筒体结构

筒体结构（精选9篇）

筒体结构 篇1

引言

外涵机匣分主要分为三大类,一类为复合材料外涵机匣,另一类为薄板钛合金成形后焊接安装座结构,另一类为锻铸件机械加工的外涵机匣。前两种常规外涵机匣的共同缺点为强度低,无法适用新形发动机的要求。而机械加工的外涵机匣因加工效率较低,制造成本较大,不适合批量生产。为适应新形的发动机要求,国内开展了厚板钛合金成形后,经机械加工加强肋后再焊接安装座或化学铣加工加强肋和安装座,新形结构外涵机匣大大提高零件的强度,符合新形发动机的要求。但厚板钛合金的成形困难,加工精度低、单组件焊接变形、工艺流程安排等问题需要研究和解决。

1 材料及结构分析

1.1 材料分析

化铣结构的外涵机匣一般为钛合金TA15材料,TA15钛合金的名义成分为Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V。属于高Al当量的近а形钛合金,它既具有а形钛合金良好的热强性和可焊性,又具有接近а-B形钛合金的工艺塑形。TA15钛合金具有中等的室温和高温强度、良好的热稳定性和焊接性。TA15长时间工作问度可达500℃,瞬时可达800℃。450℃下工作时寿命达6000h[1]。TA15材料化学成分见表1。热处理制度见表2。

TA15钛合金常温屈服极限较高,其常温屈服极限930~1130Mpa,是一种常温下难成形的材料,而厚度采用的大于4mm厚度,这更加大了零件的成形难度。本材料的焊接性能良好,其焊接焊接主要问题是焊接接头脆化、焊接接头裂纹、焊接气孔。

加强保护,严格焊前清理,控制焊接速度。选择合适的焊接参数,优良的焊接方法的选择,焊后进行真空热处理。以达到减少焊接缺陷。

1.2 设计结构分析

外涵筒体分为、直段筒体、对开锥段筒体、带形面的筒体结构。如图1所示。零件厚度为4到10mm,零件成形后分为机械加工加强筋和组合后化学铣加工两种方式。筒体厚度增大,给零件的成形及焊接带来一定的困难,零件加工精度的提高。

2 工艺

2.1 焊接方法的选择

焊接中,焊件受到电弧不均匀的加热,受热区的金属热膨胀程度就不同,此时由金属热引起的内应力及变形是暂时的;当焊接完成,焊件冷却后,剩余的内应力造成焊件最终的焊接变形。从筒体机匣的结构情况看,选择先进的焊接方法电子束焊接。电子束焊接以其高功率密度、焊接热输入量小、焊接变形小、焊缝深宽比大、焊接接头无氧化、焊接后残余应力小和焊缝质量好等特点。针对此零件的结构特点,焊接部位大于4mm的钛合金焊接,符合电子束焊接的要求,能最大程度地发挥电子束焊接的优势,电子束焊的熔深比一般为5:1到10:1,是普通熔焊方法几十倍[2]。

2.2 焊接参数确定

通过对材料的分析,选取与零件技术条件、状态、厚度与正式零件相同的TA15零件进行焊接参数试验,参数试验在焊接前进行,焊接试片的表面状态与实际零件相同,经多次调整焊接参数,确定如表3的焊接参数。

2.3 主要工艺流程

零件成形的精度,主要取决于零件的下料尺寸,预留滚床成形压边余量计算展料尺寸;激光或水切割下料,预留滚床成形时压边100mm以上;四轴滚床成形;铣加工去除弯曲时预留的工艺压边,保证零件对接口位置母线向心,截面厚度等于料厚;钛合金焊接前酸洗;氩弧焊定位,定位焊后采用氩弧焊接或电子束焊接,焊接中定位时用专用高强度刚性夹具夹紧;焊后无损检测;不带型面面的零件直接采用真空热定形的工艺完成零件的成形,带型面面的零件采用气胀加热定形的综合工艺方法。

2.3.1 筒体气胀成形

如何确定气胀成形的温度,是筒体气胀成形工艺能否成功的关键问题。温度不够,材料没有明显的超塑性,筒体直段无法有效成形;温度过高,有可能造成TA15材料的晶粒粗大,降低材料强度,影响零件使用。TA15板材热处理温度为850℃,于是我们将筒体气胀成形温度确定为850℃;在这个温度时TA15材料既有很好的塑性,组织性能又保持不变。

气囊材料和气胀压力的选择,对筒体气胀成形也是至关重要的。以往薄壁钛合金筒形件气胀成形时,气囊材料大都采用08F,厚度0.5mm,气胀压力为0.3-0.5MPa。对于TA15厚板材的气胀成形,我们选择1Cr18Ni9Ti材料,厚度1.0mm板材作为气囊材料,气胀压力选为0.8MPa。

气胀成形夹具结构见图2,此夹具由内壁、外壁和气囊等组成,在气胀炉中采用高温利用气囊的压力对筒体直段进行成形。

2.3.2 筒体气胀成形后热定形

筒体气胀成形只是将直段进行初成形,要想达到筒体设计尺寸,还需要对筒体进行真空热定形。热校形的原理是根据钛合金材料高温塑性好,线膨胀系数较小的特点,采用某种高温刚性较好,线膨胀系数较大的材料制成一个内胎,该内胎在常温下能够自由地装进已变形的钛合金零件内,而在高温时,恰好与零件在高温状态下的理想内形面吻合。将该胎具在常温下装进零件,一同放进正空炉内,随着温度的升高,因胎具的线膨胀系数较钛合金的线膨胀系数大,使零件零件受到胎具膨胀而产生的压力,发生塑性变形至理想状态。当零件和胎具一同降至室温时,此热塑性变形保持下来,从而达到零件成形或校正零件变形的目的。筒体热定形胎具结构见图3。

该热定形胎具全部采用1Cr18Ni9Ti材料,利用材料热膨胀原理可以在750℃下对筒体进行热定形,使筒体内径达到设计要求。

3 结果讨论与分析

钛合金中厚板材加工筒形件,往往采用热成形1/2或1/3进行加工,如果零件较大,分瓣会相应增加,并且热成形加工时氧化问题不可避免,同时分瓣成形后给焊接带来很大难度,焊接后需要对零件进行多次热定形,能源浪费、成本较高。我们采用预留滚压压边、数控四轴冷弯成形、电子束焊接、气胀成形、真空热定形工艺、机械加工大小端直径的工艺路线,完成零件的成形及加工,零件加工后满足设计图纸及组件的焊接要求,本加工路线对带型面的厚筒形件进行成形尝试,取得了很好的效果,同时节省了庞大的热成形、热校形工装。钛合金中厚板筒形件成形的成功研制和新工艺的应用,为钛合金钣焊加工拓展了新的空间。

参考文献

[1]吕春光,邱明星,田静,等.航空发动机外涵机匣结构建模方法研究[J].航空发动机,2012,38(1):29-32.

[2]贾铎,高雷,高东武.穿过外涵机匣的管路结构设计[J].航空发动机,2015,41(3):36-38.

筒体结构 篇2

1、一种筒体运输叉车，由叉车和载物平台构成，其特征在于，载物平台由支撑面和底座构成，支撑面位于底座上方，底座上有与叉车臂数量和形状相适应的孔，支撑面为圆弧形。

2、根据权利要求1所述筒体运输叉车，其特征在于，所述的圆弧支撑面上有滚轮。

3、根据权利要求1所述筒体运输叉车，其特征在于，所述的滚轮为至少三排，每排5-10个。修改后权利要求书7.23

1、一种筒体运输叉车，由叉车和载物平台构成，其特征在于，载物平台由支撑面和底座构成，支撑面位于底座上方，底座上有与叉车臂数量和形状相适应的孔，支撑面为圆弧形；所述的圆弧支撑面上有滚轮；所述的滚轮为至少三排，每排5-10个。意见陈述7.23 尊敬的审查员：

我们不同意第一次审查意见，陈述意见如下 ：

一、本技术方案与对比文件1技术特征

从对比文件1的文件可以看出，对比文件1的目的是提供一种便于转运大尺寸筒状结构部件的转运支架。其技术特征为：

1、呈立方体的支撑架体，2、槽孔，3，支撑架体顶部的弧形支撑面；

4、权利要求2进一步限定弧形支撑面覆盖支撑架体，并向支架体底部方向延伸。从对比文件的图1及权利要求2的描述可以看出，对比文件1的圆弧支撑的圆弧方向是向下；

5、权利要求3和4进一步限定弧形支撑面由第1弧形支撑面和第2弧形支撑面构成，两弧形支撑面之间有连接部；

6、权利要求5和6进一步限定支撑架上的固定条，支撑架由槽钢和H钢制成；

7、权利要求7进一步限定圆弧支撑面的材料为钢板；

8、权利要求8进一步限定槽孔位置。

本申请并是针对搬运普通圆柱形或易滚动物体，其技术特征为：

1、底座，从附图和说明书看为该底座为框架型，低矮、没有支架及固定条；

2、支撑面，为圆弧形，从附图上看圆弧方向是向上，被搬运物体是水平放置，圆弧向上的支撑面可以有效防止被搬运物体在搬运过程中滑落；

3、底座上有与叉车臂数量和形状相适应的孔；

4、权利要求2和3进一步限定圆弧支撑面上有滚轮，滚轮的作用是防止被搬运物体与圆弧支撑面摩擦受损，也为方便移动被搬运物体。

二、两者的特征比较。认真比较了本申请与对比文件1的技术方案，有本质上的区别如下

1、发明目的不一样。本申请是为方便搬运普通圆柱形或易滚动物体而设计，对比文件1是为便于转运大尺寸筒状结构部件而设计。

2、两者的技术方案不同。对比文件1的支撑架体与本申请的底座结构完全不一样；

3、两者均有弧形支撑面，但结构不同。对比文件1的弧形支撑面圆弧向下，且由两片组成；本申请的弧形支撑面为1片，圆弧向上；

4、两者均有与叉车相适应的孔。

5、本申请的圆弧面上设有滚轮。

6、从结构上看，本申请结构简单，用料少，制作成本低。

三、经过上述比较我们认为，本申请与对比文件1相比较，两者的发明目的不一样，所要解决的技术问题也不一样，所能产生的技术效果也不一样。

四、修改

为了更加突出本申请的特征，本次修改我们将权利要求2的内容加入权利要求1。经修改的权利要求书具备专利法所述的新颖性。以上意见妥否，请指正。

本申请图

对比文件1图

一种筒体运输叉车

技术领域

[0001] 本实用新型涉及一种货物搬运装置，特别涉及一种筒状物体的搬运装置。技术领域

[0002] 叉车普遍运用于货运他储等领域，其搬运是通过其提升装置和叉车臂的联运实现，所搬动的货物必须要放置在与叉车臂相适应的托盘上，如果是圆形等不规则的物体则在搬运的过程中容易滑落，特别是圆形或者是圆柱形的物品尤其突出。发明内容

[0003] 本实用新型的目的旨在于克服现有技术的缺陷，提供一种专门用于圆筒状物体搬运的筒体运输叉车。[0004] 本实用新型所述的筒体运输叉车，由叉车和载物平台构成，载物平台由支撑面和底座构成，支撑面位于底座的上方，底座上有与叉车叉臂数量和形状相适应的孔，支撑面为圆弧形。

[0005] 所述的圆弧形支撑面上有滚轮。[0006] 所述的滚轮为至少三排，每排5-10个。

[0007] 本实用新型所述的筒体运输叉车，是专门用于圆筒状的货物搬运，现有的叉车的载物为一平面，圆筒状的货物置于其上容易滚落，因此将平面的支撑面设计成圆弧形，圆筒状的货物可以放置于其上而不会滚落，而且为了减小支撑面与圆柱的摩擦，在支撑面上设置有滚轮，滚轮至少三排，每排有5-10。本实用新型结构简单，造型独特，适用。附图说明

[0008] 图1为本实用新型结构示意图。[0009] 图中，1-支撑面，2-底座，3-滚轮。具体实施方式

[0010] 下面结合附图对本实用新型做进一步的说明，但不限于实施例。[0011] 实施例1

筒体结构 篇3

关键词 压力容器;烟火管筒体;焊接工艺GMAW;SAW

中图分类号 TH49 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)082-0150-01

2009年公司承接了一批压力容器的制作任务,这批压力容器烟火管筒体主要部件,其工作压力为0.7MPa,其中压力容器介质有水和油,焊后要求X射线100%探伤Ⅱ级。

在压力容器烟火管筒体的制作过程中,为保证烟火管的焊接质量,在焊接烟火管筒体时,我们对传统的焊接工艺进行了改进。烟火管筒体为中厚板,传统的焊接方法为:内侧坡口均采用手工电弧焊封底和盖面,在这种焊接方法中,在焊缝根部容易出现一系列的焊接缺陷,因此,在进行埋弧焊前,必须进行清根处理,即使是这样、在X射线探傷时,其一次合格率仍较低,严重影响了生产效率,为了提高其生产率,保证焊接质量,并顺利通过焊接工艺评定,为此,我们开发了一种新型的焊接工艺,即内侧坡口采用CO2气体保护焊,外侧采用碳弧气抱清根埋弧自动焊填充和盖面一遍成型,并将其应用于生产,取得了良好的经济效益。

1 设计原理

选埋弧自动焊、CO2气体保护焊,熔深好,焊缝成形美观,工艺焊缝质量好、焊接速度快、节省了焊接材料而且焊缝内部的质量容易达到探伤质量的要求。CO2气体保护焊保护效果好,且成形易于控制。关键是设计出合理的坡口形式,以消除成型和内部缺陷等;并且采用合理的焊接焊接工艺参数,以实现第一层采用CO2气体保护焊短路过渡焊,第二层CO2气体保护焊短路过渡焊、第三层采用埋弧自动焊保证焊缝质量,减少气孔等缺陷。

1.1 坡口形式

如何解决新工艺的坡口形式和间隙设计。即要保证内侧CO2气体保护焊良好的成形,又要有利于焊工的操作。间隙不用太大,有利于坡口两侧溶化,但不能夹丝,操作难度较大;太小则反之。两边溶合不好,易造成焊接缺陷、操作困难。另外,在设计上外侧采用埋弧焊自动焊接方法,又要避免由于内侧熔敷金属烧穿现象。设计了如图1所示的坡口形式。

图1 坡口形式

1.2 工艺特点

影响熔池存在时间和熔池几何形状的主要因素是被焊金属的热物理性能、坡口角度、尺寸、焊接方法以及焊接规范等。假设基本金属的热物理性能、坡口角度及尺寸为定值时,熔池存在的时间和熔池的几何形状可以用下式表示:

t=M/v=UIJS/v

式中:t—熔池存在的时间,s;

   S—散热系数;

   v—焊接速度,mm/s;

   U—电弧电压,V;

   I—焊接电流,A;

   J—熔池几何形状系数,mm;

   M—熔池几何形状当量外径,mm。

由上式可以看出,CO2气体保护焊具有利烟火管筒体焊接条件。

CO2气体保护焊的电弧热量集中,加热面积小,液体熔池小,熔池几何形状比手工电弧焊,有利于熔池的控制。

CO2气体保护焊电流密度较大,可以达到足够的熔深,由于熔池体积较小,焊接速度快,在CO2气流的冷却作用下,熔池停留的时间短,因此既有利于控制熔池。

CO2气体保护焊熔渣较少,熔池的可见度较好,便于直接观察熔池的形状,焊工可以依据电流的大小来控制焊接速度和摆动以保证焊缝成形,易操作且效率高。

1.3 焊接工艺参数

以实现第一层CO2,第二层CO2、第三层埋弧自动焊、不但要有合理的使用焊接电流和电压必须掌握好焊接速度。参数的选择要保证操作便利、良好的成形。焊接参数见表1。

2 试验过程

1)母材材质及规格:材质为Q245R钢,φ80mm×12mm,L=1000。

2)数量:四节筒体,3条环缝,4条纵缝。

3)焊接方法:筒体内侧CO2气体保护焊,外侧埋弧自动焊。

4)焊接材料:气体保护焊焊丝型号为ER50-6,直径为φ1.2mm;埋弧焊焊丝牌号为H08A,直径φ4.0mm,焊剂:HJ431。

5)气体:CO2,流量为14.5-18.5L/min。

6)CO2焊丝伸出长度为10-15mm;埋弧自动焊时焊丝伸出长度为30-40mm。

7)焊接设备:逆变式NBC-500CO2气体保护焊机;埋弧焊电源选用IGBT逆变MZ-1000系列直流埋弧自动焊机,操作架为4000mm×7000mm。

8)坡口形式如图1所示。

9)焊接顺序:内侧采用CO2焊焊两层,外侧采用自动埋弧焊一层填充和盖面。

10)技术要求:坡口采用半自动气割加工,严格控制装配间隙、错边量。装配点固焊在内侧坡口内。内侧CO2焊焊后,外侧碳弧气抱情根和打磨。

3 结语

1)X射线检测按JB4730-2005标准检验,100%射线Ⅱ级合格。

住宅中筒体剪力结构设计探讨 篇4

1 正剪力滞后效应

1.1 正剪力滞后现象产生的原因

对SLE的研究、应用距今已有几十年历史, 但对其产生原因的文献却很少。目前学术界对产生这一效应产生的原因认识比较一致:认为是由于翼缘 (主要是裙梁) 的剪切变形引起角柱轴力加大, 角柱受拉, 使与它相连的裙梁承受剪力, 同时又使与裙梁相连的第二根柱受拉第二根柱子受拉又使与之相连的第二根裙梁承受剪力, 同时又使向内的第三根柱子受拉, 如此传递。这种传递造成中柱的轴力减小, 角柱轴力增大。这是所谓的力传递说。可通过增大柱与柱之间联系的裙梁抗剪刚度, 来减少剪力滞后现象。

剪力滞后与梁宽、荷载、弹性模量及侧板和翼缘的相对刚度等因素有关。框筒结构是由密排的柱在每层楼板平面用窗裙墙梁连接起来的空腹筒。框筒的受力特点比一个封闭筒更要复杂一些。这主要是连梁的柔性产生了剪力滞后现象。它使角部的柱子轴向应力增加而使中间的柱子轴向应力减小。这一作用使楼板产生翘曲, 并因此而引起内部间隔和次要结构的变形。

引起筒体结构SLE的原因是沿翼缘方向上的抗侧力刚度不均 (称为横向刚度) :角柱由于腹板的作用使其抗剪刚度增大, 中柱则相对抗剪刚度减小。刚度低的中柱产生较大弯曲变形, 使裙梁及楼板也跟着变形, 中柱抗弯能力降低, 轴力减小, 由于腹板的作用而刚度增大的角柱轴力自然会增大。

受拉翼缘:由于腹板的作用, 加强了角柱的抗剪刚度, 使沿翼缘方向的抗侧力刚度不均匀。刚度低的中柱则会产生较大弯曲变形, 从而引起楼板及裙梁的翘曲, 不满足平截面假定。中柱弯曲拉应力将会比理论值减小, 即轴力减小。为满足力矩平衡, 角柱轴力将会比理论值增大, 从而使角柱轴向变形增大, 楼板、裙梁翘曲加剧。

同时, 下层楼盖的变形将会受到上层楼盖的约束, 上层楼盖产生形如所示的约 束反力。越靠近底层楼盖变形越小, 所以上层楼盖的约束反力对其影响不大, 呈现PSLE。但随着楼层增加, 楼盖变形加大, 约束反力的作用越来越明显, 直到呈现NSLE。

受压翼缘:由于结构对称, 受压翼缘内力与受压翼缘反向对称。同时, 楼盖的翘曲也沿轴呈反向对称。左右腹板:翼缘一侧楼盖的翘曲 (如上所述) , 同时腹板一侧的楼盖也会发生翘曲。

1.2 减小措施

下面主要从正剪力滞后的影响因素方面, 分析减少正剪力滞后的措施。

(1) 梁的剪切刚度与柱的轴向刚度之比Sf, Sf之比愈小, 剪力滞后越大, 结构的应力分布与整截面梁的应力分布偏离较远。由于框筒不是实截面梁, 竖向力由角柱向中间柱的传递需要通过梁的剪力来实现, 梁的剪切刚度愈小, 截面的整体性愈小, 剪力滞后愈严重。框筒结构要用高的窗裙梁、密排柱组成, 正式加强结构的整体性, 减少剪力滞后所需要。

(2) 框筒的高宽比H/B, 框筒的高宽比对结构的整体作用起着重要的作用。当高宽比很小时, 整体的弯曲作用不大, 水平荷载主要由平行于荷载的腹板框架承担, 翼缘框架的轴力很小, 担负的弯矩不大。一般说框筒的高宽比不小于3时, 空间作用才显著。高宽比很小的结构, 作成筒状也起不了筒的作用。

(3) 框筒的长宽比L/B, 框筒的长宽比L/B愈大, 剪力滞后愈大, 结构的整体性愈差。所以, 矩形框筒的长宽比不宜太大, 首选长宽比为1, 一般宜L/B不大于2。为定量分析剪力滞后效应, 引入剪力滞后系数λ, 该系数表示为考虑“剪力滞后效应”所得的竖向应力与按平截面假定所求得的竖向应力的比值。剪力滞后系数λ按式 (1) 计算。

λ=1+EIM (z) (1-y2b2-2I23I) ω′ (式1)

在L/B一定时, λb随高度的增加, 在底部逐渐减小, 在顶部无相同变化规律λ0随高度的增加, 在底部逐渐增大, 在顶部无相同变化规律。说明用剪力滞后系数来研究剪力滞后现象, 在底部是较准确的, 在顶部将有较大的误差。

2 负剪力滞后效应

筒体 (框筒) 结构随着楼层增加, 楼盖变形加大, 上层对下层的约束反力的作用越来越明显, 慢慢产生了负剪力滞后现象。负剪力滞后效应的影响因素:荷载形式、开洞率和高宽比。

3 结语

剪力滞后使框筒结构降低了结构的抗侧刚度与抗倾覆能力, 同时使得空间整体性能不能完全发挥。在设计时应予以考虑, 否则对强度的估计会产生误差。本文从剪力滞后现象产生的原因入手, 进一步提出减小其效应的措施, 对高层建筑设计有一定的指导意义。

参考文献

[1]杨辉丽.高层住宅中短肢剪力墙结构的设计探讨[J].新疆职业大学学报, 2007, (3) :99-100.

[2]王建祥, 苏枋, 李双喜, 于建军.基于ANSYS的工程结构仿真实验研究[J].实验技术与管理, 2010, (4) :67-70.

[3]汪其兵.长肢一字形截面柱极限承载力的研究[J].安徽水利水电职业技术学院学报, 2009, (3) :38-40.

筒体结构 篇5

最近几十年来, 高层建筑在国内外发展特别迅速, 层数的增多, 高度的增加, 体型变得越来越复杂, 结构体系变得越来越新颖。高层建筑的这种发展趋势, 必然对现实高层建筑结构分析和设计提出了新的研究性课题。高层建筑的结构分析方法从简单分析向复杂分析, 从线性到非线性, 从静力到动力, 从不考虑各种变形到考虑楼板变形、考虑上部结构与地基的相互作用等等发展过程。高层建筑是一种非常复杂的三维空间结构, 而且其中的构件种类繁多, 这就对其进行结构分析, 或多或少都要作出一些假定。这些理论与一定时期内所采用的计算工具及人们对结构分析的掌握程度相适应。

1 高层结构的分析特点

高层建筑结构一般都处于竖向荷载 (结构自重、使用荷载及竖向地震荷载) 及水平载荷 (水平地震荷载) 等复杂状态下的综合作用。载荷对结构产生的内力是随建筑物的高度变化而变化的。当建筑物的高度不断增加时, 竖向荷载对结构产生的轴力和高度成正比。水平荷载对结构产生的弯矩作用也随高度的增加而相对增大。所以, 对于高层结构, 竖向荷载和水平荷载起到决定性的作用。这就是高层结构的受力特点。

2 计算模型

某高层框架筒体结构写字楼, 总的建筑高度为54 m, 每层层高为3 m, 一共18层, 结构平面布置图见图1所示。

为了计算方便钢筋混凝土的密度统一为2 700 kg/m3, 弹性模量按混凝土的弹性模量取值, 泊松比取为0.2, 竖向荷载只考虑自重的作用, 各主要承重构件的截面尺寸及混凝土强度标号如表1所示。

应用有限单元法对混凝土结构进行分析时, 所得结果的可靠性在很大程度上取决于材料模型的真实性。在建立混凝土本构关系时一般都是基于现有的连续介质的本构理论, 再结合混凝土的力学特性, 确定甚至调整本构关系中各种所需的材料参数。线性弹性理论认为应力应变加载、卸载时呈线性关系, 服从虎克定律, 应力应变是相互对应的关系[3]。本文中主要通过观察筒体结构的时程关系和抗震滞会性能, 故采用这种最简单的线弹性理论进行分析。

所建立的三维模型中, 梁柱等构件采用大转动、大位移三维梁单元BEAM188。外墙采用SHELL63单元。建成后的有限元模型如图2所示。地震加载采用“中国天津 (1976) 地震竖向和水平记录”, 天津波的记录时长为5 s, 时间间隔为0.01 s, 场地类别为Ⅲ类场地, 不考虑风荷载的作用, 只考虑水平和竖向地震作用。

3 结构动力时程分析

3.1 有限元时程分析

整体结构在不同楼层下的水平位移随时间的历程曲线如图3所示, 从振幅的大小, 分别为第18、15、12、9、6、3层的时间历程曲线。

通过上面的时间历程图, 可以发现最大的水平位移值均发生在顶层。顶层最大振幅为-9.6 mm, 层间位移均满足建筑规范要求。从时间历程曲线上可以看出, 结构出现塑性铰以后, 结构的振幅会有所增大[2]。从图3中可以看出, 结构的振幅一直保持等比例的增长, 故筒体结构未曾出现塑性绞, 筒体结构设计完全满足7度罕遇地震的作用。

其中有图4的滞回曲线可以发现, 在地震作用的初期, 地震加速度相对比较小, 滞回曲线很丰满, 主要是筒体结构的耗能性能比较理想, 后期的滞回曲线存在严重的“捏缩”现象[3], 主要由于筒体结构的破坏而引起的, 表明有相对很大的剪力存在, 耗能能力明显减小。

图5最大位移处的筒体的等效应力云图可以发现, 7度罕遇地震作用时, 框筒一筒体结构中的核心筒起着主要承受水平力的作用, 破坏总是核心筒先破坏, 依次为框架柱和框架梁[4]。采用8度罕遇地震作用时, 核心筒首先破坏, 连梁和核心筒体连接的部位全部开裂, 破坏比较严重。

3.2 结构设计对比分析

通过以上资料, 笔者利用现行的结构设计软件进行了整体结构的设计, 比较分析整体地震作用下的层间位移。得出结构的水平位移随层高的变化见图5所示。

通过图5可以发现, 整体结构的最大水平位移为5.8 mm, 说明在实测地震所用下结构地震响应要大于楼层设计出的地震位移。由于在进行抗震分析, 有限元分析是在弹塑性的范围内, 结构设计只在弹性范围内。

4 结 语

本文通过对一个高层筒体结构的时程分析实例, 结合筒体的底部剪力-顶部位移滞回曲线, 结合实际工程中的经验, 得出以下结论:

(1) 对筒体结构在地震作用下, 在现行的设计规范中, 设计分析和理论分析之间存在一定的差距。所以, 应该加强非线性分析在结构抗震中的应用。提高结构的分析效果。

(2) 在地震作用下, 筒体结构的破坏一般先从底部的内筒体发生破坏, 其次破坏连接筒体和框柱的连梁, 因此, 在施工和设计中, 应该加强该方面的防范措施。

(3) 地震加速度相对较小的时候, 筒体结构的滞会性能相对比较好, 随着底部筒体的破坏, 滞回曲线存在严重的“捏缩”现象, 耗能能力明显减小。

参考文献

[1]ANSYS在土木工程中的应用实例[M].北京:中国水利水电出版社.

[2]胡卫兵, 何建, 等.框架结构的弹塑性地震响应时程分析[J].西安建筑科技大学学报 (自然科学版) , 2002.4 (12) 365-370.

[3]何政, 欧进萍.钢筋混凝土非线性分析[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社.

筒体结构 篇6

关键词：超高层建筑,框架—核心筒体结构,结构设计案例

1 项目概况

该项目位于辽宁省大连市沙河口区, 为一栋40 层的集办公与公寓为一体的塔式超高层综合楼。地上建筑面积:53953 m2。设计依据为国家及地方现行结构设计规范规程与标准及本工程的《岩土工程勘察报告》、《工程场地地震安全性评价报告》。拟建建筑场地类别为Ⅱ类, 属建筑抗震一般地段, 场地较适宜工程建设, 综合评定场地与地基是稳定的。建筑设计使用年限50 年;建筑结构的安全等级二级;结构重要性系数1.0;地基基础设计等级为甲级;建筑物抗震设防类别的丙类场地类别Ⅱ。本场地抗震设防烈度为7 度, 设计地震分组为第二组, 设计基本地震加速度值为0.10g, 特征周期值为0.4s (罕遇地震特征周期值为0.45s) 。设计地震动参数按“安评报告”值取用。即:结构阻尼比0.05, 特征周期0.34s, 水平地震影响系数最大值0.107。小震弹性时程分析采用一组人工波和二组天然波, 三组波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。其加速度时程的最大值取42cm/s2。荷载均按《建筑结构荷载规范》及《全国民用建筑工程设计技术措施》相应值取用[1]。

2 基础及主体结构布置

该项目采用天然基础, 以中风化板岩为持力层, fa=1200kPa, 局部以中风化辉绿岩为持力层, fa=1500kPa。基础形式采用筏板基础, 核心筒下筏板厚度2.5m, 其它部位筏板厚度2.0m, 建筑物埋深约为建筑物高度的1/13, 满足基础埋深不小于1/15 的要求。地上结构40 层, 房屋高度为144.8m;结构型式为混凝土结构框架—核心筒体结构。外框架柱-2层~ 22 层采用型钢混凝土结构, 梁采用钢筋混凝土梁。楼层和屋面层采用现浇钢筋混凝土楼面, 其中二层、屋面层采用双向配筋。抗震等级:核心筒剪力墙一级, 混凝土框架一级;中震时出现小偏心受拉的混凝土为特一级构造。底部加强部位:1F ~ 4F (标高-0.10m ~ 16.80m) 。墙、柱混凝土强度等级C30 ~ C60;柱内型钢采用Q345B;梁、楼板钢筋混凝土强度等级为C30。外框架平面轴线尺寸为37.1m×34.6m。沿周边外挑0.45m, 长宽比值为1.07。混凝土核心筒外墙中心线尺寸为14.275m×13.8m。在水平两个方向上结构整体抗侧刚度接近一致。根据建筑要求, 在二层楼面有楼板开大洞, 对穿层柱进行抗震性能化设计, 并加强二、三层楼板, 这两层板厚度180mm, 采用双层双向配筋, 并验算楼板的截面受剪承载力。竖向布置:建筑高度为144.8m, 结构高宽比值为4.2, 核心筒高宽比值为10.5。一层层高为5.4m, 二层层高为5.0 米, 公寓层层高均为3.25m, 办公层层高度为3.7 ~ 3.9m。

3 结构超限类别及程度

该项目抗震设防烈度为7 度, 采用混凝土框架-核心筒体结构, 高度超过《高层建筑混凝土结构技术规程》第3 章中A级高度高层建筑结构适用的最大高度14.8m, 为B级高度高层建筑。二层楼面局部开大洞, 楼板不连续, 平面考虑偶然偏心的最大扭转位移比值1.36, 属平面扭转不规则[2]。

4 结构计算过程

分别采用SATWE和ETABS程序进行三维整体内力位移计算, 并采用SATWE程序的弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算。对楼面开大洞的楼层采用弹性楼板计算。结构计算以地下一层顶板为嵌固端, 并按规范要求进行嵌固部位的结构设计。依次进行小震与风作用的弹性计算、多遇地震的弹性动力时程分析、中震弹性计算、中震不屈服验算、剪力墙墙肢及框架柱中震不屈服偏拉偏压承载力验算、大震下主要墙肢受剪截面控制条件验算、弹塑性静力分析等。

5 超限设计的措施及对策

本项目采用钢筋混凝土框架—筒体结构, 高度超限, 楼板不连续, 平面扭转不规则。采用结构抗震性能设计, 分别验算结构在多遇地震、设防烈度、罕遇地震作用下的构件承载能力。采用2个有限元限程序 (SATWE、ETABS) 对结构进行了计算分析, 并按规范要求进行了弹性时程分析。采用静力弹塑性计算方法, 对结构在罕遇地震作用下的弹塑性层间位移及构件屈服状况进行了分析。通过计算分析, 本工程能够满足设定的抗震性能目标。在施工图设计阶段, 通过下列构件加强措施, 提高抗震性能: (1) 将主要墙肢的约束边缘构件延伸至轴压比0.3 的高度[3]。 (2) 对小震弹性动力时程分析地震剪力超过CQC法的上部楼层进行地震剪力放大, 并采取提高该部位主要竖向构件延性的抗震构造加强措施。 (3) 对二层楼板局部开大洞进行结构加强, 按弹性楼板计算, 并验算楼板的截面受剪承载力。根据楼板有限元分析结构, 对二层、三层楼板加厚, 采用双层双向配筋并提高核心筒周边的楼板配筋率;在二层、三层核心筒外墙中设置暗梁。 (4) 部分框架柱采用型钢混凝土柱, 减小断面尺寸, 增加延性, 提高抗震性能。 (5) 适当提高配筋率增加结构延性。底部加强部位墙肢出现偏心受拉时, 抗震等级按特一级计算并满足相应构造。

6 结束语

综上所述, 结合该实际项目工程操作步骤, 并按照框架—核心筒体结构设计要点及超限设计的措施及对策设计项目, 就可以满足现行规范要求。

参考文献

[1]薛彦涛.带转换层型钢混凝土框架——核心筒混合结构试验与设计研究[D].中国建筑科学研究院, 2007.

[2]张正维.超高层建筑巨型框架——核心筒体结构与其基础地基共同工作分析[D].河南理工大学, 2007.

筒体结构 篇7

砌体结构烟囱是目前我国排放烟气或废气的主要高耸构筑物[1], 由于砌体结构材料来源广泛, 造价低廉, 施工简单, 目前在我国各种烟囱中砌体结构烟囱是比较常见的一种构筑物, 如图1所示。而在非地震区, 风荷载为烟囱结构设计的主要水平荷载。由于烟囱特殊的体型特征, 需要考虑不同情况下的可靠度指标来保证结构的工作状态。

1 砌体结构烟囱的基本假设

在风荷载的作用下, 砌体结构烟囱的应力和应变值应在变形的允许范围内, 烟囱采用烧结普通砖砌筑的筒体结构, 壁厚在高度方向均匀变化, 烟囱形状及截面和壁厚剖面图如图2 和图3 所示。

2 砌体结构烟囱在风荷载作用下的受力分析

对于大部分地区的烟囱受到的主要水平荷载为风荷载, 而雨荷载和雪荷载对烟囱的作用可以忽略不计。而受到的主要竖向荷载为砌体结构烟囱的自重, 它们是烟囱的主要受力荷载。

为简化计算, 采用以下基本假定: 1) 砌体为弹性材料; 2) 砌体的刚度、强度不随时间变化; 3) 标准高度的年最大平均风速为伯努利实验。

2. 1 水平风荷载引起砌体结构烟囱底部的弯矩M

基本风压: 水平风荷载的基准压力, 现行规范按当地空旷平坦地面上10 m高度处10 min平均的风速观测数据, 经概率统计得出50 年一遇最大值来确定的风速, 再考虑当地相应的空气密度, 按贝努利 ( Bernoulli) 公式确定的风压。

垂直于建筑物表面上的风荷载标准值, 应按下列规定确定[2]:

计算主要受力结构时, 应按式 ( 1) 计算:

其中, βZ为高度Z处的风振系数; μS为风荷载体型系数; μZ为风压高度变化系数; ω0为基本风压, k N/m2。

烟囱在风荷载作用下的计算简图如图3 所示, 设烟囱的底部直径为D, 烟囱的高度为H, 由式 ( 1) 可得垂直于烟囱表面每段 ( H/3) 高度上风荷载标准值的大小为 ( i = 1, 2…) :

其中, βZ为高度Z处的风振系数; μSi为各点处风荷载体型系数; μZi为各点处风压高度变化系数; ω0为基本风压, k N/m2; Li为各点处等效受荷高度; Di为烟囱各段截面直径。

由上述式 ( 2) 得各点处等效风荷载在烟囱底部产生的总弯矩M标准值解析式如下:

其中, ;Hi为各点处到底部的高度。

2. 2 竖向力作用下烟囱底部轴向压力

设g为重力加速度, 取g = 10 m2/ s, 在竖向自重力的作用下砌体结构烟囱底部的轴向压力标准值为:

其中, A0为烟囱底部截面的面积, m2; H为烟囱的高度, m; γ为砌体的容重, k N/m3。

2. 3 烟囱底部外径的计算公式

设d为烟囱底部的内径, m; c为烟囱底部的壁厚, m; 则烟囱底部的外径D为:

3 结构可靠度分析

3. 1 可靠度的概念

结构可靠度是指在规定的时间内、规定的条件下完成预定功能的能力。计算结构可靠度的方法有很多种, 本文中采用计算精度比较高的蒙特卡罗法 ( Monte Carlo Method) 计算结构的可靠度, 蒙特卡罗法根据随机变量的分布函数选取N次随机数输入到分析中, 计算功能函数式的值, 假如失效的次数为n, 因此可以用n/N来表示一个安全系数a。用Z = g ( X1, X2, X3, …, Xn) 来描述结构的工作状态, 则Z称为结构的功能函数。

现以R表示结构抵抗外力的荷载, S表示作用在结构上的荷载, 则结构的功能函数表达式为: Z = g ( R, S) = R - S, 由上式可知当R < S ( Z < 0) 时处于失效状态, 当R = S ( Z = 0) 时处于极限状态, 当R > S ( Z > 0) 时处于可靠状态。

3. 2 可靠度指标 β 的确定

根据结构的功能函数表达式为: Z = g ( R, S) = R - S, 假设R和S都服从正态分布N ( μR, σR) 和N ( μS, σS) , 则结构的功能函数也服从N ( μZ, σZ) 的正态分布, 其中, , 密度函数为。则功能函数Z < 0 的概率表示为:

则可靠度指标。

3. 3 砌体结构烟囱功能函数方程

砌体结构烟囱在竖向自重力和水平力风荷载共同作用下, 水平截面极限承载能力应按下列公式计算[3]:

其中, N为在竖向力自重的作用下砌体结构烟囱底部的轴向压力设计值, N; A为计算截面面积, m2; φ 为高径比及轴向力偏心距对承载力的影响系数; β 为计算截面以上筒壁高径比; hd为计算截面至筒壁顶端的高度, m; d为烟囱计算截面直径, m; e0为在风荷载设计值作用下, 轴向力至截面重心的偏心距, m; α 为与砂浆强度等级有关的系数, 当砂浆等级不小于M5 时, α = 0. 001 5;当砂浆强度等级为M2. 5 时, α = 0. 002 0; f为砌体抗压强度设计值, 由式 ( 9) 确定:

其中, fm为砌体的强度平均值; δf为砌体强度变异系数; γf为砌体结构的材料性能分项系数, 一般情况下, 宜按施工质量控制等级为B级考虑, 取1. 60。

我国现行砌体结构规范采用的砌体强度平均值公式为:

其中, fm为砌体抗压强度平均值, MPa; f1为块体 ( 砖、石、砌体) 抗压强度等级或平均值, MPa; f2为砂浆抗压强度平均值, MPa; α 为考虑砌块高度对砌体强度的修正系数; k1为块体类别和块体砌筑方法的修正系数; k2为砂浆强度影响对砌体抗压强度的修正系数。

以块体 ( 砖、石、砌体) 抗压强度等级或平均值f1和砂浆抗压强度平均值f2、基本风压 ω0、砌体的容重r以及烟囱底部内径d和壁厚c为随机变量。结合可靠度理论, 因此推导出结构功能函数表达式为:

取自重和风荷载的分项系数均为1, 将式 ( 3) ~ 式 ( 10) 代入式 ( 11) 得:

其中, H为已知常数, 在本文中H = 30 m。

4 砌体结构烟囱在风荷载作用下的可靠度算例

4. 1 随机变量统计参数

算例: 以30 m高烟囱为例, 根据有关规范规定[4]: 对于随机变量基本风压标准值 ω0, 新疆哈密地区30 年一遇的基本风压ω0= 660 k N / m2。在设计基准期100 年时, μω0= 961 k N / m2, σω0=168 N / m2。查阅有关文献可知MU30 烧结普通砖和M10 砂浆的抗压强度平均值服从指数分布, 分别为 λ ( f1) 和 λ ( f2) , 通过大量实验可知: μf1= 30 MPa, σf1= 1. 95 MPa, μf2= 10 MPa, σf2=1. 16 MPa。烧结普通砖的容重 γ 服从N ( μγ, σγ) 的正态分布, μγ= 1 800 kg / m3, σγ= 116 kg / m3。砌体强度变异系数 δf= 0. 10和其他各系数的取值为: 砌块高度对砌体强度的修正系数 α =0. 5, 块体类别和块体砌筑方法的修正系数k1= 0. 78, 砂浆强度影响对砌体抗压强度的修正系数k2= 1. 0, 风荷载体形系数 μS=0. 8, 风振系数 βZ= 1. 0, 计算可得 μZ= 0. 49。通过现场实地测量, 得到30 m高烟囱底部的内径d和壁厚c也近似服从N ( μd, σd) 和N ( μc, σc) 的正态分布, 其中 μd= 3 m, μc= 0. 5 m, σd= σc=0. 058 m。

4. 2 运用蒙特卡罗方法 ( Monte Carlo Method)

用蒙特卡罗法的关键是要产生随机数, 然后根据随机变量的概率分布进行随机抽样。xi ( i = 1, 2, 3, …, n) 进行N次随机抽样, 得到每一个变量的样本值xi ( i = 1, 2, 3, …, n) , 用所得样本值xi ( i = 1, 2, 3, …, n) 计算功能函数Z = g ( R, S) 的值, 若总共进行了N次, 如果Z < 0 则结构失效一次, 记录失效的次数记为nf, 则结构失效的概率为:

已知算例中的基本风压标准值 ω0近似服从 λ ( ω0) 的指数分布, 本文中的试验次数为2 万次。Matlab有很大的功能, 能直接产生服从各相应概率分布函数的随机变量数组[5], 如正态分布、指数分布等, 可直接产生随机变量xi ( i = 1, 2, 3, …, n) 以代入功能函数中。

4. 3 计算结果

通过运用Matlab编程软件并结合式 ( 5) , 式 ( 12) ~ 式 ( 15) 计算该算例的可靠度 β = 3. 8, 可以看出, 此算例砌体结构烟囱的可靠度指标满足现行砌体结构设计规范规定的建筑结构安全等级为二级, 结构构件承载力极限状态的可靠度指标 ( 脆性破坏) β≥3. 7 的要求。

5 结语

1) 本文以砌体受压破坏为极限状态, 得到烟囱在水平风荷载作用下水平截面极限承载能力可靠度的计算过程。

2) 以30 m高烟囱为例, 通过可靠度计算, 用烧结普通砖砌筑的烟囱在风荷载作用下的可靠度指标 β≥3. 7, 满足现行规范中的要求。

3) 用Matlab编程软件实现蒙特卡罗方法 ( Monte Carlo Method) 分析结构可靠度比其他分析方法更简单适用, 此方法的普遍适用性使其成为当今研究结构可靠度的很好方法, 此方法将来能在结构可靠度计算中发挥巨大的作用。

摘要：研究了在风荷载的作用下得到砌体结构烟囱筒体受压破坏极限状态方程, 以30 m高烟囱为例, 考虑荷载效应基本组合, 提出了采用蒙特卡罗法 (Monte Carlo Method) 并结合Matlab编程计算可靠度的方法, 可供参考。

关键词：烟囱,可靠度,蒙特卡罗法

参考文献

[1]GB 50051—2013, 烟囱设计规范[S].

[2]GB 50009—2012, 建筑结构荷载规范[S].

[3]GB 50003—2011, 砌体结构设计规范[S].

[4]卫军, 周锡武, 张晓霞, 等.超高太阳能烟囱结构可靠性计算分析[J].广州城市职业学院学报, 2007, 1 (11) :80-86.

筒体结构 篇8

1 施工工艺

本工法主要施工流程包括: (1) 悬挑施工外架搭设→ (2) 测量放线→ (3) 梁板支撑架搭设→ (4) 结构柱、剪力墙钢筋安装→ (5) 结构柱、剪力墙钢筋验收→ (6) 结构柱、剪力墙封模及加固→ (7) 梁板模板安装→ (8) 梁板钢筋及水电、消防、幕墙埋件、外架连墙件安装→ (9) 梁板钢筋及水电、消防、幕墙埋件、外架连墙件验收→ (10) 柱墙梁板模板、梁板支撑架、施工外架、核心筒电梯井内架全面检查及验收→ (11) 柱、墙、梁、板一体浇筑→ (12) 砼养护

1.1 悬挑施工外架搭设

主体外架搭设必须先于本层主体结构施工, 以确保本层主体结构施工安全。本施工采用悬挑外架, 每四层卸载一次 (建筑标准层高4.15m) , 每段悬挑架高度16.6m, 搭设九步架, 要求立杆横距0.80m、纵距1.5m, 步距1.8m, 架体距楼层边缘200mm, 每步外排均设栏杆, 栏杆设置高度为1.2m, 顶步作业层外排设0.9m和1.8m两道栏杆。如果是悬挑层, 悬挑钢梁工字钢规格不得小于I16、固定端预埋锚箍钢筋直径不得小于φ16 (为I级钢, 锚箍弯钩锚在底层板筋以下) , 悬挑钢梁固定段长度应为悬挑段长度的1.25倍以上, 工字钢梁上离墙面200mm设置内排立杆, 距离内排立杆800mm设置外排立杆, 立杆下焊长200mmφ25定位钉, 外排定位钉距离悬挑端部不小于10cm, 悬挑首步架要设纵横向扫地杆, 外排立杆内侧设挡脚杆、挡脚板、栏杆和悬挑分层标志。每根钢梁外端斜拉卸荷钢丝绳 (直径不小于φ14) , 卸荷钢丝绳吊拉点预埋吊环应采用I级钢筋, 直径应大于φ20。外立面剪刀撑应自下而上连续设置。施工前做好材料报验, 由于目前市场建筑材料规格、质量普遍存在缩水, 因此要保证工字钢、钢管、扣件、钢丝绳材料质量。施工时架子工要戴好安全帽、系好安全带, 及时挂设安全立网, 安装脚手板作竖向和水平防护, 保证施工物件不至朝外飞落。外架上禁止堆放任何物件。悬挑外架、施工升降机卸料平台架及作业层梁板支撑架三者应独立分开搭设, 不得有杆系联系。施工升降机卸料平台架与施工外架同步分层, 同步卸载。

1.2 测量放线

用激光投影仪通过楼板放线孔将地面坐标控制点引至施工层, 再用墨线弹出结构柱、墙轴线、模板安装边线及校模辅助线;用激光测距仪或钢尺将地面水准控制点引至施工层, 以控制楼面标高。坐标点和水准点均应各自进行闭合或附合检查, 无误后才能使用。

1.3 梁板支撑架搭设

架子工按楼板施工测量放样弹出的柱、剪力墙、梁墨线位置搭设成满堂支撑架, 立杆纵横向间距均为1.0m, 立杆底部设纵横向扫地杆, 离地高度200mm, 中、顶部各设一道纵横向水平杆, 中部杆离地高度1.8m, 顶部杆高度距离支撑点不超过0.5m, 立杆下端加垫木板, 上端一律采用可调顶撑, 顶撑露丝长度不得超过350mm, 插入立杆内长度不得小于150mm, 架体内部纵横向每四跨设置一道竖向剪刀撑, 架体外围均设置竖向剪刀撑, 在竖向剪刀撑顶部交点平面和扫地杆设置层各设一道水平剪刀撑, 楼板施工布料机及梁上柱正下方做加密立杆加固, 梁宽大于600mm设置独立纯梁系支撑, 外围纵向水平杆四周交圈封闭连接, 用直角扣件与外围角部立杆固结, 以提高整体稳定性。

1.4 结构柱、剪力墙钢筋安装

楼板梁板支撑架搭设后, 即可安装结构柱、剪刀墙钢筋, 安装前应对结构柱、剪力墙基础面进行清理和冲洗, 基础表面要求凿毛, 剔除表面浮浆、松散石子及砼。剪力墙按先竖向分布筋, 后横向分布筋, 再水平拉钩顺序, 柱筋按先主立筋, 后箍筋顺序, 首步筋离基础楼面不超过5cm, 拉钩筋要钩住外侧钢筋, 注意钢筋连接 (机械连接、电渣压力焊接、电弧焊、绑扎搭接等) 接头的质量, 并保证接头错开, 柱箍筋要保证加密区段长度。

1.5 结构柱、剪力墙钢筋验收

钢筋安装完成后, 安装模板前, 应对钢筋进行隐蔽工程验收, 合格后才能封装模板。验收前应对基础面再次进行清理和冲洗, 保证封模前基础面干净。验收时, 对钢筋型号、规格、弯曲形式、数量、间距、安装位置、钢筋连接型式等作全面检查, 发现问题当场及时整改, 直到验收合格。

1.6 结构柱、剪力墙封模及加固

钢筋验收合格后才能进行下一道工序———封模加固。封模时, 先安装钢筋保护层垫块, 沿柱墙模板边线 (测量放线弹出的墨线) 立模, 每根柱脚模板设清扫孔, 剪力墙每2米设一清扫孔, 便于浇筑前对模仓内冲洗排污。由于实际楼板浇筑时难免存在楼板面局部不平整, 要求立模加固后, 沿柱墙模底脚外围四周用干砂浆围堵严实, 以保证柱墙砼浇筑中不漏浆。柱墙模外侧设φ48钢管竖向和横向龙骨, 内侧设M12对穿螺栓, 对穿螺栓通过蝴蝶扣件与双肢柱箍或墙横向龙骨紧固, 螺杆加装塑料套管, 便于拆模后抽出回收利用。柱角部位增设步步紧, 墙角部位的角点两侧模板应各外背一根竖向龙骨, 再用水平龙骨通过旋转扣件夹紧, 防止浇筑中角缝胀开漏浆。对拉螺杆布置间距应下密上疏。柱墙模板安装要注意垂直度的检查, 发现问题及时调整。

1.7 梁板模板安装

柱墙模板安装的同时即可进行楼板梁板模板安装 (即与之搭接施工) 。模板安装顺序先梁后板, 按下一层测量放样墨线吊线施工, 梁板跨度超过4m按3‰设置预拱, 板模主楞采用100×100方木, 布置间距1m, 次楞采用50×100方木, 布置间距300mm, 禁止用钢管作为主、次楞。梁板模板支撑竖向传力体系:砼构件→梁、板模板→次楞→主楞→顶托→立杆→基础楼面。梁模安装顺序:底模→侧模→梁柱节点模, 底模木楞采用50×100方木, 布置间距300mm, 梁截面大于300×600, 两侧模设M12对穿螺栓。梁模两底角用步步紧扣紧, 防止砼浇筑中胀开漏浆。梁宽大于600mm设置独立纯梁系支撑。核心筒电梯井洞口内设安全防护内架, 每六层用I16工字钢梁简支卸荷一次, 内架水平杆均与各楼层边梁边墙顶紧, 以提高架体稳定性。电梯井内架不得作为井边梁支撑架使用, 电梯井边梁设独立立杆支撑在下一层梁面上。梁板支撑架、施工外架和施工升降机卸料平台架三者均必须独立分开搭设, 之间不得有任何拉杆联系, 楼板外围边梁设独立斜立杆与支撑内架形成整体。模板安装要注意克服“三梁”处 (梁梁、梁墙、梁柱交接处) 拼接不严的质量通病。

1.8 梁板钢筋及水电、消防、幕墙埋件、外架连墙件安装

梁板钢筋安装要求先装梁筋后装板筋, 梁筋钢筋笼一般先用方木搁置在梁模上口, 待钢筋笼骨架及梁柱节点核心箍筋均安装完成后, 再从钢筋笼底下抽掉方木, 使梁钢筋笼下落到梁模槽内, 梁模板一般先只安装底模和一边侧模, 另一边侧模待梁钢筋笼落到位后, 梁腰筋及水平拉钩安装后再封模。钢筋安装时注意保证钢筋接头 (机械接头、绑扎接头等) 质量, 梁板上层筋两端支座处1/3梁板段范围内不应有接头, 下层筋中部1/3梁板段范围内不应有接头。板筋端头弯钩, 上层朝上, 下层朝下布置。板筋主筋在下, 分布筋在上。主次梁及板筋交叠时, 板筋在上, 次梁筋居中, 主梁筋在下。安装后注意调整钢筋保护层垫块, 双层板筋应分散增设马镫筋, 保证钢筋安装位置准确。

水电、消防、幕墙预埋件及外架连墙件安装要与钢筋安装过程同步进行。各专业班组要相互配合, 水电管线盒均不得高过钢筋保护层厚度, 必要时走钢筋内部。预埋幕墙锚板与边梁钢筋焊接时不得烧伤主筋。外架连墙件按规范要求两步三跨设置, 连墙件预埋安装注意竖杆锚入梁内深度, 边梁外侧模不得过高, 否则影响连墙件横杆正常安装。

1.9 梁板钢筋及水电、消防、幕墙埋件、外架连墙件验收

钢筋及水电、消防、幕墙埋件、外架连墙件安装完成后应进行施工“三检” (自检、互检、交检) , 合格后分别报请现场土建和水电监理工程师验收。验收钢筋时注意检查钢筋级别、规格、根数、间距、位置、锚固长度、加密区段长度、保护层厚度。注意检查钢筋接头 (电弧焊接、电渣压力焊接、绑扎搭接、机械连接等) 质量及错开距离。注意检查梁柱主节点核心区箍筋安装质量。注意检查模仓内垃圾杂物清理情况。

1.1 0 柱墙梁板模板、梁板支撑架、施工外架、核心筒电梯井内架全面检查及验收

柱墙梁板一体法浇筑前, 应报请监理对柱墙梁板模板、梁板支撑架、施工外架、核心筒电梯井内架等进行全面合格验收。柱墙等竖向构件必须检查垂直度。柱墙梁板模板应重点检查“三梁”处 (即梁梁、梁柱、梁墙交接处) 模板拼接质量、对拉螺栓及钢管柱箍龙骨加固松紧程度, 模板内垃圾杂物清理情况。梁板支撑架应重点检查立杆间距、扫地杆、水平杆、竖向和水平剪刀撑、大梁纯梁系支撑、砼布料机及梁上柱正下方加固。施工悬挑外架应重点检查立杆垂直度、钢管接头、每步栏杆、作业层栏杆、安全立网、连墙件及外立面剪刀撑安装, 悬挑层检查悬挑钢梁、锚箍、定位箍、扫地杆、挡脚板、卸荷钢丝绳、吊拉点等规格和受力情况。施工中外架不得堆放任何施工材料。核心筒电梯井内架也是安全施工重点安全防范对象, 电梯井临时内架只作为安全防护架, 不得作为模板支撑架使用, 每六层必须用钢梁简支卸载一次, 电梯井内架水平杆必须与各楼层井边墙边梁约束顶紧, 以提高架体整体稳定性。

1.1 1 柱、墙、梁、板一体浇筑

本工序是整个施工流程的重点, 是本工法质量成败的关键。设计柱墙砼为C50, 梁板砼为C35。砼输送系统采用两台高压输送泵、两条砼输送导管和两台砼布料机, 分东西两侧同时进行。浇筑顺序为先柱墙, 后梁板, 具体分述如下

1.1 1.1 柱、墙砼浇筑

浇筑前先用水管从柱或剪力墙上口往下冲洗柱底基础面, 污水从柱或剪力墙模脚清扫孔流出。基础面清洗后, 先打入3~5cm与砼同标号同成分的水泥砂浆, 铺筑均匀, 再灌入C50砼, 砼浇筑应分层卸料, 分层捣实, 连续浇筑, 分层高度不宜超过50cm。各柱间浇捣顺序要尽量做到对称均匀, 同一轴线各柱应分别从两端柱同时向中间柱靠拢浇筑, 以减小柱模板的侧向倾斜。砼振捣是最为关键的环节, 由于模板和钢筋的限制, 柱墙下段砼振捣情况无法用眼直观检查, 这就要求作业工人必须有足够的实践操作经验, 插入式振动棒软轴必须有足够的伸入长度, 插入点范围要均匀, 从边到中, 快插慢拔。在振捣上一层砼时, 振动棒头应插入下层已振捣砼内3~5cm, 以保证分层结合紧密。在拔出振动棒时, 如果发现砼表面基本无气泡跑出, 砼液面不再下沉, 并开始泛白浆时即可结束振捣, 表明砼已振捣密实, 不能再振, 否则易因过振, 导致砼成分离析。为避免液态砼对柱墙模板的产生过大侧压力, 柱墙砼应从下往上分两段施工, 下段砼施工结束, 工人休息1小时, 再进行上段砼施工。上段砼施工应在下段砼初凝前进行, 这样既能保证不产生施工冷缝, 又能减小柱模的侧压力, 防止胀模和爆模现象发生。浇筑上段砼应在下段砼还未初凝前进行, 施工时振动棒应插入下段砼5~10cm, 并充分振捣, 以保证上下段砼胶结质量。由于柱墙和梁板强度等级相差≥5MPa, 在柱 (墙) 梁 (板) 节点区, 高标号C50柱墙砼应向低标号C35梁板砼至少延伸浇筑1/2梁 (板) 高的距离, 倾斜角度45度~60度, 由于柱墙高标号砼流动性更大, 一般在梁头或板边位置设钢丝网等隔挡措施, 便于柱墙节点区砼能振捣密实。

1.1 1. 2 梁、板砼浇筑

柱墙上段砼浇筑完毕后应停歇1~1.5小时, 在柱墙砼初凝前继续浇筑梁板。梁板采用赶浆法一起浇筑, 推进方向应垂直于主梁轴线 (即沿次梁方向) , 浇筑中两台布料机各移动一次。梁应分层铺料, 分层插入振捣, 板应一次铺料, 插入式和表面式先后分别振捣, 表面平板振动器移动方向应垂直砼推进方向, 并与已振实部分搭接1/4宽度。浇筑中防止出现漏振和过振现象, 要派专人护模、护筋、护埋件、看护支撑架。在板面四周及柱筋上设置楼板标高控制线, 便于控制板面标高。在板面砼振实后初凝前应进行二次抹面, 防止砼产生收缩裂缝。

1.1 1. 3 浇筑中应注意的问题

砼浇筑施工应连续进行, 分层分段浇筑, 要在下一层段砼初凝之前及时浇筑上一层段砼, 避免产生施工冷缝。当出现交通堵塞, 砼运输供应不及时, 或发生砼导管堵塞, 无法连续浇筑施工时, 应考虑做临时施工缝处理, 临时施工缝应设置在受力较小部位, 柱墙等竖向结构应留水平缝, 梁板等水平结构应留竖向缝, 并留在次梁和板跨度中间1/3范围内 (不应留在主梁段内) 。梁板设缝时应用钢丝网阻隔, 并将砼振捣密实, 砼初凝后如条件允许应对施工缝凿毛。

浇筑中梁板作业下面应安排足够的专业工人护模、护支架。护模人员手持必要的工具、材料, 振动棒响在哪里, 护模人员眼睛睁在哪里, 发现胀模漏浆及时处理加固, 必要时通知板上作业人员暂停施工。护支架重点检查楼板周边支架, 大深梁、剪力墙连梁正下方的独立纯梁系支撑, 砼布料机、梁上柱等正下方要做特别加固, 发现扣件螺栓和可调顶托松动应及时加固拧紧。夜班施工梁板下应保证足够的照明, 确保在浇筑中模板支架结构的安全。

浇筑中梁板层应有专人护筋、护埋件。由于本工法为柱墙梁板一体浇筑法, 工人在浇捣结构柱、剪力墙时踩踏板面钢筋及预埋件会相对严重, 影响钢筋和预埋件的安装质量, 护筋、护埋件就成为一体浇筑法必不可少的一道重要工序, 板筋安装不仅需要安装足够的保护层垫块和支撑马镫筋, 而且需要护筋人员的浇筑全过程随时细心呵护, 以保证成型楼板结构的承载能力。水电、消防线管在浇筑施工中也是易遭损坏, 砂浆直接灌入, 也需要水电班组及时看护。玻璃幕墙锚板和施工外架连墙件、转料平台主钢梁锚箍、钢丝绳吊拉点, 外架悬挑层钢梁锚箍、定位箍等都是重要安全埋件, 都直接影响到结构的安全, 相应专业班组及时看护, 保证成品质量。

1.1 2 砼养护

柱墙梁板砼一体浇筑完毕后, 12小时内应及时对砼结构进行养护。对于柱墙等竖向结构, 在未拆模前应用水管均匀喷淋外裹模板降温, 以降低砼产生的水化热, 拆模后有条件应及时包裹塑料布保湿养护, 防止砼表面水分过早蒸发。对于梁板等水平结构, 在浇筑整平后砼终凝前应进行二次人工抹面, 及时抹掉砼表面毛细孔洞, 防止内部水分过快蒸发。砼终凝后应及时覆盖土工布进行保湿养护, 楼板保湿养护至少要7天, 期间洒水要及时, 避免楼板砼出现干湿循环状态, 否则容易导致砼表面裂缝产生。

2 施工质量控制要点

本工法整个施工过程要把好“六大关”, 即图纸关、测量关、材料关、人员关、工序关、资料关。

2.1 图纸关:

施工前应认真熟悉图纸, 明确设计意图, 施工单位要进行集体图纸会审, 设计单位要进行设计交底, 对施工方提出的问题集中答疑, 并形成会议纪要, 做到胸有成竹。

2.2 测量关:

测量是工程师的眼睛, 施工前应认真复核设计交桩, 施工中应严格控制施工轴线、座标控制点及水准标高, 楼板施工至少要预留三个放线孔, 采用精密激光垂直仪和激光测距仪将水准和座标控制点引向各施工楼层, 各点之间应相互闭合或附合检查, 尽量减少放线误差。

2.3 材料关:

施工材料构成未来工程实体, 其质量优劣直接影响工程实体质量, 因此必须严格控制材料质量, 材料进场时应向现场监理报验, 并提供出厂合格证及出厂检验报告, 在监理见证员监督下随机抽取样品封存委托送检, 送检合格后才能投入使用。经检验不合格的材料必须及时清除出场, 不留质量隐患。

2.4 人员关:

人员是影响施工质量最活跃的因素, 选择技术经验丰富、责任心强的合格的施工人员 (包括作业工人和技术管理人员) 尤为至关重要, 特种作业及测量技术工种均应经严格考核, 持证上岗, 钢筋、模板支架及砼施工班组施工前应进行施工质量安全技术交底, 接受交底人员应对交底内容共同签字。

2.5 工序关:

强调过程控制, 施工质量品质凝结于施工过程中每一个工序的点滴细节中, 各工序间互为因果, 形成环环相扣的工艺质量链条, 细节质量决定总体质量, 施工的每道工序都必须经过施工自检和现场监理检验, 合格后才能进行下一道工序。

2.6 资料关:

施工资料是施工过程的真实记录, 是每一道施工过程的真实见证, 使施工过程具有可追溯性。按规范格式及时做好施工资料, 同时也在检查施工过程存在的不足之处, 及时完善施工质量管理资料, 做到施工管理的标准化、规范化, 是施工质量控制的最后一道重要环节。

3 结束语

筒体的加工技术 篇9

(1)毛坯的初始残余应力;(2)刀具对工件的作用;(3)工件的装夹条件。

除了上述原因外,机床、工装的刚度,加工环境的温度,刀具的磨损,零件冷却散热情况等对零件的变形也都有一定的影响。其中切削力、夹紧力以及毛坯的残余应力是影响加工误差的主要因素。

1 筒体

筒体是航空发动机上的调节附件,主要功能是通过筒体内活塞杆的往复运动推动加力燃烧室的调节环移动,是加力喷口部位的重要件,其加工精度及装配质量直接影响着加力喷口的运动灵活性及工作可靠性。该筒体的结构复杂,四个接嘴与筒体结合为一体,并且分别位于筒体的两侧,这样的结构给筒体的装夹和加工增加了很大的难度。零件的其他加工表面对内孔都有技术要求,因此这些表面的最后成型都是以内孔为基准进行加工的,所以内孔加工质量的好坏直接影响整个筒体的加工质量。

2 材料的切削特点

该零件的材料为钛合金,材料本身有其特殊性。

2.1 钛合金导热性能低,造成切削过程散热差,切屑与前刀面接触面积很小,致使刀具的切削刃的温度大幅度提高,容易造成刀具磨损或破损,寿命缩短。

2.2 由于钛的亲和性大,易与相接触的金属产生亲和作用,切削时,钛屑、被加工表面与刀具材料咬合,产生严重的黏刀现象,引起强烈的黏结磨损。

2.3 钛合金塑性较低,切削时切削变形系数小,切削流动速度大,故单位切削力大,容易引起刀具的磨损。

2.4 由于钛合金的弹性模量小,在切削力的作用下,被加工零件容易产生较大变形、扭曲不易保证加工精度。

3 筒体的内孔

内孔是筒体的主要工作表面,具有较高的精度、低粗糙度及薄壁等特点,加工难度较大,本文采用的是加工方法是:

粗加工(钻底孔)———粗车内孔———精车内孔———珩磨孔———精珩孔———抛光孔

4 夹具设计

筒体在结构上属于一个整体,零件的外部结构都有接嘴,接嘴位置位于两端,并且零件具有薄壁结构的表面,这就导致了机械加工中由于弹性变形而产生的误差,主要原因就是零件刚度不足,当夹紧力对零件作用时就会在零件表面发生弹性形变,从而引起误差。零件表面结构为薄壁式在加工中使用的夹具最好为全包围的液压式涨紧夹具,不但能够自动定心,并且在消除间隙上效果也十分显著,又能够使作用力均匀分布在零件表面减少变形。但是零件会受到接嘴限制,无法使用该种包围式夹具;此外,普通液压式的夹具体积较大,应用到结构复杂的制造工艺中有些困难,在相对精密的加工中“半开合”结构的夹具更加适合精密内孔的加工。如图1-1:

在该零件的加工中使用的夹具为半瓦式结构,由于没有将零件包围,所以装夹时受力容易不均匀,并且由于零件的壁较薄,加之钛合金材料在弹性模量上较小,所以加工过程中就容易在不均匀的受力下产生较大的变形、扭曲现象,使得零件的加工精度受到影响。对于零件内孔的车加工要注意,避免薄壁筒体由于受压而发生变形;但是也不能过小,作用力过小就会造成零件的夹装不紧实,加工过程中会出现窜动,从而对精度造成影响。

5 珩磨

在机械制造加工中衍磨是较为常用的方式,其应用范围较广,能够进行各种超硬度的材料加工,对该类材料的大多采用磨削的方式,但是钛合金的韧性较大,且强度较高,因此磨削过程中其材料会在高温下发生化学反应,使得磨削条件变差。而磨削中,磨削机在加工时磨粒对于工件的表面切削作用较小,但是摩擦力以及刻划力较大,因此会产生大量的磨削热。因此在磨削过程中会出现严重的砂轮粘附,而造成切削性能的减弱,使得磨削精度不能保证满足零件设计加工需求,并且很容易在磨削过程中造成磨削裂纹以及烧伤。

对于钛合金内孔的筒体进行磨削,主要环节就是充分的进行冷却,通过对切削温度的有效降低,衍磨是较为实用的方式,衍磨其实也能够看做是特殊的磨削形式。衍磨的切削速度较低,并且极易冷却,因此适用于大面积接触的精加工行业。虽然磨削速度较低,但是衍磨头在低速的基础上会快速的往复运动,而进行切削作用的磨粒又较多,单位时间内对金属的作用较大,因此会切掉较多金属,提高生产率。

衍磨的主要加工方式即用夹具固定工件,通过衍磨设备机床主轴对衍磨作业面进行往复运动以及旋转作业,并使得油石在胀缩机作用下伸出,并对孔壁施加压力,在零件表面薄薄切去一层金属,使得零件表面产生不重复的交叉网纹,该处理能够使得工件的寿命有效提高。在衍磨的作业过程中,必须保证油石具备相当长度的搭接,搭接长度是对衍磨孔直线度予以保证的基础,在衍磨孔中衍磨头通过在其中往复运动将高点削去,油石的作用就像是桥板,在衍磨作用力下发挥相应的作用;但是工件在衍磨的过程中也会反作用于衍磨头,使钝了的磨粒脱落或是破碎,重新变得锋利。衍磨是工件表面同油石之间相互作用、休整过程,使得原有刀痕在工件上的应力变形被去除,相对出现的误差得以矫正。油石在被磨损的过程中将衍磨变为抛光,达到相应的设计尺寸要求。

6 结束语

文章主要对筒体的加工进行了分析探讨,通过对零件加工中使用的材料、设备以及技术特点进行分析,通过合理的参数确定,结合实践,通过上述方式对工件的加工提出了一定的措施以提高零件的加工合格率,为工件的精度提高以及生产效率的提高提出了较为有建树的加工依据。

参考文献

[1]韩步愈.金属切削原理与刀具[M].机械工业出版社,2006.

[2]吴玉华.金属切削加工技术[M].北京:机械工业出版社,1998.

[3]王西彬,师汉民,陆涛.切削过程的分支与突变[J].机械工程学报,1997.

[4]武凯.航空薄壁件加工变形分析与控制[D].南京:南京航空航天大学,2002.