岭岽特大桥位于厦门—昆明国家重点公路干线福建省龙岩—长汀 (闽赣界) 高速公路A16合同段内, 是一座预应力混凝土连续刚构桥。主桥型布置为 (85+155+85) m预应力混凝土连续刚构。主桥采用单箱单室变截面连续刚构箱梁。中间支点处梁高9 m, 边跨直线段及主跨跨中处梁高3.5 m, 梁高变化段梁底曲线采用二次抛物线。箱梁横坡由腹板高度调节, 底板保持水平。主桥箱梁采用双向预应力体系。
3.1 几何线形控制的计算分析
在对特大桥各施工阶段实施控制时, 先采用公路交通部公路科学研究所自主研发的Bridge SB对其进行各施工阶段的模拟。
依据设计参数和控制参数, 结合桥梁结构的结构状态、施工工况、施工荷载、二期恒载、活载等实际情况将桥离散成145个单元, 经过施工分析和荷载分析, 输入总体信息、施工信息和运营信息进行计算, 输出计算结果, 从而获得结构按施工阶段进行的每阶段的内力和位移, 然后将计算模型导入Bridge monitor中, 按照实验确定好的挂篮变形等, 进而计算各施工阶段的预抛高值及立模标高。
3.2 预拱度曲线的确定
依据桥梁施工的具体过程, 模型的分析过程共划分为:悬臂浇筑阶段、施工合龙段和施加二期恒载。其中悬臂施工阶段共划分为20个施工步骤 (即每个施工阶段为一个施工步骤) , 每个施工阶段按7 d考虑;合龙段施工分为三个阶段:先边跨合龙, 最后是中跨合龙;二期恒载主要考虑了6 cm防水混凝土、9 cm沥青混凝土、两侧防撞栏杆、10年的收缩徐变。经过计算机数值模拟分析计算, 得到预拱度曲线。
3.3 预抛高的确定
船岭岽特大桥预抛高值的确定为:跨中设13 cm、边跨设1 cm预抛高值, 然后用二次抛物线拟合。叠加上面求出来的预拱度曲线得到最终预拱度曲线。
3.4 计算值与实测值的对比
用Bridge monitor软件得出的最终曲线指导大桥的立模标高, 经过三阶段的测量数据对比, 得出的数据曲线和理论曲线相吻合。下面就2号墩最大悬臂的测量数据和理论数据进行对比, 如表1所示。
m
由表1可知:实测数据和理论数据吻合的比较好, 成桥线形、高程均符合设计要求。
4 结语
预应力大跨径桥梁的施工工艺复杂, 施工过程中许多难以预料和估计的因素可能导致桥梁线形控制不合理, 导致桥梁难以合龙以及成桥线形的美观, 本文的桥梁施工阶段的线形监控, 可为桥梁施工的各个阶段提供准确可靠的测量数据, 以保证施工工程质量和美观, 并可为同类的桥梁提供参考价值。
摘要：针对大跨径预应力混凝土连续刚构桥的几何线形控制, 基于自适应控制原理分析了影响大桥的线形控制的一些因素和立模标高的确定方法, 最后结合船岭岽特大桥施工过程监控, 对大跨径连续刚构桥悬臂浇筑施工过程的几何线形控制进行了分析, 并和现场实际测得的线形进行了对比, 表明了理论及程序计算的可靠性, 为该大桥的线形控制提供了依据。
关键词：连续梁桥,线形控制,立模标高,机理分析
参考文献
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连续过程 篇9
1 桥梁仿真模型
白涧河大桥为75m+2*135m+75m上部结构为单箱单室变截面箱梁连续刚构桥;跨中梁段高3m, 底板厚0.3m, 根部梁高7.5m, 底板厚1m, 箱梁梁高及底板厚底均按二次抛物线变化。主桥下部均采用双薄壁墩, 横向跨度6.5m, 顺桥梁向两墩外侧距离9m, 壁厚0.8m。主梁采用空间梁单元, 墩采用空间杆单元建模;三桥墩固结, 两边跨端部链杆支撑。上部结构采用挂篮悬臂浇筑施工:箱梁与主墩固结形成2个T构, 每个T 构分20个施工节段, 采用挂篮悬臂现浇法分段对称独立施工。全桥合龙顺序为: (1) 两边跨合拢; (2) 中跨合拢; (3) 二期恒载, 以此顺序进行施工。 施工划分为68 个阶段, 采用结构有限元分析软件MIDAS /Civil 对全桥施工过程进行仿真分析研究。把桥梁结构体系作为平面杆系处理, 建立的是平面模型, 且没有考虑平曲线, 即把全桥作为直线桥考虑。MIDAS/Civil 则是采用梁单元分析桥梁结构, 建立包含曲线段的全桥各施工阶段的空间模型[2]。有限元模型, 如图1所示。
2 施工阶段变形仿真分析
施工过程仿真的内容包括结构的施工过程仿真分析与分析结果的计算机前后处理 (图形、表格或数据形式的有效表达等) 。施工过程的仿真分析反应桥梁设计分析理论的应用、施工过程的模拟、实测数据的反馈与处理对桥梁设计和施工行为的总体把握。而分析结果则是有限元分析技术与计算机图形学、计算机软件设计技术和计算机系统环境的有效结合[4]。在实际施工过程仿真分析中, 考虑到各阶段龄期与收缩徐变值的差异, 采用有限单元逐步计算法[3], 一方面将结构简化为在节点互相连接的梁单元, 每个梁单元具有相同的混凝土龄期和收缩徐变值, 并假定节点位于通过截面重心的轴上;另一方面, 根据同一施工阶段中的梁段具有相同混凝土龄期的原则, 将结构经受收缩徐变的过程划分为与施工过程相适应的各个时间间隔, 在每个时间间隔, 对当时已形成的结构进行一次全面的分析, 求出该时间间隔内产生的全部节点的位移增量和节点力增量, 该增量与本时间间隔开始时的位移或节点力值相加即得到本时间间隔终了时, 即下一个时间间隔开始时的节点位移及节点力状态, 这样按工序先后, 依次计算逐步累计, 即可得到结构在各个施工阶段或使用阶段的内力和变形状态[4]。
3 部分施工阶段动态仿真模拟计算结果
对于对称悬臂浇注施工过程仿真分析, 关键的因素是控制桥梁的线形和截面应力值;因此各施工阶段截面应力的大小和结构的变形是施工控制的数据库内容之一;结构仿真分析, 需要得到各施工阶段的应力和悬臂施工各节段浇筑时的预拱度。在施工过程中, 梁体截面应力和桥墩截面应力随施工进程不断发生变化, 梁体线形和桥墩墩顶位移也随施工进程不断发生变化[5]。在整个施工过程中要将结构各截面应力控制在允许范围内;因此, 在施工过程开始前准确模拟整个施工过程对施工过程的控制具有重要意义。关于施工过程仿真模拟计算结果的数据量十分庞大, 这里只给出部分典型阶段变形仿真计算结果, 如图2～5所示。
4 成桥后梁体上下缘的应力
从图6中可以看出, 箱梁上下缘也基本整桥受压, 边跨支座附近压应力较小, 其他部位7.5MPa左右波动, 为二期恒载和运营阶段活载提供了足够的压应力储备, 故箱梁上下缘也不会出现竖向裂缝[6]。C50的混凝土抗压设计值远大于实际应力值, 所以, 从正应力角度出发, 施工过程中的应力具有足够安全储备的。
5 结论
1) 从有限元软件计算仿真变形和实测结果相比, 误差在5%以内, 满足工程精度要求.。从而也验证了测量与仿真计算之间的相互正确性。箱梁上下缘应力计算值和实测应力的对比, 也表明结构仿真分析的正确性。
2) 收缩徐变后桥梁变形很小, 仍然有一定的预拱度, 保证了桥梁线形和后期行车的平顺性;这说明设计时计算预拱度是合理可靠的。
3) 从箱梁上下缘受力大小计算可以看出:设计计算值是很合理的, 使结构在收缩徐变完成后仍然保持足够的压应力储备, 保证了桥梁在运用阶段不因汽车荷载产生裂缝;同时最大应力11.5MPa也保证了混凝土不至于压应力过大而被压碎。箱梁根部上缘和跨中合龙处下缘是桥梁运营时受力最大部位, 计算表明, 两处的压应力储备大致相当。
参考文献
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连续过程 篇10
连续柔性成形技术是一种多点控制的柔性辊与卷板技术相结合的新型板材成形方法[1],可以实现双曲度三维曲面的连续成形。吉林大学开发出的连续柔性成形的实验装置[2]可成形出球形、马鞍形等典型的三维曲面件。在连续柔性成形中,双曲度曲面件的成形是通过控制上下辊的形状而实现的。但要成形形状更加复杂的曲面件并实现自动化控制,就必须开发出相应的CAD软件。利用这种CAD软件,计算机只需读入曲面零件的点云数据,然后进行一系列工艺计算,最后就可控制连续柔性成形设备完成柔性辊的调形和柔性辊位置的控制,实现连续成形。在软件的开发中,对成形件目标曲面的描述是调形与控制的基础。三角形网格数据表示的文件已在快速成形[3]、反求工程[4]、图像真实感显示和有限元等方面得到了广泛应用,不仅结构简单、便于处理、应用性和通用性好,还能克服NURBS表示零件曲面相关信息时容易丢失数据的不足。笔者在三角形网格重构目标曲面的基础上,推导出控制点坐标与三角形单元节点坐标的关系,并采用三次B样条曲线建立了连续柔性成形的横向控制模型。另外,针对理想弹塑性材料的成形件,建立了板料在成形过程中的纵向控制模型。
1 连续柔性成形原理
图1所示为已开发的连续柔性成形的实验装置。成形方式如图2a所示,可弯曲的柔性辊用的是钢丝软轴(由钢丝多层缠绕而成,表面被磨削成光滑的圆柱面)。柔性辊的形状由一系列高度可调整的调形单元来控制,如图2b所示。在成形过程中,板料通过上下柔性辊的线接触和各柔性辊的转动实现连续的进给,同时产生纵向滚弯与横向压弯的连续塑性变形。成形工件的纵向(沿辊子滚动方向)变形是由上辊下压量来控制的,横向(垂直于辊子滚动方向)变形则主要由柔性辊轴线的轮廓形状来决定。对于在成形过程中横向与纵向曲率随时间变化的曲面,连续柔性成形设备需要利用计算机实时调整控制点及上柔性辊的位置。
2 成形曲面的描述
连续柔性成形是一种线接触的成形方式,成形件的最终曲率是由板料线变形逐渐累积形成的。要实现连续柔性成形过程的控制,就需要将成形件目标曲面的CAD模型用一系列的曲线来表示。目标曲线的形状决定了不同时刻柔性辊轴线的形状,根据每一条曲线的数学描述对柔性辊进行调形。要建立这些曲线的数学模型,首先需要将读取后的目标曲面的几何信息离散成三角形网格;然后沿着目标曲面的纵向从三角形网格中截取出一系列的等距线(每条等距线的形状都可由线上的控制点来控制);最后利用有限元的方法建立三角形单元节点坐标和控制点坐标的关系,求出控制点的坐标,进而对柔性辊进行调形。
目标曲面离散成三角形网格后,每一个控制点必然属于一个特定的三角形单元,如图3所示。以其中的一个三角形单元和单元平面上的控制点为对象,三角形单元的3个节点分别为pi(xi,yi,zi)、pj(xj,yj,zj)和pm(xm,ym,zm),可以建立单元节点坐标和单元内任意一点坐标的关系式:
式中,Ni、Nj、Nm为形函数;Δ为三角形单元的面积。
为便于在程序中描述三角形单元内部任意位置的z坐标,将式(2)代入式(1)得
为了检验三角形面片重构曲面的误差,对半径为300mm的球面(计算区域为180mm×180mm)进行了曲面重构的误差分析,结果如表1所示,随着三角形单元的加密,误差越来越小。当单元个数为3362时,其平均误差为0.0019mm。所以可以通过细化目标曲面的三角形网格来减小曲面重构时的逼近误差。
3 横向控制模型
成形件横截面形状的控制是通过改变柔性辊轴线的形状而获得的。采用多点调形原理,通过若干个离散的控制点,对柔性辊的轴线进行数字化调整。由于柔性辊在调形过程中形状的变化是弹性变形,柔性辊相当于弹性样条,所以采用三次B样条曲线就可以很好地描述调形后的形状,三次B样条曲线是由n-2条三次多项式曲线段(Bézier曲线段)P0(u)、P1(u)、…、Pn-3(u)构成的曲线。通过三次B样条曲线逼近n+1个特征多边形的顶点V0、V1、…、Vn(n≥3)。三次B样条曲线可以用矩阵表示为[5]
式中,u为参数,0≤u≤1;Br,3(u)为三次B样条基函数。
当成形件的目标曲面离散成一系列的等距线后,成形过程中柔性辊的形状可由等距线形状来决定。假设目标曲面纵轴为y轴,由于每条等距线上控制点的y坐标是一个常数,因此每条等距线都可以简化为平面oxz上的平面曲线。在每条等距线上设置了n个控制点(图4),在横向(x方向)上,控制点的间距为L,给出初始的x值,就可得到一系列的x坐标值xk(k=0,1,…,n)。根据控制点的x坐标和y坐标,并利用式(3)就可以求解出z坐标,这样也就得到每一条等距线上的控制点。
反求出每条等距线上的一系列控制点V0、V1、…、Vn。要使三次B样条曲线经过控制点两端的端点V0和Vn,需要给定两端点边界条件:
再令V′1=V1,V′2=V2,…,V′n-1=Vn-1。最后根据控制点V′0、V′1、V′2、…、V′n便可建立每一条等距线的数学模型:
4 纵向控制模型
成形工件纵向曲率的变化是通过改变上柔性辊的下压量来实现的。要建立纵向(y方向)的控制模型,首先要根据成形件目标曲面的几何信息求出工件最终的曲率半径;进而求出工件回弹前的曲率半径;最后利用工件回弹前的曲率半径与上辊下压量的几何关系求出上辊的下压量,从而建立纵向控制模型。
在连续柔性成形中,成形件在宽度方向(x方向)的尺寸通常比较大,可近似满足平面应变条件。假设板条为理想的弹塑性材料,在承受弹塑性弯曲后经过卸载,材料的曲率在卸载过程中逐渐减小,发生回弹,回弹前与回弹后的曲率比为[6]
式中,R为回弹前的曲率半径;σs0为材料的初始屈服应力;E为弹性模量;ν为泊松比;H为工件的厚度;RF为工件最终的曲率半径。
连续柔性成形中成形工件回弹前的曲率半径为
考虑到R>0,可以解出R:
利用如图5所示的上柔性辊下压量h与板料纵向曲率R之间的几何关系,就可以得到上辊下压量的控制模型:
式中,D为下柔性辊直径;L为两下柔性辊的间距。
5 连续柔性成形CAD软件的开发
为满足对柔性成形过程自动控制的要求,该软件应具有以下几个主要的功能模块:成形曲面的描述与重构模块、成形过程的横向控制与纵向控制模块、图形的显示及结果输出模块。
成形曲面的描述与重构模块主要是将已有的CAD模型的曲面信息转化为STL格式文件,并将其读入到软件中。首先采用二分法对读入的节点信息进行筛选排序,去除冗余节点;随后利用STL文件中无序的几何信息重新建立三角形面片之间的拓扑关系[7],将目标曲面离散成三角形网格;再从三角形网格中截取出等距线,计算并保存等距线上控制点的坐标;最后利用这些控制点重构曲面。由于不同目标曲面的控制点的个数是不同的,所以在对三角形网格模型的几何信息和控制点坐标进行存储时,采用了Visual C++中提供的动态数据组CArray类。
成形过程的横向控制模块的主要功能包括工件最佳成形位置的确定和柔性辊形状的控制。首先对工件的边界点进行搜索,属性值为-1的点为边界点,在边界点中搜索出距离最大的两个节点,这两点的连线为第一条对角线,在与第一条对角线成一定夹角的基础上,对其余的边界点进行判断,在剩余节点中求出距离最大的节点并将其连线确定为第二条对角线。所得的两条对角线的方向向量分别为n1和n2,由n1和n2确定的平面即为工件的最大投影面。将曲面上的点云进行旋转处理,使最大投影面与调形单元的基准平面相平行。然后对曲面进行平移变换,使曲面中心点与设备成形域的中心点重合[8],从而确定出工件的最佳成形位置。柔性辊形状的控制需要根据成形中柔性辊轴线形状的数学描述,计算出各个基本体的高度,并将模型的区间[0,1]K等分(一般情况下,K取20或30),两个等分点之间以直线相连,即用K段折线段来近似逼近曲线,就可以得到不同时刻时柔性辊轴线的形状。
在成形过程的纵向控制模块中,首先根据建立的工作周期内的纵向模型,将成形过程有序地离散,并将离散后相应的各个状态的图形要素(包括回弹前的曲率半径、上辊下压量以及各个时刻控制点的坐标)计算出来并保存;然后在程序中设置成形开始的约束条件,如果控制成形开始的程序满足条件,软件界面则将不同时刻时板料的成形状态显示出来,如果控制程序不满足约束条件,成形过程的控制程序停止或者结束运行。
显示模块的主要功能就是利用OpenGL的核心函数将重构后的曲面展示给用户。曲面由很多三角面片拼接而成,要对其进行光滑处理,并采用OpenGL中的明暗渲染、融合及反走样处理来实现视觉上的最佳效果。
结果输出模块主要是将计算出来的各个瞬时的基本体高度以及STL格式文件以文本的形式输出,便于和其他软件交换。
6 应用实例
图6所示为一种典型的三维曲面件——马鞍形件的整个调形及成形过程。在调形前,对基本体参数进行设置,调形单元的数量为12,纵向宽度为31mm,横向宽度为15.5mm,高度为85mm,柔性辊直径为15.5mm,如图6a所示;成形件的截面半径为220mm,点击调形按钮对调形单元和柔性辊进行调形,图6b中所示的是调形后的状态;马鞍形件的成形轮廓区域尺寸为200mm×180mm,上柔性辊的下压量为1mm,点击驱动上辊下压按钮得到图6c所示的状态。启动成形开始按钮工件开始成形,结果如图6d所示。
通过对成形过程的仿真,最后可以输出各个时刻所有调形单元的高度和上调形单元的下压量,从而控制连续柔性成形设备完成基本体和柔性辊的调形,实现工件的连续成形。图7所示为采用开发的CAD软件控制连续柔性成形设备成形出来的板料零件,其尺寸为400mm×600mm×4mm。应用双目视觉测量方法对其成形精度进行测量分析,误差分布如图8所示,其最大误差为4.2829mm,出现在板料零件的边缘处。
7 结论
(1)读取目标曲面的几何信息后,将目标曲面离散成三角形网格,建立了控制点坐标和三角形单元节点坐标的关系,从三角形网格中截取一系列的等距线,并求出等距线上各个控制点的坐标值。
(2)用三次B样条曲线描述了每条等距线,通过该数学描述计算出调形单元的高度就可对柔性辊进行调形。
(3)针对理想的弹塑性材料,建立了目标曲面纵向曲率半径与上柔性辊下压量之间的数学关系。
(4)运用了计算机辅助几何设计的数学理论OpenGL图像处理提供的核心函数开发了连续柔性成形CAD软件,可从几何上完成了其过程的仿真。
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