结构安全分析（精选十篇）
结构安全分析 篇1
OSI七层模型是一个通用的通信协议设计参考模型, 它的一个重要概念是安全控制, 用以保护应用进程之间交换的信息。OSI的安全参考模型, 已广泛使用于协议结构的开发, 通过像IPsce和SCTP这样的标准模式, 保护通信过程中相应层的用户信息。但OSI模型和IPsce、SCTP并不完善, 新模型FCNS (Future Core Networks System) 的出现可弥补其不足。
1、OSI安全模型及缺陷
OSI安全结构确定了通信中必需的安全功能:认证、数据机密性、数据完整性、访问控制、不可否认性, 它将特定的安全功能指派给各通信层, 具体由加密、数字签名、访问控制、数据完整性、数据交换认证、通信业务填充、路由控制、公证等来实现。OSI的安全模型虽已广泛使用, 但也存在一些不足。
1.1 协议数据单元 (PDU) 易被篡改。
OSI安全模型中, 安全功能就是提供一些机制, 使两个对等体之间使用各自对应功能层的协议。对于通信栈的内部通讯而言, 这些机制是明确的, 即使为保护层接口的信息交换开发新的安全服务, 也不再需要新的说明。因此一个未经授权的人员, 可通过改变在两实体间传输的协议数据单元, 进行篡改攻击, 破坏通信过程。
1.2 功能复制多。
访问控制功能被放置到多个层中, 对于支持访问控制的不同的协议, 将导致功能的复制。假如系统被修改, 就必须修改所有提供访问控制的协议层, 在某些特殊例子中, 意味着修改将在所有的层中进行, 而因每一层都包含不同的功能和程序规则, 使修改工作繁重。
1.3 层协议处理负担重。
将安全机制放置于层结构中, 加重了层协议的处理负担, 使相应层的调用量增加, 并要求协议数据单元和接口访问点也支持协议运行。同时协议实体需要调用额外的CPU来支持系统的调用, 并处理因下层参数的增加而在上层增加的程序集。放置在各结构层上的安全功能还增加了系统的复杂性, 使协议中的一些潜在的错误和设计中的问题难以发觉和纠正, 系统的维护变复杂。
1.4 OSI安全结构缺乏有效和灵活的安全交换机制。
假定用户正在对等的不同子网之间建立一个网络连接, 但安全机制因参数的交换而失败, 则过程立刻被中止, 即安全机制的失败导致整个层机制的失败。而因为网络管理员一般不能即时得知错误的严重性及故障所发生的确切地点, 所以层实体将被重置, 延迟了连接建立过程。即便协议能及时恢复其功能, 它也将需要额外的时间去清除安全机制和连接中被改变的变量和参数。
1.5 与通信协议的发展相抵触。
通信协议的发展是在单一的层中实现服务。再如IPsec, AH和ESP报头协议提供了认证、信息的完整性和机密性服务, 它与OSI参考模型相抵触, 因为这些功能没有一个是存在于网络层或网络层之下。此外, 因为支持IPsec安全功能的策略可以与应用层实例要求不同, 假如应用软件和网络管理员都选择了同一服务如认证服务, 那么功能复制也将不能避免。
2、IPsce模式及缺陷
IPsec定义了一系列安全机制, 是用于补充层协议功能的独立性的行为, 对数据流提供基于链接的保护服务, 保护IP数据包安全, 为抵御网络攻击提供防护措施。它的实施基于验证报头 (AH) 、封装安全载荷 (ESP) 、互联网安全关联 (ISA) 、密钥管理协议 (KMP) 。AH和ESP形成了IPv6协议扩充的报头部分, 可提供访问控制、无连接完整性、信源的认证、拒绝重放的分组、数据机密性等服务。IPsec虽已广泛使用, 但也存在一些不足。
2.1 应用复杂且缺乏对各功能的详细定义和说明。
当网络管理员应用IPsec时, 将面对实现IPsec功能的许多选项。因为系统没有提供测定结构功能的方法, 对各功能又缺乏详尽的说明, 因此增加了选择的难度, 有可能会因选择不当而引起机制的混乱。
2.2 广泛使用辅助机制。
为了保护通信过程, 系统通常需要使用在通信协议之外的辅助机制。例如现在虽然已经克服了诸如在IPv4中IP地址欺骗之类的缺点, 但用户数据的保护还依赖于外部的机制。在支持包交换网络的栈结构中, 为了解决出现的相关问题并支持IPsec, 也导致了辅助机制的开发。大量使用辅助机制, 增加了系统的复杂性, 以及系统和网络管理员之间的可能出现的互动性问题。
2.3 在协议栈中安全机制的标识和定位不明确。
它没有被IPsec编址, 而是形成了一个放置在TCP/IP网络层下的层协议。通信技术的发展侧重于提高通用加密运算法则的效果上, 但并没有为它们的使用提供相应的构架。
3、SCTP模式及缺陷
IP网中的信息交换通常是使用UDP或TCP来完成, 但这两者都不能完全满足信息承载的要求, SCTP的出现弥补了它们的不足。一方面它增强了UDP业务并提供数据报的可靠传输, 另一方面它的协议行为类似于TCP并克服了TCP的某些局限。它向用户提供下列服务:用户数据无错误无重复的确认传输;根据检测到的MTU长度进行用户数据分段处理, 避免IP层的分段;在多个流之间的用户报文有序递交, 及单独用户报文按到达顺序递交的选项;可选的多个用户报文至SCTP数据报的复用;通过支持一个关联的一方或双方节点的多宿特性, 实现网络级容错等。SCTP虽然克服了TCP中关于连接机制和重发攻击等的安全缺陷, 确保了连接的完整性, 但是它仍然有不足之处。
3.1 缺乏一些安全功能。
SCTP像IP协议结构一样缺乏一些安全功能。在SCTP关联中的数据认证和机密性问题, 必须依靠于传输层机制的使用。安全机制的缺乏意味着信息将以明文的方式发送, 侦听通信信道的未授权人员, 就可以在中途发动人为的攻击, 信息被截取而产生伪数据。数据机密性和完整性功能的缺乏, 将危及SCTP关联和信息的连续性。如果IPsec不支持此连接, 则信息伪装问题将显著增加, 攻击者可以在网络层进行伪装攻击, 破坏了SCTP信息的传输;如果IPsec支持此连接, 则需同时使用几个安全性关联 (SA) , 因为一个SA仅仅是一个单一的连接, 如果支持多链接 (多穴查找、多宿连接Multihoming) , 那么SA的数量将更多, 从而难以管理。
3.2 SCTP的连接确立的功能, 受它所使用的外部机制的影响。
SCTP说明中缺少严格的安全定义, 使其在需要辅助的保护关联措施时, 增加了系统配置的复杂性。如在固定或移动网络中传输信令消息, 因其对机制的适应性和兼容性的问题, 需要选择相应的通信规则, 对系统进行不同的配置。
4、FCNS结构及优势
4.1 FCNS结构
FCNS结构如图1所示。FCNS结构的信令数据的安全交换, 适用于两个相同网络之间, 或者在可进行包交换的两个不同的子网之间。FCNS没有定义一个单独的类似于OSI模式的物理层。在FCNS的网络通信规则实施的模拟实验中, 假定使用了如不易被分接的光纤和原始数据传输标准 (如EIA232和V.35) , 结果并没有得到服务原语安全和使用FCNS进行数据交换安全方面有价值的报告, FCNS物理层实际还承担了一个OSI类型数据链路层的任务。另外, FCNS对所有应用提供服务而不考虑其类型, 它不包含像OSI模式中所定义的应用层, 因为关于应用的严密的定义, 已超出了它的工作范围。FCNS的用户自定义层被分成用户自定义表示层 (UDPRES) 和用户自定义会话层 (UD-SES) 。用户自定义会话层保证会话的同步, 当信息通过具有关联管理服务功能的表示层交换时, 用户自定义表示层对信息编码, 同时对数据各字节进行简单化处理, 即不排序。在这些层中, 像表示层关联安全和寻址这类功能, 用于加强由FCNS通信层低层所提供的安全性。端到端层为网络的互联提供必要的路由机制, 它也负责数据报在直接链接的两个节点间的可靠传输, 并提供错误的检测和修正机制。
FCNS结构最具特殊意义的是安全层的位置, 安全层存在于所有的FCNS通信层中。用安全层保护在所有FCNS通信层或者对等体之间传输的信息, 防止信息的窃取, 并同时对安全功能进行管理。安全层是推荐使用的而不是强制执行的, 假如某时某一层不需要安全功能, 那么网络管理员可以选择在某个指定的时间段内不使用它;当全方位应用安全功能时, 除加强网络要求的必要的安全功能之外, 安全层还具有鉴别功能, 鉴别信息在发送前是否被加密, 鉴别在邻近的路由器中侦听到的信息;对于特殊的连接, 可以通过安全层启用相应的加密算法和密钥, 来确保信息交换过程的安全;安全层也用于执行通信业务填充机制, 提供各种不同级别的保护, 抵抗通信业务分析;安全层有识别各种安全功能的任务, 在某个连接中若需要某安全功能, 则通过FCNS通信层加强它;安全层同时也维持对等体之间的安全关联协议。
4.2 FCNS安全模式的优点
安全层是负责给FCNS其余栈层提供安全功能的协议。根据具体协议的要求, 它可提供认证、机密性、完整性、访问控制和不可否认性服务。虽然FCNS设定通信实体是对等体, 但访问控制服务与现有结构兼容。除了在FCNS中提供保护功能之外, 安全层也负责FCNS差错控制协议, 通过层和对等体的信令差错控制应用程序来纠错, 安全层的这一机制由各FCNS通信层在收到原语时触发。对比于OSI安全模式, FCNS安全模式更有其优势。
4.2.1 FCNS设置单独安全层的方法更好地发挥了分层原则的优势。
FCNS分层结构规定所有的功能复制都应避免, 它从各通信层的分层协议中除去了所有相关的安全机制, 将其转移到一个单独控制的安全协议层。通信层只涉及算法的一致性, 将安全层实施的一些功能包含在各自的流控制中。作为安全控制的参数只存在于安全层中, 在其它层实体中消除了所有的冗余信息。假如因密码系统技术的进步而需做一些相应的改进, 则设计者只需集中精力在安全层, 不需修改栈中的其余层, 与OSI安全模型的结构相比较, 减少了更新栈实体的工作量和时间。同样地, 通信层的变化也不会影响安全层的功能和操作。
4.2.2 FCNS结构能快速地确定差错发生的位置。
虽然FCNS差错控制协议用于提供所有情况的差错报告, 但一些差错仍可能不可挽回。FCNS结构中的安全功能和通信功能的明显的区别, 使系统能很快确定差错是在安全层还是通信层。安全层中的差错并不表示FCNS通信层错误, 反之通信层的差错也并不表示安全层错误, 因此可以将差错部分隔离, 不中断通信过程。
4.2.3 安全结构增加了系统的灵活性和轻便性, 提高了它在各种网络环境中的适应性。
通信层功能的保留, 使网络管理员可以根据相应功能, 利用现有的协议作为FCNS层, 并因为对通信实体提供安全功能而提高了系统的性能。FCNS结构简单明了, 简化了栈操作的管理规则, 容易鉴定设计过程中出现的缺陷。安全功能是被推荐使用而非强制的, 它是作为一个辅助措施而不是通信的先决条件, 如果安全层功能被需要, 那么安全层协议就应实体的要求提供这功能。而如果已经有其它协议提供了相应的安全功能 (如IPsec) , 那么安全层在通信中可以省略, 或者处于空闲等待状态。
4.2.4 FCNS结构内部的信息保护。
内部信息保护在OSI模型或其它网络协议结构中从未涉及。在协议数据单元的交换过程中, 内部信息保护用于解决经由接口和各层协议访问点发起攻击的问题, 以防止未授权方获取用户数据保护机制的信息或服务原语的参数。在FCNS结构中, 安全层和通信层之间的通信, 被处理成相互独立的模块之间的信息交换, 从而防止了对用于保护信息的安全参数的识别。
4.3 FCNS结构的模拟测试结果
■:FCNS没有使用任何安全机制▲:FCNS使用全部的安全机制●:TCP/IPv6/以太网
FCNS的拓朴结构如图2所示。按照FCNS的规范, 在Visual C++平台上, 使用OMNET++离散事件模拟器实现FCNS栈。信源机模块和信宿机模块体现了用户信息交换的应用层要求, 其余模块协调安全层和FCNS通信层之间的输入和输出。为了确定信息传输过程中的延时、误码率情况及它们对通信的影响, 使用由输入网、输出网和各子网组成的结构模型。通过输入网和输出网模块分别将FCNS的输入和输出功能具体化, 每一个模块都能发送和接收信息, 因此包含了FCNS的全部功能。各个子网承担通信过程中的路由任务, 并通过它查证FCNS的错误率。
4.3.1 对传输大小不同的数据包, 125毫秒内无差错发生的概率的测量结果如图3所示。
对FCNS而言, 使用所有安全机制的功效略低于不使用任何安全机制的情况, 因为当FCNS给通信过程的所有层提供安全保护时, 增加了报头和报文的容量。但当传输的数据包高达1460字节时, 功效几乎与不使用安全机制时相同。对FCNS与TCP/IP协议来说, 从图中可以清楚地看出FCNS的效率比TCP/IP的更高, 最大可高出12%。其中TCP/IP是运行在10Mbps带宽的以太网上, 使用带ESP信道模式的IPv6, 不选择IPsec的安全功能。
4.3.2 在传输的数据包大小都为1460字节的情况下, 对不同的误码率所对应的协议效率的测量结果如表1所示。
对比于TCP/IP协议, 表中清楚地显示出在通信信道上报文传输出现错误时, FCNS的性能更好。
4.3.3 对不同误码率下的数据通信吞吐量的测量结果如表2所示。
其中传输的数据包大小为1460字节, 并要求125毫秒内无差错, 表中数据为数据通信吞吐量与测量到的最大吞吐量15Mbps的比率。从表中可以看出, 在所有情况中, FCNS的数据通信吞吐量都要比TCP/IP高, 一般高出10%以上, 在误码率高的信道中, 甚至高出达30%。
结束语
FCNS模型提供了一个基础结构。作为网络设计的一种参考结构, FCNS对比于OSI安全结构有自己的特色, FCNS协议栈对比于IPsec和SCTP具有自己的优势。通过对FCNS性能的分析、模拟环境中的各项指标的测量, 显示了FCNS对比于当前所使用的基于OSI参考模型的通信协议栈结构, 在协议性能和数据传输吞吐量方面是更好的。现有的网络协议栈能利用它来保护内部的通信, 同时设计者可以利用它开发新的安全通信结构, 在包交换网络中, 通过它为用户数据和信令信息的传输提供更好的服务。FCNS可以取代OSI安全结构, 提供更灵活更高效的解决方案。
参考文献
[1].T.Stergiou, M.S.Leeson, R.J.Green.An alternative architectural frame-work to the OSI security model.Computers&Security (2004) 23
[2].开放系统互连基本参考模型第2部分:安全体系结构.ISO 7498-2Standard, 1989
[3].Naganand Doraswamy, Dan Harkins.IPSec新一代因特网安全标准.北京:机械工业出版社, 2000
[4].R.Stewart.Stream Control Transmission Protocol.IETF RFC 2960.2000.
[5].L.Coene.Stream Control Transmission Protocol Applicability Statement.IETF RFC 3257.2002
钢结构电焊工触电安全事故案例分析 篇2
2013年6月，南方某大型钢结构厂，有一位年轻的女电焊工正在桥
梁钢箱梁内焊接，因内温度高加之通风不良，身上大量出汗将工作服和皮手套湿透。在更换焊条时触及焊钳口因痉挛后仰跌倒，焊钳落在颈部未能摆脱，造成电击。事故发生后经抢救无效而死亡。
主要原因分析
1、焊工在更换焊条时触及焊钳口因痉挛后仰跌倒，焊钳落在颈部未能摆脱，造成电击是本次事故的直接原因
2、焊机的空载电压较高超过了安全电压，是造成本次事故的重要原因
3、钢箱梁内温度高，焊工大量出汗，人体电阻降低，触电危险性增大。是造成本次事故的重要原因
4、触电后未能及时发现，电流通过人体的持续时间较长，使心脏、肺部等重要器官受到严重破坏，抢救无效。是造成本次事故的重要原因
主要预防措施
1、钢箱梁内部焊接工作时要设专监护人，随时注意焊工动态，遇到危险征兆时，立即拉闸进行抢救。
2，箱梁内部焊接时，勤更换作业人员，2小时更换一次，避免
大量出汗，人体电阻降低，触电危险性增大。
3、加强抽送风措施，错开午后高温时段作业，箱梁内部焊接尽可能夜间凉爽时段作业。
本次事故说明的道理：
电焊机使用必须符合以下要求：
1、严禁未取得焊工合格证(含点焊合格证)人员进行焊接作业。
2、作业人员应穿戴工作服、绝缘鞋、皮手套等符合专用防护要求的劳动保护用品。
3、焊钳及二次线的绝缘必须良好。
4、电焊机的外壳必须可靠接地，接地电阻不得大于4Ω，严禁多台电焊机串联接地。
5、在狭小或潮湿地点施焊时，应垫干燥木板或采取其他防止触电的措施，并设监护人。
6、倒换电焊机接头，转换作业地点，发生故障或电焊工离开作业场所时，必须切断电源。
7、在金属容器内进行焊接时：
8、金属容器必须可靠接地或采取其他防止触电的措施；
9、焊工所穿的衣服、鞋、手套等必须干燥，脚下应垫绝缘垫；
10、入口处应设专人监护，并在监护人伸手可及的地方设二次回路的切
断开关。
11、容器内焊接作业时必须有良好的抽送风措施。
钢结构安装施工安全防护要点分析 篇3
【关键词】建筑钢结构；施工管理；安全防护
一、安全管理施工的前期准备
1.施工管理人员和现场操作人员的准备工作
进行钢结构施工前，施工管理人员和现场操作人员，必须做好施工前的准备工作。了解工作流程，建立科学可行的保障体系，完善机械设备，熟悉操作规范。管理人员必须制定好一系列的文明施工方案和施工预测应急方案、措施，在施工中起到领导性作用。负责对整个施工现场的管理、实施和监督。开工前应该根据施工图纸编制施工组织设计方案，将工程概况，施工工艺，技术，人员岗位分配，机械设备和施工进度都明列出来。而现场操作人员必须具备基本识别施工图纸的能力。在施工前应与设计单位和监理单位对图纸进行会审，提出设计不符或者有问题的地方，保证施工的顺利进行。
2.施工前的现场准备
施工开始前，我们要对施工机械和设备进行检查，保证其的正常运作，对有问题的机械进行调试，对保养期到的机械设备要进行固定维修，保证施工中的安全正常运行。对进场的钢构件材料，必须严格验收手续，保证钢构件的良品性。可用测量仪等进行检验，保障施工中的使用。对库存的钢构件，要按符合堆放要求合理存放。并做好记录。在施工现场，要做好安全教育工作，要明确公司的安全制度和文明施工细节。在显著位置，悬挂安全标志、标语和警示牌，时刻警醒现场人员安全的重要性。并在现场建立项目管理制度，坚持例行的安全教育和总结，做好安全班底记录。
二、钢结构工程施工中的安全防护要点
1.加强操作平台稳定性
操作平台的搭建是高空作业的根基。只有把根基扎实了，在施工操作中才有安全稳定性。操作平台的搭建一般是使用钢管构件，各衔接处必须使用焊接，以达到其稳定性和平衡力。使用搭建的钢管不能有弯曲或者腐蚀，搭建必须按长度和宽度都达到2米的标准进行。四周搭建双护栏，并达到1.2米的标准。竖柱必须垂直于地面，横柱必须平行于地面，四周对称，连接处必须保证牢固。
2.牢固扶手绳
扶手绳是牢固绑在梁柱1.2m-1.5m高度的安全扶手绳子。是针对在主梁和次梁间移动施工的人员手抓的防患措施。按规范标准应在钢柱和主梁上应用直径10mm的钢丝绳，次梁上的应是直径10mm白棕绳作为安全扶手绳。并且应在每隔两米绑一红布条给施工人员醒目的提示。施工人员在主梁和次梁间移动施工时，须把安全绳绑在扶手绳上，以确保坠落时的安全。
3.高空坠落的预防
在施工人员高空施工时，应配备好使用工具的防护，预防坠落。例如扭矩扳手、角磨机及撬棍等，为避免出现滑落的现象，应绑上保护性的安全绳。在彼此间传递工具时，不能抛掷和远距离传递，以免滑落或坠落伤人。还应要求施工人员对螺栓垫片等随手用的工具进行工具袋的放置。在施工作业过程中应运用撤除或加强固定的方法对有可能出现坠落的物件进行保护。在高空施工中对气割或电焊进行切割的过程中，应运用有效的措施避免出现切割下的金属、火花或熔珠等坠落伤人的现象。
4.做好起重设备的作业要求
在运用起重设备前，应该对起重设备的性能和灵活性进行检测。人员在施工前，应做好岗前安全教育。使其明白工作职责，强化其工作技能。在起重作业过程中，应设置专业人员对吊机进行指挥，指挥人员应处于吊机司机视力所涉及的区域，确保对吊装的整个过程进行全方位的清晰观测，并在指挥过程中做到标准手势，确保指挥性的准确无误，且哨音清晰。吊车司机在施工过程中应坚守岗位，服从指挥，不能悬吊机械擅自离开施工岗位。在吊装过程中若出现设备故障，导致作业中断的现象时，应缓慢停止工作，及时运用合理有效的措施进行事故处理。受风力环境影响超过6级时，应停止施工。另外，严禁非工作人员擅自进入驾驶室。在停止作业后，应对其回转及行走机构进行刹住。禁止在斜坡上对起重机设备进行作业，并且不宜在起重机两边存在过大差异的状态下进行作业。若在较差的场地且土质松软时，应及时在履带下用板进行铺垫。此外，由于降雨过后土质会有松软的现象，为了使施工过程中吊装不会出现失稳倾倒的现象，应运用其他机械在现场与其相互配合进行作业，防止不必要的安全事故发生。
5.稳定吊装结构的预防
在施工安装吊装过程中，必须严格执行安全技术标准。吊装前，应对吊装设备进行稳定性检测，对吊装的钢丝绳也应做到定期的检查和维护，以保证在施工中的顺利进行。吊装中，必须保证吊装构件重量的相符，不能超负荷运作，会发生失衡或掉落的事故。吊装使用的钢丝绳也应依据重量使用不同的型号，不能小型号大使用。对发生散股或毛刺的钢丝绳，应做红色标记并及时处理。对报废的钢丝绳要及时销毁。吊装构件就位后，不得解开吊装索具，应先做临时固定，并经初校后才能拆除稳定装置。屋面盖构件吊装，应先做好及时固定，并在屋面做好支撑的系统，以保持屋面构件稳定性。吊装时，构件上不得堆放或者悬挂零星的物件。构件绑扎必须平衡牢固，起吊点应在吊装构件的重量中心位置。吊开时须轻慢，避免构件的振动或摆动引起滑落和失衡。对不规则工字钢梁的吊装，吊装悬挂点需要用的专用钢板厚钢连接板，并用螺栓将钢梁紧固，另需绑上溜绳，以防控制构件的方向转变。严禁吊装时猛升速降，以防构件滑落或失衡。如果雨天工作时，应采取适当的防滑措施；如果夜间工作，应保证照明的充足。
6.设置安全保护措施
其一，配备防坠器。施工作业都是高空中，防坠器必须安装在施工作业的上方钢柱上，在施工中要将安全带绑于上面。其二，设置安全网。安全网在施工中会影响材料的上下，但是对高空防护起到巨大作用。安装时，应预留洞口，方便上下，并做好临边的防护。其三，安装爬梯。爬梯可以方便施工人员上下。爬梯材质应选择防滑系数低的螺旋式鋼筋，标准阶步间距，对每阶梯的焊接牢固，并定期进行检测。
三、高层钢结构安全施工的措施
高层钢结构施工危险系数大。在施工中应建立科学的保障体系。首先，企业在施工现场可以设置总责任人，全面负责施工现场工作。安全施工有了具体领导者，合理指挥安排施工现场的安全措施。再次，设置施工队长，负责区域管理。设置专职人员，负责安全施工的教育。班组长应执行具体的安全施工措施。严格按公司安全文明的施工制度执行。施工现场要以“安全第一”为教育方针，坚持开工前的技术交底和施工日志记录。
当现场风速达到10m/S时，应停止吊装工作。达到15m/S时，现场应停止所有施工。搬运构件必须使用安全手套。特殊作业人员应持证上岗。每天结束工作前，应对所安装的建筑物进行检查，避免不必要的意外产生。钻孔时应带防护镜。严格按规定搭设脚手架，并进行检查后方可使用。对运用的移动脚手架平台进行有效的固定，并对必要的防滑措施进行运用，做好防护绳及安全带的设置。
四、结束语
在建筑工程安全管理的过程中安全制度的落实是最为关键的环节，制定施工组织设计，层层落实责任。增大对安全措施的运用，做好一切防护措施。加大现场人员的防范意识，以安全施工为目的，确保施工的顺利进行。
【参考文献】
[1]刘蔚彬.浅谈钢结构施工过程中的安全防护要点[J].城市建设理论研究（电子版），2011，（32）.
[2]张世翔，林红星.钢结构施工安全防护策略探讨[J].科技资讯，2011，（5）：119.
房屋建筑结构设计安全度分析 篇4
从事建筑结构设计的基本目的, 是在一定的经济条件下, 赋予结构以适当的安全度, 使结构在预定的使用期限内, 能满足所预期的各种功能要求, 一般来说, 建筑结构必须满足的功能要求是:1.1能承受在正常施工和使用时可能出现的各种作用, 且在偶发事件中, 仍能保持整体稳定性, 即建筑结构需具有的安全性。1.2在正常使用时具有良好的工作性能建筑结构需具有的适用性。1.3在正常维护下具有足够的耐久性。上述安全性、适用性和耐久性, 是建筑结构安全与否的标志, 总称为结构的可靠性, 对这些性能的度量, 即结构在规定的时间内, 在规定的条件下, 完成预定功能的概率, 称为结构的安全度。
2 选择结构设计安全度的有关因素。
结构设计安全度的高低, 是国家经济和资源状况, 社会财富积累程度以及设计施工技术水平与材料质量水准的综合反映。具体来说, 选择结构设计安全度要处理好与工程直接造价、维修费用及投资凤脸 (包括生命及财产损失) 之间的关系。显然, 提高结构设计安全度时, 结构的直接造价将有所提高, 而维修费用将减少, 投资风险亦将减少:如果降低工程造价, 则维修费用和投资风险都将提高。所以, 确定建筑的结构设计安全度, 实际上是在结构造价 (包括维修费用在内) 与结构风险之间权衡得失, 寻求较优的选择。那种单纯以建造时的材料消费用量和经济指标来评价结构安全度的观点, 将导致片面的结论, 实际上, 结构设计安全度的选择, 不仅涉及生命财产的损失, 有时还会产生严重的社会影响, 对某些结构, 还将可能产生严重的政治后果;而且还涉及到国家的经济基础和技术经济政策。
3 我国结构设计安全度的现状。
从根本上说, 结构设计安全度的高低, 是国家经济和资源状况, 社会财富以及设计施工技术水平与材料质量水准的综合反映。提高结构的安全度, 必然会增加结构造价和耗费更多的材料, 但能相应降低结构失效的风险, 所以确定建筑结构设计的安全度, 还应体现投资者或业主的利益, 在结构造价与结构风险之间权衡得失, 寻求较优的选择。我国建筑结构安全度的现状是:设计规范取用的荷载值比国外低, 材料强度的取值比国外高, 所用结构承载力计算公式的安全裕度比国外低, 甚至在个别情况下偏于不安全, 对结构的构造规定又远比国外要求低。也就是说, 在设计结构安全度的各个环节中, 几乎没有一个环节比国外更偏于安全的。
4从商品的角度看待建筑结构的设计安全度。
信息安全风险与信息安全体系结构 篇5
信息安全风险与信息安全体系结构
摘 要 在计算机、手机、电话等通讯技术迅速发展的今天，信息安全风险成为当下全社会关注的热点问题。作为信息系统安全开发中的引导和约束主体，网络的应用范围无疑是广大的，从最初的游侠网络发展到今时今日的网络区域性，然而在使用网络带来的方便同时人们也面临着网络带来的信息失窃泄露隐患，因此本文针对网络信息安全进行介绍，对网络安全系统的构建问题加以讨论。 关键词 信息安全;风险评估;预防措施 中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1671-759718-0056-01 信息安全的概念经历了一个漫长的发展过程，20世纪90年代以来得到了深化，进入21世纪，日益凸显。信息的存在范围是巨大的，大方向可以影响国家政治与军事的走向，小到企业之间的公司机密的安全，个人的隐秘信息安全等。安全作为信息系统领域的一个重要问题，在信息作战环境中的信息安全尤其举足轻重。如今，网络快速发展，所以网络环境下的信息安全体系是保证信息安全的关键。新一代信息网络体系结构保障了人们的信息安全。 1 信息的发展 在刚刚过去的几十年时间里，人们的不断发明创造，让信息技术发生了日新月异的变化。在现代网络技术逐渐的发展取代了人们传统的信息结构，从以往的写信报纸到了在网络上可以实现多方面信息的获取，实现了人们异地交流同步的最终目的，虽然网络还处于发展初期，但是其影响力超过现代任何一种信息传递模式，为此人们对于网络的依赖性就越发严重。但是由于网络安全问题所带来的信息非法获取以及私人信息泄露、机密信息丢失等问题频繁发生，世界上很多国家都遭到了网络信息窃取所带来的巨大损失，为此不少西方国家率先提出一系列网络信息安全维护措施，但是由于网络自身的特点这些措施所取得的收效并不高。 2 信息安全的重要意义 信息安全不仅关系信息自身的安全，更是对国家安全具有重大战略价值。信息安全关涉一个国家的政治安全，经济问题以及文化问题。信息安全不是一个纯粹的技术问题。信息是国家的眼睛和窗户，为此在我国进入网络信息时代后就更要注重自身网络信息的安全性，信息主导着国家的舆论方向，因此一条错误的信息或扭曲的信息都会在网络环境内造成巨大的破坏，这种破坏是多方向的，可能会引起一系列现实社会中的不安和动荡，因此针对网络信息的特点就需要格外注意这一系列问题。随着信息技术的`不断发展，信息的负面影响不仅仅表现在企业的经济损失，各种关于信息安全的侵权行为也开始肆意横行，网络的快速发展也给这些侵权行为提供了良好的载体，还有各种国家的机密被盗事件的频繁发生等等。因此，信息安全不容忽视，特别是国家信息安全，办公信息系统安全更不容忽视。 3 漏洞扫描技术与网络信息安全管理 3.1 漏洞扫描技术 网络信息化是通过电子计算机网络进行数据共享的一个过程，因此在上网获取信息的同时在一定角度上来讲也属于暴露了个人的信息，因此在网路普及的过程中个人信息的丢失就成为现代人用网安全最需要关注的地方了。从网络数据的共享上来管制信息漏洞，防止信息非法获取以及病毒针对系统漏洞进行个人信息的窃取。漏洞扫描的结果实际上就是系统安全性能的一个评估报告，因此成为网络安全解决方案中的一个重要组成部分。 3.2 网络信息安全体系 网络资源的信息共享是现代计算机技术最为热门的一个方向。网络实现了交流的平台提供，并且对于一些相关的异地化进行同化信息操作，降低交流困难，但是在日益进步的网络信息时代网络信息安全问题又成了热门话题以及网络应用人员的安全隐患，信息安全管理不仅需要还需要合理的信息安全管理政策及制度，而且还需要好的信息安全体系来保障。而在网络技术如此广泛的普及之下，保证上网环境的安全是首要的任务，因此针对于这一问题就要针对以下三方面进行梳理，保证上网的环境安全性，第一确保上网系统漏洞的检测，对防火墙个人信息保护软件等软件进行漏洞修复，对上网条例进行所属签订，对网络环境进行优化检查删除恶意软件。 4 制定信息安全管理策略及制度 1)制度的建立过程是从基础开始做起的，因此为了确保我国网络使用安全以及相关信息保护措施的到位就必须完善相关监管部门的专业技术，作为问题处理的单位相关的监管人员网络安全技术过硬才能灵活应对各类突发事件，并且对于层出不穷的网络信息安全问题进行识别，此外还需要定时定期的培训以及技术经验交流以适应逐渐发展的网络环境。 2)制定信息安全管理制度应遵循如下统一的安全管理原则：①规范化原则;②系统化原则制定安全策略;③综合保障原则;④以人为本原则;⑤首长负责原则;⑥预防原则;⑦风险评估原则;⑧动态原则;⑨成本效益原则。 3)立法保护确保网络安全法的执行力度，吸收西方网络安全工作经验总结出一套适合中国的网络使用安全方案，确保网络信息不出现非法流失。 4)建立既符合我国国情又能跟国际接轨的信息安全策略，确保信息最高的安全程度，保障每一位公民能够切实享受到隐私权，保护每位合法公民的财产不被侵犯。更希望信息安全保护能够走到世界的前沿，保护国家信息的绝对安全。 5 信息安全系统工程 网络安全系统的开发是离不开以下几个方面的。 1)系统构建。系统的构建过程属于细致的专业的过程，因此需要系统开发人员有十分充分的开发技术，并且对开发出的安全系统经常性、周期性的进行维护、检测以及漏洞修复。 2)识别信息安全问题隐患。随着网络科技的发展窃取信息的方式变得越发多种多样，因此识别这些窃取信息的网络安全问题就十分重要。 3)是安全问题的处理。处理技术是随着网络更新换代而发展变化的，由于网络的发展周期太快因此处理问题的方法就不可以局限于时间段而需要及时的针对问题进行处理方式的进化更新，优化相应的处理方式和处理技巧。 6 结束语 信息技术的发展让人类开始步入信息化，网络化的时代，促进了社会的繁荣与进步，给人们的学习，工作，生活带来了极大的方便，也使人们对计算机网络的生活有着极大的依赖性，并且随着网络科技的发展人们的生活与网络的结合会越来越紧密。因此，信息安全成为社会各界关心的问题。它系着个人，企业乃至国家的命脉，一定做好信息安全保护工程。 参考文献 [1]陈媛媛.计算机网络安全与防范策略探析[J].山西煤炭管理干部学院学报，2013(02). [2]王林.计算机网络信息安全防护策略[J].信息安全与技术，2013(05).
结构安全分析 篇6
【关键词】土木工程；结构设计；安全问题；策略研究分析
【中图分类号】TU318
目前来看，我国的土木工程在设计的过程中存在一系列的安全问题，尤其是民用建筑，在设计之初，只是追求了片面的经济利益，极大的忽略了土木工程的安全性问题。土木工程主要是由以下3个方面构成的：（1）结构设计方法；（2）建筑材料；（3）施工措施。其中结构设计是土木工程的关键步骤，因此在设计相关结构时需要格外重视。一旦出现安全事故，造成的社会危害性不可估量。因此，为了有效解决土木工程中存在的安全问题，笔者首先对土木工程的相关结构设计问题进行分析，在此基础上提出解决土木工程结构设计解决安全问题的方法。
一.土木工程结构设计中存在的安全问题
1.设计标准未达到使用要求
我国在土木工程结构设计中存在诸多的安全隐患，部分设计在使用较短时间之后就出现了质量问题。例如，房子出现墙壁变形以及裂缝，让广大人民群众对土木工程的设计质量存在一定的信任与认可。就相關资料研究调查结果显示，国外的土木工程结构设计远远高于我国，部分建筑有上百年的历史都保存的比较完好，也没有出现质量问题[1]。基于此，我国在土木工程结构设计中的设计标准安全性比较低，我国对于抗震实际的规范要求是“小震不坏、中震可修、大震不倒”，只要满足上述要求就可以开始动工。在上述标准要求下，中震以后房屋的结构可能会发生问题，对于震后的维修是一个比较复杂的问题。
2.设计标准不够规范
我国的建筑行业起步比较晚，发展的速度相对来说比较缓慢，再加上我国对于土木工程的设计标准不够规范等因素，造成了我国的土木工程行业远远落后于发达国家。相关部门在安全监测方面采取的措施不够严格，出现商贩偷工减料等情况，造成建筑物未使用多久就出现质量问题。并且一旦发生地震、滑坡以及泥石流等自然灾害之后就要使得房屋倒塌，总而言之，除了部分认为因素之外我国政府机关在法律的规定以及设计标准方面还不够完善，处罚的不够严格，造成了土木工程质量安全不过关现象存在。
3.承重柱截面积小
对于一些地震灾害不够频繁的地区，土木工程结构设计师往往会将承重柱的面积设计的不够大，从而简化土木工程建筑的受力分析，继而让设计的过程变得更为简单。上述做法存在一定的风险，一旦降低了承重柱的截面积，就会降低其承重强度；意外一旦发生，墙体受到外力作用后会发生墙体开裂情况。从另外一个角度来看，缩小承重柱的截面积会缩短建筑物的使用寿命[2]。
4.忽视环境因素的相关影响
我国的土木工程在设计之初就没有将环境因素充分的考虑进去，往往重视的是不同荷载作用下土木工程的耐久性以及安全性。在设计的过程中，对温度、土壤的酸碱度以及湿度等会腐蚀钢筋混凝土使用寿命的因素没有充分的考虑进去，继而存在大量的安全隐患。
二.解决土木工程结构设计解决安全问题的方法
1.逐步完善土木工程结构设计标准，在设计的过程中充分符合相关规定与要求
土木工程结构设计需要符合国家规定的技术规范，借鉴国外的设计标准与要求，对于一些不够完善的技术标准进行学习与研究。在此基础上，结合我国的实际发展国情，对于部分不合理的管理体制应该秉持着科学客观的原则进行改善[3]。与此同时，严格管理相关从业人员的注册资质，对于一些安全设置不足以及不够规范的标准需要上上级部门反映。完善国家对土工工程建筑行业的规定，加大对土木工程建造过程中的监督，提高在行业招标时的标准，确保企业能够按照相关要求来投标，保障投标的公平与公正。与此同时，国家应该出台相关法律来严惩不法建筑商，发动广大人民群众的力量来进行监督举报。
2.提高土木工程建筑设计人员的专业水平，提高土木工程设计人员的职业素养
建筑物的建造不仅仅融合了城市的生活态度，也融合了企业建筑的思想文化习惯，简而言之，建筑物的设计构造既是企业的参照物，又是城市的象征，对于整个城市以及社会来说都有着或多或少的影响。土木工程的建筑设计师对于整栋建筑的把控有一个宏观的了解，一座合格的优美的建筑物在设计时既需要考虑到设计出合理的结构设计图，还需要考虑到是不是符合经济要求。企业在选择建筑设计师时需要经过慎重的选择，并且对设计师进行定期的培训，让设计师充分的了解企业的思想文化内涵，继而提高设计师的专业水准，满足企业的相关要求。与此同时，设计师在设计图纸时，需要综合考虑到当地的自然环境，在土木工程结构设计上留下安全的空间以满足强度需求[4]。
3.定期对土木建筑工程进行安全检测
国家安全管理部门需要对土木建筑工程定期进行检测以及监督，部分企业认为在目前来看使用寿命已经够长不用再检测，但是，土木建筑工程仅仅从表面来看是不能够看出安全问题的，只有在遇到严重的自然灾害时才会暴露出相关问题。为了有效避免上述情况的出现，有关部门应该定期对土木建筑工程进行检测，及时的发现潜在的安全隐患。
三.结束语
综上所述，及时的发现土木建筑工程中存在的安全问题并且采取针对性的解决措施能够有效的避免安全问题的出现，提高土木建筑工程的使用寿命。
参考文献
[1] 桑秀芳.土木工程结构设计安全问题分析及策略研究[J].城市建设理论研究（电子版），2014，12（16）：2999-2999，1010.
[2] 沈秋生.土木工程结构设计安全问题分析及策略研究[J].城市建设理论研究（电子版），2014，10（26）：2109-2109，1265.
[3] 崔建英.土木工程结构设计安全问题分析及策略研究[J].城市建设理论研究（电子版），2015，5（24）：4033-4034，156.
结构安全分析 篇7
1 砖混结构施工质量问题要点分析
1.1 砌筑砂浆存在的问题
砌筑砂浆在施工工程中经常发生质量问题, 因素很多, 如原材料用砂控制不严, 砂浆不试配, 不孥配合比控制, 水泥用量少等。原材料应严格按照施工规范规定控制:砂浆用砂宜采用中砂并应过筛, 不得含有草根等杂物。水泥砂浆和强度等级不小于M5的水泥混合砂浆, 砂的含泥量不应超过5%, 强度等级小千M5的水泥混合砂浆, 砂的含泥量不应超过10%。控制配合比的具体做法是标准化, 例如对塑化材料的控制, 是将石灰膏调成标准稠度 (即120±5mm) , 进行称重计量, 定期抽查核对, 如供应的石灰膏含水比较稳定, 则可按稳定含水量进行计量, 误差控制在±5%内。石灰膏稠度不为标准稠度时, 可按表1换算。
施工现场砂浆应严格控制随拌随用, 一般情况下, 要求瓦工必须待所拌砂浆用完后才能下架子, 严禁使用超时砂浆。
1.2 砖决的湿润度问题
北方地区干旱缺水, 在砖砌体施工中, 经常有砖湿润度不够的情况发生, 而且工人对砖块浇水十分马虎, 随意用水管在砖块上洒上一些水, 有的没有淋湿, 有的还是干砖, 他们就让这样的砖块上墙砌筑。浇水是一项比较简单也不太费力的工作, 但如果忽视这个环节, 砌体的质量就会受到较大的影响。根据试验证明, 当砖的湿润度很低, 尤其是干砖上墙砌筑时, 铺在砖面上的砂浆中水分大量被干砖吸收, 使砂浆的流动性变差、砌筑困难, 影响砂浆的粘结力, 无法将分散的砖块胶结成整体, 因此大大降低了砌体的强度, 此时砌体的抗压强度最多时可能降低四成, 同时砌体的抗拉、抗弯及抗剪强度也会随之大幅度降低。当砖 (烧结粘土砖) 的湿润度在10%～15 9, 6之间时, 强度能够保证。.
1.3 水平灰缝砂浆不饱满
影响砌体抗压强度很重要的一个因素就是水平灰缝的饱满度, 灰缝不饱满会使砖块处于受弯、受压、受剪的不利受力状态。砌筑时, 往往把砂浆铺得过长, 砌到后面时砂浆中的水分被底砖吸收, 使砌上的砖层与砂浆失去粘结, 从而导致工程不合格, 有的施工单位砌筑水平灰缝的砂浆饱满度低于80%, 有的甚至只达到20%～40%, 使砖与砂浆的粘结力降低, 影响到砖砌体的质量。有的施工企业不再设置皮数杆, 水平灰缝厚度全靠工人自行掌握, 由于工人技术水平高低不齐, 砌至规定高度时, 与相邻位置的砖墙正好差一皮砖, 形成“螺丝”墙。试验表明, 在气温15℃时, 铺浆后立即砌砖和铺浆后3min再砌砖, 砌体的抗剪强度相差30%, 施工气温高时, 影响程度更大。实践证明, 实行“三一”砌砖法即“一块砖、一铲灰、一揉挤”的砌筑方法, 是能够保证砌筑质量的较好方法, 它的每一个环节在操作中都不能缺少。
1.4砌体间断处的处理不当
砖混结构房屋建筑的墙体, 纵横墙同时砌筑可使交接处衔接牢固。但实际中有时要在交接处临时间断, 这在“规范”里也是允许的。但也提出一些要求:“砌体临时间断处的高度差, 不得超过一步脚手架的高度”;“对不能同时砌筑而又必须留置的临时间断处, 应砌成斜槎”;“留斜槎确有困难时, 除转角处外, 也可留直槎, 但必须做成阳槎, 并加设拉结筋。”砖砌体交接处的牢固程度将直接影响建筑物的整体性及抗震性, 这种影响所造成的危害后果在正常情况下有时潜伏着, 当遇有地震等外力作用时就会毁于一旦。因此砖混结构房屋建筑中, 纵横墙交接处的质量是非常关键的, 上述留槎接槎问题是需要认真注意的问题。
1.5 凿槽开洞
在水、电管线施工中, 常见到随意在墙上凿槽开洞的现象.在楼梯间、厕所、厨房等管线较多的部位, 由于没有预留洞口或预留位置不准确, 随后在楼板上开凿洞口, 甚至剪断受力钢筋, 这样做不仅降低了楼板的承载力, 还给厕所带来渗漏的确良隐患。要预防以上问题, 最主要的是水电和土建工种要密切配合, 按设计要求正确预留洞口。还有在墙体上随意凿槽, 有此240mm厚的砖墙。其水平凿槽宽度竟达几十毫米, 甚至更深, 在楼梯间集中了电气、电话、电视、宽带网络等管线, 有时在不足2.5m宽的墙体上开凿两条几米, 深为上百毫米的竖槽, 大大降低了墙体的承载力, 对结构安全造成了严重的危害。
1.6 临时施工洞口
在砌体施工中, 应严格按照现行规范要求留置施工洞口, 其侧边距离交接处墙面不应小于500mm, 洞口净宽不应超过lm。同时在满足使用的情况下, 洞口高度越低越好;洞口上方应设置过梁, 过梁搁置长度不宜小于240mm。洞口两侧的砌体留直槎, 并沿墙高每500mm放置2根直径为6mm的拉结钢筋, 埋人长度从留槎处算起每边不应小于500mm。补砌前洞口也应提前浇水湿润, 将接槎处表面清理干净, 砂浆提高一个等级, 并确保灰缝砂补饱满, 补砌完一周后, 方可进行该部位的抹灰施工
2 施工安全要点分析:
砖混结构的房屋, 一般地说规模不大, 总体不算高。但安全生产各个方面工作还要认真抓好。
2.1 充分用好安全“三宝”。
进入现场必须戴好安全帽。尤其砌砖时, 砖块小容易掉下, 戴好安全帽可以防砸。安全网和安全带作为施工员应指导工人适时安装安全网和携带安全带。
2.2 抓机械设备安全使用。
尤其是垂直运输的吊塔、井架、台灵等, 它们的零件、钢丝绳索, 要经常派人检查。一旦出事, 它必是大事故。
2.3 抓脚手架的安全使用。
对搭设好的架子应进行检查验收;对风雨后的架子应加强检查;对停工较长时间后又恢复施工的架子应检查及加固。对架子上的荷载一定要严加控制, 每平方米不得超过270kg.同时要防止非架子工拆改架子而造成事故。
2.4 南方台风、大雨时期, 要交待砌筑工人
按规范控制每天墙身的砌筑高度, 单堵墙还应设置支护物, 防止墙身倒塌。
2.5 楼梯处要有护栏, 施工主要出入口要有护棚。
管道井、楼板孔等处要有护盖。上下架子要有扶梯。
2.6 要楼层施工时要限制在板上超荷重堆放砖块, 砌块及砂浆。
这点在目前往往被忽视, 实际上是极大的隐患。
安全工作如果能抓好以上这几个方面, 那么我们可以在生产上顺利的完成砖混结构的主体施工了。
3 结语
在砖混结构房屋工程施工过程中, 对施工技术中遇到的问题应结合相应解决问题的办法认真处理, 并做到严格规范, 控制要点, 加强安全管理, 便能使施工质量达到设计和施工规范的要求。使完成的工程成为精品、优质、安全的工程。
摘要：本文针对砖混结构房屋施工中存在的问题要点进行分析并提出改进措施, 同时强调安全管理的要点。只有严格规范, 控制要点, 加强安全管理, 才能使施工质量达到设计和施工规范的要求。
关键词：砖混结构,施工,要点分析,安全
参考文献
[1]国家标准《砖体工程施工质量验收规范》 (GB50203-2002) .
[2]董家光, 刘辉《砖混结构施工中的几个问题》科技资讯.2007, 16.
结构安全分析 篇8
近年来,高速列车在国内飞速发展,随着列车的运行速度大幅度提高,为了改善车辆动力学性能、提高旅客乘坐舒适性、降低铁路线路维修成本、减小列车运行阻力、降低承载结构的工作载荷和振动冲击能量,机车车辆承载结构相继采用轻量化技术设计[1]。同时,列车车厢人员密度大,活动空间较小,车厢内有大量非金属材料装饰物,虽然这些装饰物在设计时考虑了防火性能,但一旦发生火灾,燃烧仍会迅速蔓延[2],高速运行状态的列车的车窗玻璃破碎,会使得火势变得更为剧烈[3]。列车发生火灾以后一方面会对列车上的人员安全构成严重威胁[4],另一方面火灾产生的高温将对列车的结构安全构成严重威胁。根据DIN5510-4,当列车发生火灾以后,车体强度要满足运行速度为40 km/h时运行15min的要求[5]。
关于列车运动过程中火灾安全性研究,早期主要是采用实体燃烧实验和比例模型实验进行,燃烧实验以隧道和非隧道两种场景进行研究。1973年日本首次以5辆编组列车为基础进行了列车车辆火灾动态燃烧实验,主要研究了列车在运动状态下的火灾发展过程、车辆的防火性能以及着火车厢对前后车厢的影响,为制定相关车辆的消防对策和列车在火灾状态下的运行操作方法提供了参考[6]。1975年法国为了检验列车车厢防火设计的有效性,测试铝合金车体结构在火灾高温下的稳定性,进行了列车动态火灾的模拟实验研究。1995年EU-RCA(European Reach Coordination Agency)报道了铝和钢结构列车在隧道火灾下的燃烧行为[7]。随着火灾安全、结构安全研究的深入和计算机技术的发展,以计算流体力学为基础的相关流体动力学计算软件和弹性力学为基础的有限元分析软件相继被开发出来并应用于列车火灾和结构稳定性研究方面。目前的火灾数值模拟软件主要用于研究火灾发展过程、高温烟气分布规律以及控制措施方面,而不涉及结构安全性及稳定性[8,9]。在列车结构稳定性研究中,对制动车盘疲劳损伤等部件研究中考虑了温度的影响[10,11],对列车车体结构研究主要集中在正常运行状态下的强度校核和结构优化[12,13,14],而对火灾状态下车体结构强度研究较少。
本文主要分析列车发生火灾后40 km/h运行过程中车体结构强度的损伤情况,通过火灾模拟软件FDS模拟得到运行过程中的温度场,根据一维热传导理论插值得到车体结构温度分布,在结构材料本构中考虑温度对强度及刚度的影响并且考虑铝合金材料的延性损伤行为,利用ABAQUS软件进行结构损伤失效仿真计算,分析失效的原因,得到薄弱部位,为车体结构进行隔热设计提供参考。
1 建立火灾模拟模型
根据研究思路,需要对列车火灾中高温烟气扩散过程和结构静力强度两方面进行模拟计算。列车火灾研究主要分为隧道环境和非隧道环境,本文模拟场景选择列车在隧道内运行时发生火灾,采取紧急制动后,车速减到40 km/h之后匀速运行。火灾过程中逃生窗被打开,其他窗一直处于关闭状态。
隧道限界主要参考了狮子洋隧道建筑限界[15]和速度目标值为350 km/h的客运专线建筑限界采用的《京沪高铁铁路设计暂行规定》中客运专线铁路建筑限界[16],建立单孔隧道模拟动车在隧道内运行时火灾场景。
模拟车型为头车,参考国外列车实体燃烧实验的结果,将最大火源功率设置为15 MW。通过理论计算,得到动车非金属材料最大热释放功率为27.2 MW,但实际条件下材料不会进行完全燃烧,非金属材料在燃烧过程中燃烧效率约为0.4~0.7,则实际火灾燃烧功率为10.88~19.04 MW,平均值为14.96 MW,与最大火源功率设置值15 MW吻合。增长模型为t2增长模型,火灾假设为快速火,增长系数为0.046 89。网格单元大小为0.15 m×0.15 m×0.15 m。在头车尾部设置一个排放边界条件,排风风速为列车运行速度,在头部设置为自由流出边界条件,使得隧道内形成相对于列车向后运动、速度为40 km/h的空气流场。建立的模型如图1所示。
2 建立结构静强度分析模型
2.1 结构材料参数及模型
车体结构型材包含4种型材,分别为:EN AW-6005A,EN AW-6082和EN AW-5083及玻璃钢,各种铝合金型材相应的力学性能参数如表1所示。
车体端部玻璃钢罩的玻璃钢的力学性能参数分别为:弹性模量E=13 800 MPa;泊松比μ=0.1;材料密度ρ=1 800 kg/m3;屈服强度σs=120 MPa;玻璃钢的热膨胀系数为2.7×10-6。
对于结构载荷作用下刚度和强度的分析,铝合金材料弹性模量与温度的关系取为实验曲线的拟合公式(1)。温升小于100℃时,弹性模量与温度的关系为实际的实验曲线,超过100℃且低于250℃时取为250℃时的实验数据,超过250℃的弹性模量忽略不计。
式中:E为材料的弹性模量,单位为MPa;θ为材料的温升,单位为℃。
温升对于材料的另一个显著影响表现在材料的屈服强度。对于铝合金材料,可应用Johnson-Cook本构模型考虑温度对屈服强度的影响,模型中主要考虑的是热软化对材料强度的影响,硬化模量B和硬化指数n对材料模型的影响很小,故计算中忽略此两项。基于此J-C本构关系可表达为如式(2)所示:
式中:σs为流动应力,单位为MPa;A为室温下材料的屈服强度,单位为MPa;ε*为累计的有效塑性应变;T为材料节点温度,单位为K;Tmelt为材料的融化温度,单位为K;C和m为材料的属性系数,对于铝合金C等于0.35,m等于1.34。
当结构材料在超过承载极限后,不再具有承载能力,为了更符合工程实际情况,保证计算精度,避免有限元分析中由于单元的大变形及畸变对计算的影响,必须考虑材料单元的失效。铝合金属于延性金属,因此采用金属延性损伤失效模式,采用von-Mises准则进行判定。损伤累计模型为位移损伤模型。
2.2 边界条件及结构载荷
列车火灾状态下静力强度仿真计算中,边界条件包括:车内及车底的载荷分布和车体的自重即载荷边界条件;车体与转向架之间的约束即位移边界条件;车体因火灾而产生的温升即初始温度场条件。
车体内及车底的设备重量载荷简化为相应位置的均布载荷,包括车顶的设备载荷,车内的均布载荷。车底悬挂件的质量载荷简化为分布在边梁上的均布载荷。为避免加载产生的惯性力的影响,所有载荷均缓慢加载。车体所受的最大压缩载荷1 500 k N及最大拉伸载荷1 000k N均施加于车钩位置处[17]。载荷分布如图2所示。
将车体底部与转向架进行位移约束,连接位置处固定高度方向和宽度方向的位移,允许长度方向的位移和饶高度方向的自由转动,铝合金车体与玻璃钢罩之间采用位移约束。车体两端车钩处为正确施加最大冲击载荷,均添加了节点相对位移约束。
车体的初始温度场通过火灾模拟得到,并导入到Abaqus作为初始条件。
3 实验结果分析
3.1 温度场分析
根据DIN5510-4,当列车发生火灾以后,车体强度要满足运行速度为40 km/h时运行15 min的要求。所以本次模拟为列车时速40 km/h条件下,模拟总时间为900 s。
图3是通过火灾模拟得到的温度场差值到列车车体上得到的温度云图,由图可知车体的最高温度达到1191℃。车体温度场在此工况下的特点表现为最高温升大,高温区域分布广。整个车顶的温升几乎均处于500℃左右。高温位置处于逃生车窗,并且车体结构最薄弱的部位即车门附近的温升最高。车头司机室的温升也达到接近500℃左右。底架做为头车最重要的承载构件,火灾引起的温升十分严重。从图中可以看出前部和中部底架温度处于300~794℃,这一部位为车体承载及传递载荷的重要构件,这样的温升会导致结构材料铝合金的承载能力急剧降低。
3.2 最大压缩载荷下强度分析
图4为车体Mises应力场云图。车体应力主要分布在车体的后部,车顶和侧墙处整体应力水平较低,应力值为180 MPa左右。整车的最高Mises应力为433MPa,位于已经失效的车体前部承载位置。产生高应力的原因在于车体前部承载构件断裂失效后,载荷仍然施加于其上,极大的加速度产生很高的应力。车体前部承受最大冲击载荷的位置已经彻底断裂失效(如表2),此时载荷不能继续施加于结构之上,因而车体底架前部的应力非常低。根据车体底架中间Mises应力场云图可知,底架中间的裂纹还没有演化为彻底断裂(如表2),但由于裂纹的出现,底架中间的应力得到松弛,并且前部最大载荷因构件失效,底架中间部位的应力非常低。底架左端的应力高,但分布较为均匀。冲击载荷在结构上产生了很高的应力,但由于该处温度较低,结构强度刚度受火灾高温的影响很小,承载能力相同,所以应力分布很均匀。
火灾产生的高温导致最大受力区底架中间材料强度降低,产生塑性变形,进而演化为裂纹,使得前部载荷不能有效地传递,前部出现高应力,而受高温的影响承载能力降低,最终导致底架前部出现彻底地断裂失效。
在头车车体结构强度安全不能得到满足的情况下,特别是底架右端出现构件断裂失效,车体的刚度同样无法得到满足。从图5垂向位移云图可知,此工况下由于车体构件的断裂失效,最大垂向位移为断裂后的构件产生的刚体位移。车体中间的垂向位移处于42~80 mm之间。
3.3 最大拉伸载荷下强度分析
图6为最大拉伸载荷下车体结构的Mises应力场云图。
根据车体整车Mises应力场云图,车体的Mises应力场与最大压缩载荷工况下的分布非常相似,应力主要集中在车体的左端。车体顶部应力水平很低,表面车顶部基本没有承受载荷,载荷主要由车体底架承受。根据车体温度场分布特征,车顶几乎全部区域受到火灾高温的影响,导致结构材料软化,强度降低,不能承受载荷。底架前部受火灾高温的影响十分明显,结构材料的承载能力受到很大程度的降低,同时承受着最大拉伸载荷,因而底架前部出现大量的裂纹和单元失效。由于裂纹的出现,导致应力得到松弛,因而底架前部最终的应力相对底架左端要低很多。相似的情况也出现在底架中间,底架中间由于裂纹的出现导致应力得到松弛,局部区域应力几乎降低为零。底架后部的应力水平非常高,最大Mises应力值为209 MPa。由于底架后部承载了大部分载荷,虽然火灾对底架左端的影响有限,但在底架左端靠近中间位置出现了裂纹,此时车体结构的安全完全不能得到满足。
在车体结构的强度不能满足要求的同时,车体的刚度一般也不能得到满足,图7为车体结构在最大拉伸应力下的垂向位移云图。根据整车垂向位移云图,车体结构最大垂向位移为90 mm,是头车玻璃钢罩顶部未受约束段在自重下产生的位移,而车体结构中间位置的垂向位移约为10 mm左右,但在底架上产生较大垂向位移。前部和底架中间受温度的影响很大,结构材料的刚度受温度的影响降低,产生较大的变形。根据云图,前部和底架中间的垂向向下位移在40~50 mm的范围内。底架后部受温度影响很小,结构材料仍具有承载能力,因而底架左端的垂向位移垂于仅在10 mm左右。
4 结论
1)火灾状态下,车体大面积温度在500℃左右,底架前部和中间温度在300~794℃之间,高温对铝合金强度影响严重。
2)最大压缩载荷下车体底架右端最大载荷构件出现彻底断裂失效,车体底架中间出现裂纹,车体中间的垂向位移处在42~80 mm之间。
3)最大拉伸载荷下车体损失比最大压缩载荷要小,车体未出现断裂失效,但是应力较高,底架前部和中间的垂向向下位移在40~50 mm的范围内。
4)底架中间为最危险截面,高温导致结构承载能力降低,更易出现结构失效,进而导致前部断裂失效,因此在隔热设计中需要对底架中间重点考虑。
摘要：为了分析高速列车火灾时在紧急制动以后运行的安全性,选取列车在隧道内运行的场景,通过FDS软件模拟得到火灾后车体内温度场,基于一维热传导理论得到车体结构的温度场分布,在车体结构材料本构中考虑高温对强度及刚度的弱化影响,通过ABAQUS计算列车在最大压缩载荷和拉伸载荷作用下的应力分布和垂向位移。通过分析得到车体大面积温度在500℃左右;最大压缩载荷下车体底架前部构件出现断裂失效,底架中间出现裂纹,中间的垂向位移在42~80 mm之间,最大拉伸载荷下车体损伤略小,车体未出现断裂,底架前部和中间的垂向位移在40~50 mm范围内;底架中间高温是导致断裂失效的最主要原因,在隔热设计中需要对此重点考虑。
结构安全分析 篇9
ZigBee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗、低成本无线网络技术, 它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案, 主要用于近距离无线连接。ZigBee的网络标准由IEEE 802.15工作组负责制订, ZigBee是IEEE 802.15.4标准在商业推广上的名称。802.15.4标准的适用范围非常贴近生产和生活, 对数据速率和Qo S的要求不高, 目标市场是工业、家庭以及医疗等需要低功耗低成本以及大面积使用无线监控设备的领域。
另外, ZigBee提供了高可靠性的安全服务, 它的安全服务所提供的方法包括密码建立、密码传输、帧保护和设备管理。这些服务构成了一个模块用于实现ZigBee设备的各类安全策略。
1 安全体系结构和设计
1.1 ZigBee安全体系结构
ZigBee设备之间的通信使用IEEE 802.15.4无线标准, 该标准指定两层:物理层 (PHY) 和媒介存取控制层 (MAC) 。而ZigBee负责构建网络层 (NWK) 和应用层 (APL) 。PHY层提供基本的物理无线通信能力;MAC层提供设备间的可靠性授权和一跳通信连接服务。NWK层提供用于构建不同网络拓扑结构的路由和多跳功能。APL层包括一个应用支持子层 (APS) 、ZigBee设备对象 (ZDO) 和应用。ZDO负责所有设备的管理。APS提供一个用于ZDO和ZigBee应用的基础。
该体系结构包括协议栈三层安全机制。MAC、NWK和APS负责各自帧的安全传输。而且, APS子层提供建立和保持安全关系的服务。ZDO管理安全性策略和设备的安全性结构。图1显示了ZigBee协议栈的完整视图。
1.2 安全密钥
网络中ZigBee设备中的安全性是以一些“连接”密钥 (link key) 和一个“网络”密钥 (network key) 为基础的。应用层 (APL) 对等实体间的单播通信的安全性是依靠由两个设备共享的一个128位连接密钥保证的, 而广播通信的安全性则是依靠由网络中所有设备共享的一个128位网络密钥保证的。接收方通常知道准确的安全性安排。例如, 接收方知道帧是被连接密钥还是网络密钥保护的。
设备获得连接密钥可以通过密钥传输、密钥制定或者预安装等方式中的任意一种。而网络密钥是通过密钥传输或者预安装的方式获得。用于获取连接密钥的密钥制定技术是基于一个“主”密钥 (master key) 的。一个设备将通过密钥传输或者预安装的方式获取一个主密钥来制定相应的连接密钥。最后, 设备间的安全性就是依靠这些密钥的安全初始化和安装来实现的。
在一个安全的网络里有多种安全性服务可用。审慎的规定安全性服务可以避免穿过不同安全性服务的密钥重复利用, 这种重复利用可能导致由有害的交互作用所引起的安全性泄露, 也就是说, 这些不同服务使用一个密钥, 这个密钥来源于一个使用连接密钥的单向函数。这些无关联密钥的使用保证了不同安全协议在执行时逻辑上是相互独立的。
网络密钥可能被ZigBee的MAC、NWK和APL层使用, 也就是说, 相同的网络密钥和相关联的输入输出帧计数器对所有层都是有效的。连接密钥和主密钥可能只被APS子层使用。同样的, 连接密钥和主密钥只在APL层有效。
1.3 安全假设
ZigBee安全体系结构所提供的安全级别取决于对称密钥的保管、保护机制的运用以及密码机制和相关安全策略的正确执行。信任安全体系结构最终会减少对密钥材料可靠的初始化、安装、处理和存储的要求。
建立ZigBee安全体系结构时, 满足下面几点假设:
(1) 所谓安全协议的正确执行, 就是执行与当前协议相关的所有协议, 同时不遗漏关于此点的任意一个步骤。
(2) 随机数产生器正常运行。
(3) 秘密密钥在设备以外的地方不会以不安全的方式使用。也就是说, 只有在密钥材料已被保护的情况下, ZigBee设备才会将密钥材料发送至其他设备。有一个特殊情况, 当一个未提前配置的设备接入网络的时候, 单个密钥可能会未保护的传送, 因而导致短暂瞬间的脆弱性。
由于ad hoc网络设备低价, 不能一般的假定抗篡改硬件的可用性。因此, 对一个ZigBee设备的物理访问可能会产生对秘密密钥材料、其他特权信息以及保密的软硬件的访问。
由于成本的约束, ZigBee假定使用相同无线电接收装置的设备的不同应用在逻辑上是相同的。另外, 从一个给定设备的角度看, 除了认证以外, 核实其他设备的不同应用之间的密码是否分离或者同一栈的不同层之间是否准确执行是不可能的。因此, ZigBee假定使用相同无线电接收装置的设备的不同应用之间是相互信任的。另外, 较低的层可以被应用任意完全访问。这些假定就催生了设备的公开信任模型:通信栈的不同层和所有运行在单个设备上的应用之间是相互信任的。
简而言之, 所提供的安全服务采用密码机制只保护不同设备之间的接口;同一设备上不同栈层之间接口的分离是不采用密码机制。
1.4 安全设计选择
设备的公开信任模式允许重复利用同一设备不同层之间相同密钥材料, 同时允许端对端的安全性实现在设备对设备的基础上, 而不是两个通信中的设备上某一对层 (或一对应用) 之间, 所以单一使用该模式不易达到所需安全要求。一个具有ZigBee功能的恶意网络设备利用是否网络在未经许可的情况下传输帧, 也是一个必须考虑的问题。因此, 在设计ZigBee安全体系结构时, 应考虑下列原则:
(1) 确定“生成帧的层负责该帧安全性的初始化”原则。
(2) 如果服务的要求防止欺骗性攻击, 例如恶意网络设备的攻击, NWK层安全服务应该应用于除了路由器和新接入设备的通信帧以外的所有帧 (直到该新接入设备收到网络层密钥) 。因此, 只有接入网络而且成功收到网络层密钥的设备才能够有消息用于通信, 而不是一跳通过该网络。
(3) 由于ZigBee安全服务基于公开信任模式, 安全性基于各层密钥的重复使用。例如, 活动网络密钥可用于保证APS层的广播帧、NWK层的帧或者MAC层命令帧的安全, 密钥的重复使用有利于减少存储开销。
(4) 当且仅当源设备和目标设备都有权使用共享密钥时, 端对端的安全性才被激活。这点可以限制消息不安全的设备的信任需求。另外, 保证了设备间消息路由可以独立于信任考虑而实现。
(5) 为了简化设备间的互用性, 给定网络中所有设备和设备中各层的安全级别都应该是相同的。特别的, 如果一个应用需要的安全性超过给定网络所提供的, 则该应用需要组织一个独立的高安全级别的网络。
2 ZigBee各层安全性
ZigBee技术针对不同的应用, 提供了不同的安全服务。这些服务分别施加在MAC层、NWK层和APL层上, 其对数据的安全保护是在CCM*模式下执行AES-128加密算法。CCM*是CCM的增强版本, 它包含CCM的所有特征, 并提供加密和完整性检测的功能, CCM模式是由计数器 (Counter, CTR) 模式和密码块链接消息鉴权代码 (Cipher Block Chaining-MAC, CBC-MAC) 模式相结合构成的。使用基于CCM*模式的安全级别来保护输入输出帧, 是最基本的Zig Bee安全性需求。另外, 与其他安全模式不同, CCM*模式对于所有CCM*安全级别只使用一个密钥, 也就是说, 由于Zig Bee栈使用CCM*模式, MAC, NWK, APL层可重复使用相同密钥。
2.1 MAC层安全
MAC层负责来源于本层的帧的安全性处理, 但由上层决定ZigBee使用哪个安全级别, 需要安全性处理的MAC层帧会通过处理安全材料。由上层设置参数使之与活动的网络密钥和NWK层计数器相对应, 设置参数使之与APS层中与相邻设备共享的任意连接密钥相对应, 上层设置的安全级别与NIB中属性相对应。对于ZigBee, MAC层连接密钥是首选的密钥, 但若无MAC层连接密钥, 就使用默认密钥。图2显示了安全的MAC层输出帧的结构。
2.2 NWK层安全
当来自NWK层的帧需要保护, 或者在某个来自更高层的帧且网络层信息库 (NIB) 中属性为TRUE时, ZigBee使用帧保护机制。NIB中的属性给出应用于NWK帧的安全级别。上部的层通过建立活动及预备网络密钥, 以及决定使用哪个安全级别来管理NWK层。
通过多跳连接传送消息是NWK层的一个职责, NWK层会广播路由请求信息并处理收到的路由回复消息。同时, 路由请求消息会广播到其他设备, 邻近设备则回复路由应答消息。若连接密钥使用适当, NWK层将使用连接密钥保护输出NWK帧的安全, 若没有适当的连接密钥, 为了保护信息, NWK将使用活动的网络密钥保护输出NWK帧, 并使用活动密钥或预备密钥保护输入NWK帧。在这一环节, 帧的格式明确给出了保护帧的密钥, 因此, 接收方可以推断出处理输入帧的密钥, 另外, 帧的格式也决定消息是所有网络设备都可读, 而不是仅仅自身可读。图3显示了安全的NWK层帧的结构。。
2.3 APL层安全
当来自APL层的帧需要安全保护时, APS子层将会处理其安全性。APS层的帧保护机制是基于连接密钥或网络密钥的。图4显示了安全的APL层帧的结构。另外, APS层支持应用, 提供ZDO的密钥建立、密钥传输和设备管理等服务。
2.3.1 密钥建立
APS子层密钥建立服务, 提供给ZigBee设备获得所谓连接密钥的共享保密密钥机制。密钥建立包括两个实体:发起设备和响应设备。密钥建立协议包含三个步骤:交换临时数据, 使用临时数据得到密钥和确定连接密钥正确。
在对称密钥的密钥建立 (SKKE) 协议中, 发起设备使用主密钥与响应设备建立连接密钥。主密钥, 可能在工厂中预安装, 也可能通过信任中心安装, 还可能是基于用户登录数据等。为了维护信任基础, 需要支持主密钥的保密性和真实性。
2.3.2 传输密钥
密钥服务包括密钥传输、密钥请求和密钥交换。
传输密钥服务使用可靠的或不可靠的方法来给实现设备间的密钥传输。可靠的传输密钥命令将主密钥、连接密钥或网络密钥从密钥源传送到其他设备。而不可靠的传输密钥命令提供用初始密钥加载设备的方法, 该命令对加载密钥并无密码保护。在这种情况下, 可通过非密码方法实现传输密钥的安全性, 例如, 通过传送带外信道的命令。
请求密钥服务提供为一设备从另外设备请求当前网络密钥或端对端应用的主密钥的安全方法。
交换密钥服务为一设备提供通知另外设备转换为不同当前网络密钥的安全方法。
2.3.3 设备管理
设备管理包括设备更新和设备删除。
设备更新服务给一个设备提供安全方法, 来通知第二个设备, 第三个设备状态有变化并且必须更新。通过这个机制信任中心保持一个当前网络装备的精确列表。
设备删除服务提供了一个安全方法, 设备通过这个方法通知另一个设备的, 将其子设备从网络中删除。例如, 从网络中删除一个不满足信任中心安全要求的设备。
3 信任中心角色
ZigBee为了实现安全性, 定义了一个信任中心的角色。一个网络中只能有一个信任中心, 且被网络中的所有设备所识别和信任。
在如商业应用等, 需要高安全需求时, ZigBee设备可以预载信任中心和初始主密钥, 但若应用程序能承受片刻的外部攻击, 主密钥可由带内安全性不可靠的密钥传输。若不预载, 设备的信任中心默认为PAN协调器或者由PAN协调器指定的设备。
在如民用应用等, 只需要较低安全需求时, ZigBee设备使用网络密钥和信任中心安全的通信, 它可由带内安全性不可靠的密钥传输重新配置或发送。
由信任中心履行的功能可以细分成三个部分:信任管理器 (Trust manager) , 网络管理器 (Network manager) , 配置管理器 (Configure manager) 。一个设备通过它的信任管理器, 来识别其他设备是网络管理器还是配置管理器。网络管理器负责网络并给它管理的设备分配和维护网络密钥。配置管理器负责两个ZigBee应用, 并且使它管理的两ZigBee设备间端对端的安全性。为了简化信任管理, 这三个部分都包含信任中心内。
ZigBee设备为了实现信任管理, 必须接受一个来源于信任中心的, 但通过不安全的密钥传输而来的初始主密钥或网络密钥。为了完成信任管理, 设备将通过不可靠的密钥, 接受源于信任中心的初始控制密钥或网络密钥;为了实现网络管理, 必须只从信任中心接受一个初始网络密钥和更新的网络密钥;为了实现配置管理, 必须只从信任中心接受主密钥或连接密钥, 来建立两ZigBee设备间端对端的安全性服务。除初始主密钥外, 只有来源于设备信任中心, 且通过安全密钥传输的连接密钥、主密钥和网络密钥才能被接受。
4 结束语
ZigBee技术在短距离、低数据量的无线通信中有着其他技术所不具有的优势, 而安全性服务是保证ZigBee技术立足市场的前提。在ZigBee联盟公开的ZigBee 1.0标准规范说明中, 着重强调了ZigBee所能提供的安全性服务, 后续的增强版本中又再次加强了安全性服务。本文详细分析了ZigBee安全服务结构, 在安全性的其他层次上值得进一步研究, 如数据加密、安全协议等。
摘要：随着网络和无线通信技术的高速发展, 无线传感网络 (WSN) 的应用越来越广泛, 在大多数的应用中, 用户对WSN的安全性要求都很高, 而ZigBee标准具有高可靠性的特点, 提供了丰富的安全服务。本文就是对ZigBee标准的安全服务规范进行了分析, 介绍了ZigBee标准的安全体系结构、安全假设、安全设计选择原则, 详细研究了各层安全服务策略。
关键词：ZigBee,安全,体系结构,无线传感网络
参考文献
[1]金纯等.ZigBee在矿井安全领域的应用[J].煤矿安全.2006.
普通混凝土桥梁板结构的安全分析 篇10
关键词：梁板结构,安全,分析
1 工程概况
某电厂煤码头引桥自竣工并投入使用已10年。该码头为圆筒式梁板连续整体结构, 主要承担电厂所需原煤的接卸和输送任务。为确保桥梁及码头的安全正常运营, 有必要结合桥梁的现状对桥梁承载能力进行验算, 评定桥梁的极限车辆荷载吨位, 为业主对桥梁进行限载, 两端挂标志牌, 注明限载吨位等提供依据。
煤场栈桥结构纵横方向采用矩形梁和箱型梁连接, 上部安装预制钢筋混凝土π板和T板, 共同形成以结构自重力承担码头外部作用的重力式水工建筑物。煤场栈桥结构剖面如图1示意。
依据相关设计资料, 同时考虑安全等各方面的影响因素, 混凝土等级取为C30。DPI板的计算跨径为20m。根据设计图纸信息, DPI板的钢筋信息为:端部箍筋:2×4T12@200, 设计强度为400MPa;跨中底部钢筋:4×4T40+4×4T40, 设计强度370MPa, 桥博计算中, 跨中钢筋采用中交新钢筋HRB400来等强替代。
2 验算参数
2.1 桥面冲击系数
桥面冲击系数采用《公路桥涵设计通用规范》中的简化计算方法。对于简支梁:以DPI板为对象, 根据简支梁特征有:l=20.0m, Ic=3.663e+011 (m m4) =0.3 7 m4, Ec=2.5 5 E+1 0 (N/m 2) , A=2033000 (mm2) =2.03m2, r=25kN/m3。
通过计算, 得到汽车活载作用下桥面冲击系数µ=.1279。
2.2 横向分布系数
每跨之间有三片π梁板, 每片π梁板之间留有施工缝, 假定视为简支, 则可采用铰结板法进行每片π梁的横向系数计算。通过计算, 可求得三片主梁的汽车横向分布系数分别为0.7106581、0.667671和0.7115421。结构承载力验算时, 取3#梁作为验算对象。
2.3 最不利荷载组合
以典型π板DPI为验算对象, 最不利荷载组合考虑跨中弯矩和端部剪力。桥面宽度为20m, 按规范规定可以按四车道进行车辆布置。由于需要考虑多车道折减系数, 分别对二车道、三车道和四车道进行最不利荷载分析。桥梁宽度20m时为四车道桥梁, 当同时考虑4排车时, 车辆折减系数取为0.67, 当同时考虑3排车时, 车辆折减系数取为0.78, 当同时考虑2排车时, 车辆荷载不予折减。
通过计算发现, 四车道最不利荷载布置下跨中弯矩和端部剪力达到最大, 在结构验算中以此汽-20荷载进行验算。
3 验算结果
结合工程概况, 在合理模拟结构和边界的基础上, 采用桥梁博士3.0软件建立了相应的有限元分析模型, 采用桥梁博士的全桥结构安全验算类别对普通混凝土桥梁结构进行验算。
3.1 承载能力极限状况强度验算
为了保证结构的安全, 必须对结构的截面承载能力极限状态进行验算, 根据规范规定, 基本荷载组合下受力最不利的跨中控制截面的承载能力极限状况强度验算可知, 混凝土桥梁跨中截面的极限最大弯矩承载力13600kN·m远大于基本组合下的结构弯矩设计值5760kN·m, 因此T梁结构是偏于安全的。
3.2 正常使用阶段的裂缝宽度计算
为了保证结构的正常使用, 必须对钢筋混凝土构件在正常使用极限状态下的裂缝宽度进行验算。钢筋混凝土构件, 按I类环境考虑, 最大裂缝宽度不应0.2mm。通过桥梁博士的计算, DPI桥梁跨中截面在汽-20车队最不利组合荷载作用下裂缝宽度为0.14mm, 小于规范要求, 能满足正常使用的要求。
3.3 正常使用阶段的截面挠度验算
本桥梁为钢筋混凝土简支T梁, 通过验算, 在满足极限承载能力及裂缝要求的汽-20车队最不利荷载组合下, 按荷载短期效应组合考虑, 跨中最大挠度为2.92cm, 再考虑长期荷载效应系数取1.6, 即为4.672cm;且结构自重作用下跨中挠度值为1.536cm, 则消除自重产生的长期挠度值为3.136cm, 小于桥梁规范中规定的1/600的梁跨度, 即:1/600×2000=3.335cm, 即汽-20荷载作用下, 结构的挠度满足规范的要求。
4 结语
为保证桥梁长期、安全使用, 特提出以下建议。
(1) 根据验算结果, 建议通过本桥的车辆重量不得超过汽—20荷载要求。
(2) 应对桥梁进行定期检查, 重点关注大型车辆经过后是否有新增裂缝、跨中下挠较大等现象出现, 确保桥梁结构的正常运营。
参考文献
[1]公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004) [S].
