结构确定（精选十篇）
结构确定 篇1
关键词：高层建筑,结构
随着我国经济不断发展, 城市化进程的加快, 城市中钢筋混凝土结构的高层建筑愈来愈多, 由于建筑形式的多样化, 建筑设计理念的不断创新, 各种不同使用功能的多元化等诸多因素, 使得高层建筑形体日趋复杂, 形态各异, 给结构设计增加了一定的难度, 往往会遇到一些规范或规程未论及的问题, 这时概念设计就显得尤其重要。
1 结构的平面形状及立面型式
高层建筑结构要抵抗竖向和水平荷载作用, 高层建筑结构中的抗侧力成为结构设计的主要问题, 因此, 平面形状宜简单、规则、对称, 避免过多的外凸、内凹。在抗震结构中, 结构体型、布置、构造措施的好坏比计算是否精确更直接影响结构的安全。平面和体型的选择必须在综合考虑使用要求、建筑美观、结构合理及便于施工等各种因素后确定。在高层建筑结构设计中, 保证结构安全和经济合理等要求比一般多层结构整体性也不同, 若上部结构通过合理结构设计能保证结构具有足够的刚度, 以使结构在地震作用下和风振作用下都不会有过大的动力反应, 高宽比控制也可以大些。比高层建筑更细柔的高耸结构设计时并不采用H/B来控制, 而是通过计算确定附加弯矩等不利因素从而采用相应的措施, 安全性同样能得到保证。因此, 可以通过合理的基础和上部结构设计来考虑结构整体性和抗倾覆性的要求, 适当突破高宽比的限值。
2 侧向位移的限值
高层建筑结构的水平位移随着高度的增长而迅速变大, 为防止位移过大, 规范对顶点位移和层间位移都作了一定的限制。控制顶点位移u/H的主要目的是保证居住、工作的人有舒适感和防止房屋在罕遇地震时倒塌, 但人的舒适感主要与结构的自振周期和顶点的加速度有关, 而与顶点位移并没有十分直接的关系, 所以用控制u/H来保证人的舒适度根据并不充分。另外u/H较大的结构只是可能会倒塌, 而结构遭遇到强烈地震时能保证不倒塌的关键, 是结构构件、结构体系应具有足够的变形能力和耗能能力, 如采用一些减振、隔振装置, 关键部位用钢骨混凝土等。使结构具有足够的延性是抗震设计的关键, 控制房屋在罕遇地震时倒塌与否的条件是结构极限变形能力而不是u/H限值。另外, 为使结构具有较好的防倒塌能力, 应在结构计算中考虑P-△效应, 对于今天计算机技术迅速发展的情况, 这已不是一件难事。控制层间位移△u/h的主要目的是防止填充墙、装饰物等非结构构件的开裂和损坏, 但目前的限值中没有明确△u的定义, 上下两层的水平位移差与层转角的含义又不同, 下层转动引起的上层刚性位移对构件内力并不产生影响, 弯曲产生的变形和剪切建筑更为突出, 因此宜尽量采用简单规则的平面, 立面型式也应避免过多外挑内收。目前有一些高层建筑的平面形状过于复杂, 凹角很多, 对抗震是不利的, 特别是一些工程采用了收腰的平面, 在平面的狭窄部位, 地震时容易破坏, 所以在方案选择阶段宜尽量调整, 加大宽度、加厚楼板。再如近年建成的同济大学图书馆等, 这类悬挂结构只有中央电梯井落地, 楼面全部悬挑, 从整体上来看是竖向悬臂结构, 缺少第二道防线, 所以在抗震设计时宜慎重采用。为了建筑外形的标新立异而以结构抗震和安全隐患为代价是得不偿失的。大量震害的经验教训表明, 建筑物平面布置不对称、刚度不均匀、高低错层连接、屋顶局部凸出或沿高度方向刚度突变等都容易造成震害。要使结构的刚度中心和质量中心尽量重合, 以减小扭转。建筑平面愈复杂, 在凹凸拐角等处愈易造成应力集中而遭到破坏。在完全对称的平面中, 也应注意凸出部分的尺寸比例。如果凸出部分较长, 要在结构设计中采取相应的措施。结构的竖向布置要做到刚度均匀而连续, 避免刚度突变, 避免软弱层。刚度突变及软弱层常常是由于切断剪力墙所致。如果有少数剪力墙切断, 则其他剪力墙在该切断层应予以加强。
3 结构刚度
高层建筑的抗侧刚度对结构的抗震性能有很大影响, 应设计得刚些还是柔些, 不同的设计有不同的做法, 因此各结构物的经济指标相差较大。产生的变形对构件内力的影响也是不一样的。因此, 虽然△u/h有限值要求, 但不同的算法所得的数值有时会相差几倍, 所以△u/h实际上失去了指导意义。另外, 衡量填充墙、装饰物等非结构构件的开裂的损坏与否, 用△u/h来控制也不是最妥当, 如非结构构件与主体结构之间是刚性连接, 则应主要看其主拉应力是否超出材料的开裂强度和破坏强度;若非结构构件与主体结构是柔性连接且连接材料具有较好的变形能力, 则△u/h超出限值也并不会破坏。
4 高宽比限值
《钢筋混凝土高层建筑设计与施工规程》 (JGJ3-91) 中对高层建筑的结构高宽比H/B进行限值的目的是为了保证结构整体的稳定性和不倾覆。一般而言, 随着建筑物高度的增加, 倾覆力矩也将迅速增大, 高宽比大的结构其安全性和经济性较差, 所以高宽比限值原则上是需要的。但目前高宽比限值中考虑的因素过于简单。首先, 结构的抗倾覆性与基础埋深、基础宽度及基础形式等有很大的关系。基础埋得越深、基础宽度越大, 结构抗倾覆能力就越好, 高宽比控制就可以稍大一些;有桩基础的结构, 其抗倾覆能力比天然地基的抗倾覆能力好, 所以高宽比控制也可以大些。其次, 上部结构的刚度分布不同, 且所有钢筋在同一截面截断锚固也有违规范要求。如果钢筋不断, 则混凝土伸缩时会引起钢筋产生预应力, 如此力与正常受力方向一致, 则降低了承载力。因此, 不能一概用后浇带代替结构缝, 应对后绕带的作用客观分析, 对其带来的不利因素应充分考虑, 必要时应采取其它措施加以弥补。
5 水平加强层
在框架———简体结构中利用水平加强层可以有效地减小结构侧移, 增强侧向刚度, 这已被广大设计人员所了解。以往加强层多为钢桁架, 其本身刚度有限, 所能增加的侧向刚度也有限, 一般作为结构安全储备而设。加强层由于利用水平构件达到增强侧向刚度的目的, 比较经济。加强层构件如果设计得较柔 (如采用钢构件) , 由于其刚度比内筒 (一般为钢筋混凝土) 的刚度小许多, 往往起不到很大作用。如果加强层刚度较大, 对减小侧移是有较大的效果, 但同时也会使内力有较大突变, 特别是外柱的剪力增加较大, 抗震不利, 在设计中应慎重处理。按抗震概念设计要求, 刚度有较大突变的结构部位会引起较大的应力集中, 设计不周会产生薄弱楼层的先行破坏, 所以应特别注意, 不应主要靠加强层来达到限制侧移的目的, 且应同时增强竖向构件的刚度, 使加强层上下若干层的刚度和缓变化, 避免刚度突变。另外, 刚性层本身的刚度选择也非常重要, 应在发挥刚性层作用的前提下尽量减小刚性层的刚度, 如在刚性梁中开些大孔洞 (应同时注意构造处理) , 使外柱剪力增加保持在可接受的范围内。
钢筋混凝土高层建筑设计与施工规程》 (JGJ33-91) 中有许多方面都涉及到概念设计的问题, 如结构布置、选型及节点构造等, 这些应在设计中给予高度重视。
参考文献
[1]《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002) 中国建筑工业出版社
[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ3-2002) 中国建筑工业出版社
有机物分子式和结构式的确定 篇2
1. 直接法
密度（相对密度）→摩尔质量→1 mol物质中各元素原子物质的量→分子式
例1 某有机物6.4克完全燃烧生成8.8克CO2与0.4 mol H2O，无其它物质生成，经测定该化合物蒸汽与氢气的相对密度为16，求该化合物的分子式。
解析 （1）求6.4克有机物中各组成元素原子的物质的量：
n（C）=0.2 mol，n（H）=0.8 mol，n（O）=0.2 mol。
（2）求有机物的摩尔质量：
Mr（有机物）=16 g·mol-1×2=32 g·mol-1。
（3）求该有机物中各元素原子的个数：
n（有机物）=[6.4 g32 g·mol-1]=0.2 mol。
故N（C）=1，N（H）=[0.8mol0.2mol]=4，N（O）=[0.2mol0.2mol]=1。
即该有机物的分子式为：CH4O。
点拨 某有机物燃烧生成H2O和CO2，该有机物可能是烃也可能是烃的含氧衍生物，要根据题中的条件，抓住质量守恒或氧原子守恒来判断。
2. 实验式法
各元素原子个数比→实验式[摩尔质量]分子式
例2 在标准状况下，某气态烃150 mL的质量是0.5223 g，经测定该烃含碳92.3%，试求它的分子式。
解析 （1）求该烃的实验式：
该烃只含碳和氢，故该烃含氢量为7.7%。
N（C）∶N（H）=[92.3%12.]∶[7.7%1]=1∶1，该烃的实验式为CH。
（2）求该烃的摩尔质量：
Mr（烃）=[0.5223g0.150L]×22.4 L·mol-1=78 g·mol-1
（3）求该烃的分子式
设该烃的分子中含有n个CH，
n=[Mr（烃）Mr（CH）]=[78 g·mol-113 g·mol-1]=6，
故该烃的分子式为：C6H6。
点拨 某些特殊组成的实验式中，即使不知道化合物的摩尔质量，也可以根据其组成特点确定分子式。例如：实验式为CH4，分子式为CH4;实验式为CH3，分子式为C2H6。
3. 通式法
根据各类有机物的分子组成通式及各类有机物的化学反应通式，通过计算确定有机物的分子式。
例3 0.3 g某饱和一元醇与足量的金属钠充分反应，产生氢气56 mL（标准状况），求该饱和一元醇的分子式。
解析 饱和一元醇的通式为CnH2n+1OH，设该饱和一元醇的摩尔质量为M（A）。
由饱和一元醇与氢气反应的通式：
2CnH2n+1OH + 2Na → 2CnH2n+1ONa + H2↑
2 mol×M（A） 22.4 L
0.3 g 0.056 L
[2mol×M（A）0.3 g]=[22.4 L0.056 L]
解得M（A）=60 g·mol-1。
由14n+1+16+1=60得，n=3。
该饱和一元醇的分子式为C3H8O。
点拨 各类有机物的通式应熟记。
烃燃烧的通式：CxHy+（[x+y4]）O2 → xCO2+[y2]H2O
烃的含氧衍生物燃烧的通式：
CxHyOz+（[x+y4]-[z2]）O2 → xCO2+[y2]H2O
4. 讨论法
题中未指明有机物的类别且数据不足时，通过讨论来确定有机物的分子式。
例4 某有机物的相对分子质量为58，该有机物在空气中燃烧只生成CO2和H2O，求该有机物的分子式。
解析 该有机物可能是烃或烃的含氧衍生物。
（1）若此有机物为烃，设分子式为CxHy，
则[12x+y=58]，[x=1]，[y=46]（不符合烃的分子组成，舍去）;同理[x=2]，[y=34];[x=3]，[y=22]均不符合烃的分子组成，应舍去;[x=4]，[y=10]符合烃的分子组成。
即该有机物的分子式为C4H10。
（2）若此有机物为烃的含氧衍生物，设分子式为CxHyOz，
则[12x+y+16z=58]。
若[z=1]，则[12x+y=42]。经讨论：[x=3]，[y=6]分子式为C3H6O。
若[z=2]，则[12x+y=26]。经讨论：[x=2]，[y=2]分子式为C2H2O2。
综上所述，此有机物的分子式可能是C4H10、 C3H6O、C2H2O2。
点拨 任意一种有机物的分子组成中，氢原子数不可能超过相应碳原子数的烷烃所结合的氢原子数。
5. 平均值法
利用平均摩尔质量或平均分子式，并抓住相关信息来确定有机物的分子式。
例5 两种饱和一元醛A和B的混合物共1.02 g，和足量的银氨溶液反应得到4.32 g Ag。若A分子比B分子多一个CH2原子团，求A 、B的分子式。
解析 依题意，A 、B的分子组成中各含一个醛基。
由关系式：—CHO～2Ag
A 、B的总物质的量为[4.32 g108 g·mol-1]×[12]=0.02 mol
A 、B的平均摩尔质量为[102 g0.02mol]=51 g·mol-1
因摩尔质量：HCHO～30 g·mol-1，CH3CHO～44 g·mol-1，CH3CH2CHO～58 g·mol-1，
且A 、B相差一个CH2，
所以A 为CH3CHO ，B为CH3CH2CHO。
即A的分子式 为C2H4O ，B的分子式为C3H6O。
点拨 平均值法往往用于两种或两种以上混合物中各组分的分子式的判断，需注意：①碳数小于2的烃只有甲烷，烃的含氧衍生物有甲醇和甲酸;②各类有机物中分子量最小的CH4～16、C2H4～28、C2H2～26、C6H6～78、CH3OH～32、HCHO～30、HCOOH～46。
二、确定有机物结构式
1. 价键规律法
某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则可直接由分子式确定其结构式。
例如，分子式为C2H6，依据价键规律只能写出一种结构简式CH3—CH3;又如分子式为CH4O依据价键规律也只能写出一种结构简式CH3—OH。
2.定性或定量推测的方法
当一个分子式可能代表两种或两种以上具有不同结构的物质时，可利用该物质的特殊性质，通过定性或定量推测来确定其结构式。
例7 A 、B都是芳香族化合物，1 mol A 水解得到1 mol B和1 mol醋酸。A、B的相对分子质量都不超过200，完全燃烧都生成CO2和H2O，且B分子中碳和氢元素总的质量百分含量为62.5%。A溶液具有酸性，不能使FeCl3显色。
①A 、B相对分子质量之差为 。
②1个B分子中应该有 个氧原子。
③A的分子式是 。
④B可能的三种结构简式是 。
解析 ①质量守恒：A+H2O→B+CH3COOH，A-B=C2H2O，即相对分子质量之差是42。②先定性推测：A有羧基，所以B也有羧基，且有从A（醋酸酯）水解释出的羟基，初步推测B至少含有3个氧原子。后定量确证：M（B）<158，可推出B中氧原子数n（O）<[158×34.8%16]=3.4。③M（B）=[16×334.8%]=138，结合B中含有苯环、羧基、羟基可推出B是羟基苯甲酸，分子式为C7H6O3，A是C9H8O4。
答案 ①42 ②3 ③C9H8O4
④ [—COOH][—][OH] [—COOH][—][OH] [—COOH][—][OH]
建筑结构嵌固端的确定 篇3
关键词：高层建筑,嵌固端,结构,设计,抗震等级
建筑物尤其是高层建筑在进行结构分析计算之前, 必须首先确定结构嵌固端的所在位置。所谓嵌固部位即设计预期出现塑性铰的部位。正确选取其结构嵌固端, 是高层建筑结构计算模型中的一个重要假定, 它不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性, 而且还影响结构产生侧移的真实性, 以及结构局部的经济性, 因此有必要对结构嵌固端的选取作进一步探讨, 并由此引申出若干相关的技术问题。
1 结构嵌固端的条件
(1) 带多层地下室时的建筑, 宜将上部结构嵌固部位设在地下室顶板, 且应符合下列条件。
①地下室顶板标高与室外地坪的高差不能太大, 一般应小于地下一层层高的1/3, 宜控制在1—3级台阶高度内。
②地下室顶板结构应为梁板体系 (即不可设计成无梁楼盖) , 且该层楼面不得留有大孔洞, 楼面框架梁的抗弯刚度要足够大;对地下室“大洞口”的判别可按a抗震墙或框架梁因楼板开洞而有消弱 (不能通过) 时;b洞口面积超过房间面积的30%时。
③楼板也要有相当厚度, 厚度宜 ≥180 mm, 混凝土强度等级宜≥C30, 并应采用双层双向配筋, 每个方向每层配筋率不宜低于0.25%。
④地下室结构应能承受上部结构屈服超强及地下室本身的地震作用, 要求地下室的楼层剪切刚度不宜小于相邻上部结构楼层剪切刚度的2倍。
⑤计算多塔大底盘地下室楼层剪切刚度比时, 大底盘地下室的整体刚度与所有塔楼的总体刚度比应满足上述第④款的要求, 每栋塔楼范围内 (塔楼周边向外扩出与地下室高度相等的水平长度) 的地下室剪切刚度与相邻上部塔楼的剪切刚度比不宜小于1.5。
⑥地下室柱截面每侧面的纵向钢筋面积, 除应满足计算要求外, 不应少于地下一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍。
⑦地下室顶板的梁柱节点左右梁端截面实际受弯承载力之和不宜小于上下柱端实际受弯承载力之和。
对于上述条件中对首层楼面框架梁的要求, 假设满足《抗震规范》第6.1.14条“位于地下室的梁柱节点左右梁端截面实际受弯承载力之和不宜小于上下柱端实际受弯承载力之和”的要求, 对于高层建筑来说, 由于首层处的柱截面往往远大于框架梁截面, 故即使有意增大框架梁截面并增加抗弯钢筋用量, 上述要求仍很难满足。就此要求而言, 则只有多层或小高层建筑才有可能以首层顶板作为结构的嵌固端, 而真正意义的高层建筑则完全排除了这种可能性。
(2) 多层地下室建筑地下室顶板不能满足作为结构嵌固部位的要求时, 对于层数为2～3层以上的地下室, 可将结构的嵌固部位置于地下一层底板, 此时除应满足规范所要求的其它条件外 (但部位相应由地下室顶板改为地下一层底板) , 还应符合下列条件。
①地下一层楼层剪切刚度应大于地上一层楼层剪切刚度。
②地下二层楼层剪切刚度应大于地下一层楼层剪切刚度, 并大于地上一层楼层剪切刚度的2.0倍。
不必要求验算地下二层与地下一层的楼层侧向刚度比是否满足≥2.0。
当地下室层数少于三层时, 宜将嵌固部位设在基础顶面。
(3) 单层地下室建筑
单层地下室建筑宜将基础底板作为结构嵌固部位, 这样可以充分利用基础的“无限刚”的假定, 也为首层楼面的灵活选型创造条件:即使是首层楼面留有大洞口, 或选用无梁楼盖结构, 都不会影响结构计算的准确性。
(4) 无地下室建筑
高层建筑不设地下室通常是针对层数有限的小高层, 或其基础持力层较浅的情况, 但从抗震角度考虑是不宜提倡的。
①不管是采用天然地基基础或桩基础, 都是以基础 (承台) 顶面作为结构嵌固端, 且必须在该标高处的纵横方向设置刚度较大的基础梁加以连结, 故首层层高应从基础顶面算起。
②若基础 (承台) 面标高与首层标高有一定距离而不设基础梁连结或其刚度过小, 则地面标高处应设有刚性地面来作为结构嵌固端, 首层层高可从地面层算起。若不设刚性地面, 则上部结构无从形成嵌固端, 设计上显然是不允许的。
以上列举的条件无非是说明要成为上部结构的嵌固端, 其下部结构必须具有足够的刚度以保证柱根之间不产生相对位移, 且能承受或平衡柱根弯矩。规范中规定“当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时, 地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的二倍”正是基于这一考虑。
2 与嵌固端相关的技术问题
结构嵌固端的形成或者说上部结构对嵌固端的要求, 在工程设计中还可引伸出若干相关的技术问题及其正确的设计方法, 以下将分别探讨。
(1) 单层地下室
当高层建筑仅设单层地下室且底板采用天然地基筏板基础或桩一筏基础时, 通常选择基础底板而非首层作为结构嵌固端, 这有利于充分利用其基础的“无限”刚度, 为首层楼面的灵活结构选型创造条件, 即使是首层楼面留有大孔洞, 或选用无梁楼盖结构, 都不影响结构计算的准确性。此外, 规范规定地下室负一层的抗震等级与上部结构必须一致, 以基础底板作为嵌固端不会造成地下室结构造价的提高, 反而可能取得较好的经济效益。即使单层地下室底板是以桩为基础的普通梁板结构, 一般情况下仍然取底板处为结构嵌固端, 唯一例外的是地下室作为抗爆级别较高的防空地下室时, 其顶板通常具有作为结构嵌固端的刚度, 因此可取其作为上部结构的嵌固端。
(2) 投影面积比例
高层塔楼在地下室顶板上的投影面积比例大小对首层作为嵌固端的结构有着不同的影响。当该比例接近1时, 若首层楼面符合作为嵌固端的其它条件, 则该首层作为结构嵌固端就毫无疑问了, 但当上述投影面积比例<1时, 说明地下室侧限远离塔楼, 塔楼发生的侧向位移将波及首层楼面并使其发生变形, 即使变形量很小, 但严格说来首层作为嵌固端的刚度必然小于前一种情况, 且变形又增大了上部结构侧移的计算值, 同时首层骨架构件也会由于自身的变形而产生附加内力。
(3) 计算要求
将结构的嵌固部位置于地下一层的地面时, 仍应考虑地下室顶板对上部结构实际存在的嵌固作用, 应取不同嵌固部位 (地下一层的地面和地下一层的顶面) 分别计算, 配筋取大值。
(4) 当地下二层对首层的侧向刚度比r≥2时, 地下二层的顶板可按嵌固部位楼板要求设计;地下二层的抗震等级可同地下一层。
3 地下室抗震等级的确定
(1) 当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时, 规范规定当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时, 地下一层的抗震等级应与上部结构相同, 地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。但当上部结构抗震等级较高, 如为一级抗震等级时, 在地下一、二层处变化过于剧烈, 龚思礼所著《建筑抗震设计手册》, 建议地下一层以下可按表1逐层降低。
(2) 当地下室顶板不能作为上部结构的嵌固部位时
规范未明确规定, 建议地下二层的抗震等级可比地下一层降低一级, 以下各层按规范要求确定。
(3) 一般地下室的抗震等级
①地下室顶板作为上部结构的嵌固部位 (r≥2) 时, 地下一层的抗震等级应与上部结构相同, 地下一层 (不含) 以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。
②地下室顶板不能作为上部结构的嵌固部位 (r﹤2) 时:建议地下二层的抗震等级可适当提高 (如比①提高一级, 对重要工程或当地下一层的实际嵌固作用很弱时, 也可取与地下一层相同的抗震等级) , 其余各层的抗震等级按①取用。
(4) 纯地下室的抗震等级
纯地下室 (即地下室中超出主楼范围且无上部结构的部分) 的抗震等级:《高层钢筋混凝土结构技术规程》 (JGJ3-2002) 规定纯地下室的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级;9度抗震设计时, 纯地下室的抗震等级不低于三级。《建筑抗震设计规范》在其条文说明中对纯地下室的抗震等级分不同情况予以细化, 而规范条文则统一表述为“可根据具体情况采用三级或更低等级”。
4 高层建筑结构的底部加强部位
当地下室顶板不能作为上部结构的嵌固部位时, 结构的底部加强部位的高度, 可仍按地下室顶板作为上部结构的嵌固部位计算, 只需将底部加强范围向下延伸至地下二层 (含) 即可。注:有文献要求按嵌固部位以上的高度计算底部加强部位的高度 (并确定为h) 在嵌固部位以上h范围内设置加强部位的做法, 忽略了地下室顶面实际存在的嵌固作用, 是不合理的。
5 结语
在高层建筑结构设计中, 无论选择哪个部位作为结构嵌固端, 都可以通过结构计算程序获得准确的计算结果, 但我们期望的是计算结果较真实地反映结构的实际情况。为了达到这一目的, 结构计算时输入正确的参数和数据固然相当重要, 但结构嵌固端的确定对结构计算结果的影响也相当大, 因此重视结构嵌固端的确定并非微不足道, 且在嵌固端确定后设计中如何保证其成为真正的嵌固端, 还有许多细节有待研究和完善, 这是结构设计人员不能忽视的重要环节。
参考文献
[1]GB50011-2001, 建筑抗震设计规范[S].中国建筑工业出版社.
[2]JG J3-2002 J186-2002, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].中国建筑工业出版社.
[3]朱炳寅.对建筑抗震设计规范第6.1.14条规定的理解和设计思考[Z].建筑结构技术通讯, 2006, 9.
[4]张维斌.多层及高层钢筋混凝土结构设计释疑及工程实例[M].中国建筑工业出版社.
具有结构不确定性因素的模型验证 篇4
具有结构不确定性因素的模型验证
研究了具有结构不确定性因素的系统线性分式变换(LFT)的模型验证问题,考虑如何同时基于时域和频域数据对模型进行验证,利用有关时域和频域混合数据的`插值理论,提出了模型验证的混合途径及判别模型是否无效的必要条件.
作 者：石峰 徐德民 吴旭光 Shi Feng Xu Demin Wu Xuguang 作者单位：西北工业大学32号信箱,西安,710072 刊 名：航空学报 ISTIC EI PKU英文刊名：ACTA AERONAUTICA ET ASTRONAUTICA SINICA 年，卷(期)： “”(5) 分类号：V249.1 关键词：结构不确定性 模型验证 LFT模型结构确定 篇5
关键词：农业机械；水稻；收割机；割台；结构；技术参数
中图分类号：S225.4 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）10-0011-02
北方水稻收割机是在调查、分析比较国内外水稻收获机优缺点的基础上，结合我国北方地区自然条件和水稻生产农艺要求而研制的、适合我国北方地区使用的防下陷自走式半喂入水稻联合收割机。该机能一次完成收割、脱粒、分离、清选及装袋等作业。割台是水稻收割机的主要工作部件之一，本文主要介绍北方水稻收割机割台的设计。
1 割台总体结构设计
北方水稻收割机的割台为立式割台，作物从割台到脱粒机构的中间输送均采用夹持输送装置。作物为直立输送，茎秆基部被夹持输送，靠近穗部则由另一条带拨指的链条扶持着输送，使茎秆穗部稍向前倾并逐步卧倒，有利于喂进脱粒室。割台设计为4行收割，割下的4行水稻由4行并2行、2行再并1行，最后由脱粒夹持链夹持进入脱粒室进行脱粒。同时，割台上设有喂入深度调节装置，可根据作物品种和高矮情况调节夹持茎秆基部的位置。
2 割台各部件结构设计及参数确定
2.1 分禾装置
分禾装置主要起收集、扶起本行程待切割作物的作用，并将暂不切割的作物分开以免损失。分禾装置在立式割台前端左、右两边对称安装，为了减轻质量，将钢管弯成杆状或框架式。
2.2 扶禾器
扶禾器为拨指式扶禾器。工作时，拨指从根部插入作物丛中，由下至上将倒伏作物扶起，具有较强的扶倒伏能力和梳整茎秆的作用，能较好地满足半喂入联合收割机的要求。
扶禾器的工作元件是装在链条上的拨指，拨指随链条绕上、下链轮回转，拨指的每一循环过程由伸指搂禾、扶禾和缩指控行3个阶段组成。由于扶禾器随机具一同运动，所以伸指搂禾的运动是拨指绕下链轮回转运动和机具前进运动的合成，扶禾运动则是拨指的直线运动和机具前进运动的合成。
轨迹方向角δ一般取正值，但在作业速度较高的情况下往往难以满足工作要求。Vm增大时，则要求V1增大或α减小；而V1增大将引起谷物落粒损失增大，α减小将使割台纵向尺寸加大。
2.3 切割装置
切割装置采用往复式切割器，其原理是利用动刀片相对于护刃器上的定刀片作往复剪切运动，将禾株切断。动刀的平均速度Vp是切割器的关键参数，根据实践经验选定。一般来说，用于切割秆株，Vp=0.800 0 m/s就足够；用于切割湿禾株，就需选较大值。综合分析，该机切割器平均速度确定为1.180 0 m/s。
2.4 中间输送装置
中间输送装置由左中间输送夹持链、左穗部输送链、右中间输送夹持链、右穗部输送链、喂入深度调节装置及各链上压禾板组合而成。中行作物经过两次并行最后汇总，一起输送到脱粒滚筒。这种结构强制性好，作物被切割下来后一直处于强制输送，并行时作物状态变化不大，不影响作物整齐度，能满足半喂入脱粒需要。
中间输送夹持链是联系割台和脱粒装置的桥梁，其速度快慢直接影响整机的工作性能。夹持链速度快则夹持禾层薄，夹持链速度慢则夹持禾层厚。夹持链速度与夹持层厚度的关系式为：
夹持链速度快慢（包括脱粒夹持链）还关系到夹持损失大小问题。夹持速度快，禾穗被滚筒弓齿梳脱的次数减少，脱不净和夹带的损失就会增大，而滚筒的转速又受脱粒质量所限制。因此，夹持链的速度与滚筒长度要有一定的比例关系，一般滚筒长度与夹持链速度的比值为1.000 s左右效果较好。该机夹持链速度为0.625 0 m/s及0.736 8 m/s，滚筒长750 mm，则滚筒长度与夹持链速度的比值1.200 s和1.018 s。
夹持禾层厚度是设计夹持弹簧伸缩量与脱粒弓齿高度的依据。脱粒弓齿高度应大于夹持禾层厚度。
2.5 液压升降机构
收割机作业时，需要随时调节割茬高度，经常进行运输状态和工作状态的相互转换。因此割台必须便于升降。该机采用液压升降机构，操作灵敏、省力。液压系统参数见表1。
由表1可知，油缸可提升20 000 N，用于提升割台足够；提升用时为1.256 s。
2.6 喂入深度控制装置
茎秆喂入深浅不仅影响脱粒质量，而且也影响功率消耗。喂入深度过浅容易造成漏脱，增加损失；喂入过深会使脱粒功率消耗过大，引起转速下降，另外喂入过深会使滚筒腔内杂余增加，破坏凹板分离性能，增大排杂损失。
参考文献
[1] 中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，1988.
[2] 杨磊，肖丽萍，耿兆奎，等.我国半喂入水稻联合收割机的现状与发展趋势分析[J].中国农机化学报，2014（1）：8-10.
[3] 王峰，尹健.小型半喂入水稻联合收割机设计研究[J].贵州科学，2013（5）：39-42.
Abstract： Header is one of the main components of harvester. This article introduces the structure design of North rice harvester's header， expounds the operating principle and technology parameter of the components of the header， in order to provide a reference for the improvement of the structure and performance of rice harvester， and advance the development of the mechanization of rice production in the North area.
Key words： agricultural mechanization； rice； harvester； header； structure； technology parameter
关于确定建筑结构嵌固端的探讨 篇6
关键词：嵌固端,地下室,刚度比,基础埋深
嵌固端, 是指除轴力、弯矩、剪力之外, 转角及平动位移均为零的部位, 即预期塑性铰出现的部位。确定嵌固端就是通过刚度和承载力调整, 迫使塑性铰在该预期部位出现, 并能承担上部结构在该处屈服超强引起的极限弯矩和出现塑性铰时的最大剪力以及相应的最大最小的轴向力。因此, 在进行结构计算分析之前, 确定嵌固端的位置就成为至关重要的环节。它不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性, 而且还影响结构产生侧移的真实性, 以及结构局部的经济性。综上所述, 对结构嵌固端的讨论具有其重要的意义。
1 结构嵌固端的选取
嵌固端的选取需要根据实际工程的不同情况进行分析, 如有无地下室, 地下室层数的多少, 埋置深度的深浅, 不设地下室但基础埋深较大, 基础形式不同等。这样使得嵌固端的选取不可能千篇一律, 必须具体问题具体分析, 选取合适合理的结构嵌固端。
1.1 设地下室的高层建筑
带有多层地下室的的建筑, 由于地下一层以下各层不要求计算地震作用, 整个地下室更不承受风荷载的作用, 因此多数高层建筑的结构嵌固端都选取地下室顶板。以顶板为结构计算的嵌固端, 对上部结构而言, 计算所得的结构侧向位移和构件内力等更能反映结构的实际情况。
以地下室顶板作为嵌固端, 需要满足以下的条件:
1) 地下室顶板与室外地坪的高差不能太大, 极端的情况下如半地下室, 则首层楼面一般不能成为结构嵌固端 (即室外地坪与地下室顶板的高差大于层高的1/3) , 除非其高差仅为1~3级台阶高度时才可能考虑;
2) 地下室顶板结构应为梁板体系 (即不可设计成无梁楼板) , 且该层楼面不得留有大孔洞;
3) 地下室侧壁要有良好的侧限, 即必须与“地球”有良好的接壤, 且地下室侧壁离塔楼边不超过3倍地下一层的层高。
依据规范 (规程) , 在确定以地下室顶板为嵌固端的同时, 尚应具备下述具体的刚度、构造及配筋等要求。
1) 楼层上下刚度比:地下一层与首层的侧向刚度比不宜小于2;当首层层高大于二层层高的1.5倍时, 首层与二层的侧向刚度比不宜小于1.5;
2) 顶板平面内刚度:首层楼层应采用现浇梁板结构, 混凝土强度等级不低于C30, 避免开大洞, 板厚一般不小于180mm;
3) 楼板配筋:需采用双层双向配筋形式, 每个方向每层配筋率不宜低于0.25%;
4) 柱配筋:地下一层的柱截面每侧的纵向钢筋面积不小于地上一层对应柱每侧纵向钢筋的1.1倍;
5) 剪力墙边缘构件:地下一层剪力墙墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积不应小于地上一层对应墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积;
6) 节点处构件的抗弯承载力:顶板处梁柱节点左右梁端截面与下柱上端同一方向实配的受弯承载力之和不小于地上一层对应柱下端的受弯承载力的1.3倍;
7) 抗震等级要求:按照顶板上的主楼有无裙房考虑, 有下列两种情况:
a.顶板上有主楼而无裙房时, 主楼范围内地下一层及主楼投影面积之外1~2跨地下一层, 其抗震等级不应低于主楼的抗震等级, 地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级但不应低于四级;
b.顶板上有主楼相连的裙房时, 裙房除按本身确定抗震等级外, 3~4跨内部分的抗震等级不应低于主楼抗震等级 (当裙房采用框架结构而主楼为剪力墙结构时, 框架结构的裙房抗震等级可能高于主楼的抗震等级) , 此时裙房所对应的地下一层3~4跨的抗震等级也应与上部裙房相同。
对于上部多塔的大底盘地下室而言, 地下室顶板作为嵌固端应满足:
1) 大底盘的整体刚度与所有塔楼的总体刚度比不应小于2;
2) 每栋塔楼范围内 (可取塔楼周边向外扩初与地下室高度相等的水平长度) 的地下室刚度, 与上部塔楼的剪切刚度比不宜小于1.5。
当高层建筑仅仅设单层地下室且底板采用天然地基筏板基础或桩筏基础时, 通常选择基础底板而非首层作为结构嵌固端, 这有利于充分利用其基础的“无限刚度”, 为首层楼面的灵活结构选型创造条件, 即使是首层楼面留有大孔洞, 或选用无梁楼盖结构, 都不影响结构计算的准确性。此外, 规范规定地下室负一层的抗震等级与上部结构必须一致, 以基础底板作为嵌固端不会造成地下室结构造价的提高, 反而可能取得较好的经济效益。即使单层地下室是以桩为基础的普通梁板结构, 一般情况下仍然取底板为结构嵌固端, 唯一例外的地下室作为抗爆级别较高的防空地下室时, 其顶板通常具有作为结构嵌固端的刚度, 因为可取其作为上部结构的嵌固端。另外, 若地下室为箱型基础, 地下室顶板也可作为结构嵌固部位。
1.2 无地下室的高层建筑
高层建筑不设地下室通常是针对层数有限的小高层, 或其基础持力层较浅的情况, 但从抗震角度考虑是不宜提倡的。
1) 不管是采用天然地基基础或桩基础, 都是以基础 (承台) 面作为结构嵌固端, 且必须在该标高处的纵横方向设置刚度较大的基础梁加以连结, 故首层层高应从基础面算起;
2) 若基础 (承台) 面标高与首层标高有一定距离而不设基础梁连结或其刚度过小, 则地面标高处应设有刚性地面作为结构嵌固端, 首层层高可从地面算起。若不设刚性地面, 则上部结构无从形成嵌固端, 也即结构简图不成立, 设计上显然是不允许的。
2 结语
高层建筑结构设计中, 由于实际工程具体情况的多样和复杂性, 怎么合理考虑嵌固端部位的选取和处理问题, 已成为当今关注的课题。在我们期望计算结果可以真实反映结构的实际情况的同时, 也要求设计人员在计算时输入正确的参数和数据, 而嵌固端的位置对计算的结果亦有很大的影响。笔者通过此文, 浅淡了一些对结构嵌固端的理解, 希望引起同行们的重视, 切不可以在今后的建筑设计中忽略其重要性。
参考文献
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[2]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[3]陈炜琴.浅谈高层建筑结构嵌固端部位的选取[J].山西建筑, 2011.
[4]苗雨顺, 李捍文, 李新.浅谈高层建筑结构嵌固端的选取[J].黑龙江科技信息, 2008.
[5]陈颖, 陶杰.高层建筑结构嵌固端的选取及相关技术条件[J].浙江建筑.2010.
[6]郎和斌, 杨星.高层建筑结构嵌固端的选取及相关技术问题[J].辽宁建材, 2009.
用数值解方法确定分子结构的选议 篇7
分子结构的确定是材料研究的重要方面, 材料技术发展的趋势具有如下几个方面的特点:宏观研究转向微观研究, 平衡态研究转向非平衡态研究, 定性研究转向定量研究, 从单一学科转向交叉学科[1]。随着新材料的发现和应用, 传统的实验方法已经不能够胜任新材料研究的速度和深度, 因此迫切需要一种新的更加方便和快捷的研究手段。计算机技术的不断发展和分子结构研究的不断深入, 使得这一研究手段的出现和应用成为可能。数值方法在材料数学模型建立的基础上, 对分子的结构进行计算机模拟, 实现了材料微观结构研究方法的巨大转变。
本文对确定分子结构的常用数值解方法进行了讨论, 总结了不同数值方法的优缺点, 介绍了不同方法的适用范围, 为在实际应用中选取合适的数值解方法提供参考。
1 确定分子结构的数值解方法
在实际应用中, 比较常用的数值解方法有量子力学法、Monte-Carlo以及分子动力学法等。
1.1 量子力学方法
量子力学方法是借助计算机分子结构中各微观参数, 设计出具有特定功能的新分子[2]。量子力学计算分子结构中原子之间的势能, 进而给出宏观热力学函数等基础数据。该方法在计算小分子或轻原子分子时, 结果较为准确, 且其计算结果可以获得实验难以通过实验方法获得的数据, 并用于补充和完善实验所得结果。然而, 在计算大分子和含有重原子的分子结构时, 量子力学方法往往具有困难。人们针对这一问题进行研究, 近年来随着相对论有效势理论的发展, 量子力学方法也取得了长足的进步, 计算方法的应用范围大大扩展, 现已应用到含重元素的分子结构计算中。
量子力学与经典力学在计算分子结构的方法上具有本质不同。经典力学表征的是宏观世界中物质的运动规律, 而量子力学则表征了微观世界的规律。量子力学指出, 分子具有概率统计性、不连续性、不确定性和无因果性。文献[3]中给出的定义是:“量子力学是微观世界中低能量的微观粒子运动的根本规律。”通常情况下, 量子力学和经典力学给出的判据是不同的, 而在微观粒子质量较大或能量较大的情况下, 二者给出的运动规律是一致的。
1.2 Monte-Carlo方法
蒙特卡洛 (Monte-Carlo) 方法, 又称为统计模拟方法, 是随着电子计算机的发明和计算速度的不断提高而产生的一种用于数值计算的方法。Monte-Carlo方法利用随机数分子模型进行模拟, 以使分子结构产生数值形式的概率分布。该方法能够较为简单地解决多维模型问题或受到多种复杂作用影响的结构问题。蒙特卡洛方法具有误差易确定、计算量小、费时少等特点。
与量子力学方法相比, 蒙特卡洛方法更多用于分子量较大的高分子。高聚物分子、生物大分子等的分子链, 分子量巨大且分子链段分散, 结构复杂且多变, 不确定性问题十分明显, 因此, 用确定性的方法对其进行理论和实验的研究较为困难。蒙特卡洛模型及其数值计算方法的广泛应用, 使高分子科学得到了迅速的发展, 目前已在高分子的理论研究中发挥了重要且独特的作用[4]。
利用Monte-Calro方法确定分子的结构, 尤其是高分子链的构象, 需要进行结构的检索。二维检索由于相对简单, 目前已发展相当成熟。与二维结构检索比较, 三维结构检索能够更加真实地描述分子的结构特点, 在大分子的设计中具有显著的优势, 因此已得到了广泛的应用[5]。三维结构检索的难点在于柔性构象检索, 在开展三维检索过程中, 最重要的是如何通过改变分子构象而达到柔性匹配的目的。Monte-Calro方法利用随机数的控制, 对候选结构进行随机抽样, 以产生一系列构象。假设在所研究的分子范围内不存在随机数的退化, 并对所产生的构象和提问结构进行相应的匹配, 若某个构象符合提问结构的所有限制条件, 则我们称之为命中构象。如图1所示为某种药物结构的药效团及其一个命中结构。
2 结论
本文对确定分子结构的数值解方法进行了讨论, 介绍了两种常用的分子结构的数值计算方法, 得到的结论如下:1) 量子力学方法通过计算分子势确定分子结构, 更加适用于小分子量的结构, 而对于大分子结构的确定存在困难;2) Monte-Calro方法针对分子结构, 特别是大分子结构的随机性问题进行研究, 通过控制随机数将分子结构变成随机数值, 能够更加有效的解决大分子链的结构确定问题。
摘要：本文针对分子结构确定的计算方法问题, 介绍了两种常用的数值解方法。分别指出了不同方法的适用范围, 结果表明, 量子力学方法更适用于小分子, 而Monte-Calro方法则更适用于确定大分子的链状结构。
关键词：数值解方法,分子结构,选议
参考文献
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[3]喀兴林.量子力学与原子世界[M].山西科学技术出版社, 2000.
结构确定 篇8
交通运输行业是一个国家的支柱行业, 而桥梁则是其重要组成部分, 在交通领域中发挥着重大作用。桥梁的初始设计年限往往是数十年以上, 它的使用期则更长, 甚至在经过良好的养护维修之后可以将使用期更加延长。桥梁结构在使用期间, 经受着外界众多环境因素的影响, 耐久性逐渐降低, 出现安全隐患。针对这样的实际情况, 这就要求我们在进行桥梁设计时, 尤其要关注桥梁结构的强度及耐久性, 从而有效保证其安全性。
1 桥梁结构建模的实际意义
对于桥梁结构来说, 为了有效地进行安全状况诊断;同时, 为了保证施工监控结果的准确性, 都需要其精确建立该路段的有限元模型。但是, 由于在施工阶段桥梁结构受多种不确定性因素影响, 因此, 研究施工阶段各种不确定性因素影响的桥梁结构精确建模方法可以在一定程度上保障其施工的安全性。
2 桥梁结构建模的研究思路
针对桥梁结构在施工阶段的安全诊断问题, 前期通过多种途径, 搜集了大量关于施工阶段不确定性因素和建模技术相关的文献、研究报告等资料, 完成了充分的准备工作, 以此保证研究的顺利开展。
对于精确建模技术的研究, 要从两个方面出发:一方面, 要建立比较详细的数据库, 从中统计不确定性因素, 并对其进行合理分析, 研究上述因素对结构建模的影响规律, 这些研究需要以不确定性的理论分析方法为基础, 而模糊理论是研究不确定性问题的有效方法;另一方面, 由于不确定性因素数量较多, 对桥梁结构的影响并不是简单的叠加, 而是相互耦合的, 非常复杂, 必须建立合理适用的精确模型, 进行一系列的结构验算与修正, 此时可以采用有限元模型修正方法。综合两方面问题的解决方法, 桥梁结构精确建模的研究思路就是, 基于模糊理论, 采用有限元模型修正的方法, 从而达到结构优化的目的。
3 桥梁结构建模的具体方法及分析
3.1 基于参数不确定性的区间有限元模型修正
1) 直接修正方法。
直接修正方法, 不需要对模型更多的求解发散, 避免了复杂的迭代求解和耗时问题, 但通过这种方法来修正模型, 得到的结果往往并不具有较明确的物理意义, 只适用于一些已经得到过初步验证的结构模型的修正, 存在一定的局限性。此类方法主要有最优矩阵法、特征结构分配法等, 具体的特点见图1[1,2]。
2) 迭代修正方法。
迭代修正方法与直接修正方法相比, 使修正结果具有更明确的物理意义, 但需要选择关联性大、处理简便、灵活的修正参数, 导致经常求解非线性优化问题, 计算量和耗时巨大[2], 目前采用的主要方法见图2。
虽然目前结构有限元模型修正问题已经进行了比较深入的研究, 但是现有的修正方法在应用于实际的复杂结构时, 还是存在一些亟需解决的难题, 主要是以下三方面:
1) 大型、复杂结构的有限元模型, 存在着较多的不确定性误差, 例如具有接触及摩擦的连接参数, 不易测量的构件几何参数等[3];
2) 结构材料特性参数本身具有的变异性;
3) 测试过程中不可避免受到的各种噪声及人为因素的干扰, 而且测试得到的模态参数往往是不完备的。
3.2 基于模糊理论的有限元模型修正
针对考虑参数不确定性的区间有限元模型修正的问题, 郭勤涛提出了基于概率统计理论的有限元模型修正方法[4], 但是, 在许多实际应用中, 参数的真实概率分布往往与统计得到的不同, 从而导致基于概率的修正方法并不能客观地反映结构的真实状况;此外, 现有的概率方法多数基于Monte Carlo模拟方法, 往往需要大量的确定性计算, 不适于解决大型、复杂结构的修正问题[5]。
对此, 一些学者为了更有效地解决考虑参数不确定性的桥梁结构在施工各阶段的精确建模问题, 陆续提出了新的看法。D.Moen首先提出引入结构频响函数计算, 并结合模态综合及响应面来提高计算效率。最近, H.H.Khodaparast[6]提出将Kriging Predictor方法结合区间模型修正方法以进一步提高计算效率。综上所述, 研究基于参数不确定性的有限元模型修正算法非常迫切, 而且有着重要的实际意义。
4 进一步深入研究的可行内容
4.1 选择合适的修正参数
对于有限元模型修正而言, 修正参数的选取直接影响修正后的结果, 尤其是对于大型、复杂的结构 (例如桥梁结构) , 影响巨大。修正参数的选取, 主要涉及到两方面:一是数量问题, 二是其复杂程度。一方面, 修正参数的数量与其对结构的影响程度成正比, 数量的增加, 使得结构修正后的结果更接近实际, 但也造成了运算程序复杂、运算量庞大的问题;另一方面, 修正参数本身也受到其他因素的影响, 甚至修正参数之间也互相影响, 这对于程序计算来说, 无疑又是一项难题。因此, 在保证结构模型修正后可以得到较为明确结果的前提下, 对修正参数采取模糊化处理, 尽量减少复杂修正参数的数量, 从而提高运算效率。
4.2 修正参数的初值取值范围
桥梁结构模型在进行修正计算时, 为了保证修正后结果的准确性, 需要选取适当的修正参数, 而修正参数的初值不能只是简单得赋予其一个数值, 而是要通过分析确定出一个取值范围。一般采用区间分析的方法, 引入模糊理论, 将修正参数转化为模糊变量, 考虑影响其的主要外界因素, 例如振型、结构频响等动力参数, 综合各项相关指标, 确定数值选用的区间, 即是修正参数的初值取值范围。
4.3 模型修正的方法与工程应用
在进行模型修正时, 我们需要考虑各种不确定性因素, 将其模糊化处理, 同理, 修正后得到的结果也存在着不同程度的不确定性, 这就要求我们将所求的目标函数也需要模糊处理, 然后再对其进行区间分析, 这样就可以研究发展出基于测试模态参数不确定性的区间有限元模型修正的方法[3]。
上述都是从桥梁结构建模技术的理论层面分析, 提出进一步的可行性研究内容, 但精确建模技术的研究与发展离不开工程实践的推动, 只有真正依托工程项目的应用, 才能逐渐完善和发展精确建模技术。因此, 对于考虑不确定性因素的施工阶段的桥梁结构而言, 其具体研究思路如图3所示。
5 结语
桥梁工程结构在施工阶段需要实时对其安全状态进行诊断, 同时也要保证施工监控结果的准确性, 要求精确建立桥梁结构在施工阶段的有限元模型。文章通过对大量相关文献的分析, 归纳出基于模糊理论的有限元模型修正可进一步深入研究的内容包括:有限元模型各项修正参数的选取、确定修正参数初值取值范围的方法、基于测试模态参数不确定性的区间有限元模型修正方法以及其在工程实际中的应用。这些研究成果将会为施工阶段的桥梁结构精确建模提供理论指导, 从而有效解决工程实际中存在的技术难题, 也有助于进一步推动桥梁结构施工、监控技术的发展。
摘要：针对桥梁结构在施工阶段中安全状态的诊断问题, 从不确定性因素和结构优化修正两个角度出发, 阐述了现阶段的桥梁结构建模技术, 基于区间有限元模型和模糊有限元模型的修正, 归纳总结了具体的建模方法, 并对今后可行的研究方向进行了思考。
关键词：桥梁结构,桥梁建模,不确定性因素,修正方法
参考文献
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液气引射器结构设计及几何参数确定 篇9
液气引射器广泛用于水利、矿业、农牧渔业、地质、核能利用、航空及航天、能源、化工、电力、环境等各工业领域中,完成清洁、除垢、切割、引射、换热等工作。国内外很多学者对液气引射器的结构设计、压力特性、两相特性和效率进行了深入的研究[1,2]。
液气引射器是利用流体来传递质量及能量的输送机械,其实质是一个射水引射器,工作时,压力水以较高的流速从喷嘴流出,进入吸入室内,由于喷嘴出口处压力低于外界大气压力,气体从引射气体通道被吸入,同时在射流的紊乱扩散作用下,卷吸周围气体发生动量交换。压力液体和气体在混合室内混合,流动过程中速度逐渐均衡,由于混合流体的声速仅为几十米每秒的量级[3],远低于单向流体的声速,混合过程常常伴随着激波的产生,使混合压力急剧升高[4]。
液气引射器的发展是一个理论研究和试验研究相互依赖,相互促进的探索过程。由于液气引射器内部流动是人们尚未掌握规律的液气两相射流,不可能进行全面透彻的理论分析。因此,在液气引射器研究过程中,试验研究是主要手段。20世纪70年代以来,计算流体力学和计算机技术的进步带动了液气引射器的内部流场数值模拟的发展,并逐步发展成为理论与试验并列的新研究方法。
在实际使用过程中,如何设计一个合理的引射器,确保其引射性能,以确保工作效率及使用性能,是多数设计者最关心的问题。影响射流器性能的主要因素是引射器的几何结构参数,本文从理论上分析了液气引射器结构组成,并对各部分结构的几何参数确定进行了分析。
1 液气引射器的应用现状
液气引射器具有无运动部件、结构简单、工作可靠、安装方便等优点,因此被广泛应用于各个领域。液气引射器在渔业养殖中可以作为增氧机;从电站汽轮机的冷凝器抽不凝气;用于从压力容器中抽取各种有毒、易爆、易燃等特殊性质的气体;在消防中液气引射器用于从着火的建筑中抽排烟雾;在污水生化处理上,射流曝气装置即液气引射器通过紊动扩散作用,使空气中的氧溶解于污水,为分解有害物质提供了能量;液气引射器作为喷射制冷的主要或辅助设备,提高了制冷系统的COP;日本科学家尝试用液气引射器装置系统来提高浅海港口的含氧量,回复受到破坏的底栖鱼类和甲壳类生物的栖息环境;印度科学家将液气引射器用于海水淡化系统,提高了海水淡化效率,降低了开采成本;美国科学家将液气引射器用于深海含自由气体层的石油开采中,降低了开采成本,提高了产量;在美国NASA-Marshall飞行中心的研究者设计的流动沸腾测试装置中,液气引射器是重要的组成部分,为设计出高效太空应用的两相传热控制系统提供了可靠的试验数据。
2 液气引射器的机构组成及其工作原理
液气引射器的结构组成如图1所示。它由喷嘴1、吸入室2、吸气管3、喉管进口段4、混合室5及扩散管6组成。液体以一定的压力由喷嘴喷入吸入室,在喷嘴出口处产生负压,通过吸气管3把气体吸入到吸入室,经喉管进口段4后进入到混合室5内,最终由扩散管6排出。
1-喷嘴2-吸入室3-吸气管4-喉管进口段5-混合室6-扩散管
液气引射器的工作原理是,液体通过喷嘴喷出,气体由吸气管进入吸入室,由于射流流体边界层与混合室内气体间的粘滞作用,气体被吸入液体,液体和气体一同进入混合室。射流与气体的相互作用和喷嘴表面粗糙度等影响,使射流表面形成波状,随着这种表面波的发展,导致液体破裂而成为液滴,液滴以高速冲撞并压缩气体,并将气体粉碎成微小气泡,此时液滴又重新聚合成为含有气泡的乳状混合液,经由扩散管排出[5]。
3 液气引射器几何参数确定
3.1 液气引射器设计原理
最佳液气引射器结构尺寸设计,必须综合研究压力、流量和几何参数间的相互关系,分析液气引射器的动量及能量方程,并假设:(1)气体溶于液体的数量不计;(2)吸入气体容量γ1与液体容量γa比值为0.3,所有断面流动均是均质的。
从而得到液气引射器的性能方程为[5]:
式中,h为压力比,;po、ps、pc为液体出口、气体入口、扩散管出口压力;m为面积比,;f1、f2为喷嘴出口及喉管断面积;01、02为喷嘴及喉管的流速系数;q为流量比,q=Qs/Q。(吸入气体体积流量/液体体积流量);Ki、Ai为与m有关的系数,由实验确定。
3.2 液体引射器几何参数确定
扩散管长度可根据实际情况确定,扩散角度为5°～8°,喉管进口收缩半角为15°～30°,喷嘴收缩角度为13.5°[6]。其他参数确定如下[5,6]:
3.2.1 m的确定
通常液体引射器应尽可能使喉管长度满足液体射流破碎成液滴的破裂长度要求,则:
3.2.2 喷嘴直径
式中,μ1为喷嘴流量系数,μ1=1-4δ/d1;δ为边界层厚度;p0为液体密度(kg/m3)。
3.2.3 喉管直径
式中,ε为收缩系数。
3.2.4 喉嘴距及喉管长度
喉嘴距l1=(1-2)d1
喉管长度l2=(7.77+2.42m)d2
4 结论
(1)本文只对常规的引射器参数计算提供了计算公式。最新的液气引射器试验表明,脉动射流能大幅度提高引射器的效率,在喷嘴附近脉冲射流的卷吸率比恒定射流提高了32%,国外学者采用多股射流、多级射流等手段提高液气引射器的效率,脉冲对液气引射器效率的影响应引起重视。
(2)本文的几何参数确定,为液体引射器的参数设计提供了依据,但是液体引射器的最佳参数确定还有待于进一步研究。
(3)随着世界范围内的能源紧张,必将大规模的开采煤矿煤层气、石油深井以及深海油气资源,液气引射器将会在该领域发挥重要作用。在石油化工行业中,用组合的引射器来代替不同真空的机械泵,用于真空干燥、升华、蒸馏、结晶、提纯、过滤、运输、浓缩、灭菌、回潮等工艺过程,可以降低成本,简化操作,提高效率。
(4)液气引射器设计和使用时要注意设计条件限制,防止液体自吸气管倒流及引射气体量的变化对工作的影响。
摘要：针对工业中常用的液气引射器,介绍了其工作原理,以及液气引射器的应用现状。对液气引射器的结构、几何参数及工作原理进行了分析,给出了液气引射器结构参数的相关计算公式,对同类液气引射器装置的设计具有指导意义。
关键词：液气射流器,结构,几何参数,设计
参考文献
[1]刘建瑞,周贵平,施卫东,等.新型高效自吸喷灌泵的设计与试验[J].排灌机械,2006,24(4):1-4
[2]Falcone A M,Cataldo J C.Entrainment velocity in an axisymmetric turbulent jet[J].Journal of Fluids Engineering, 2003,125(4):620-627
[3]Zeng Danling.Sound velocity in vapor-liquid two-phase medium[C].Proceedings of the Second International Symposium on Multi-phase Flow and Heat Transfer.Xi'an:[s. n.],1989:11-18
[4]Debeme N,Leone J F,Duque A,et al.A model for calculation of steam injector performance[J].International Journal of Multiphase Flow,1999,25(5):841-855
[5]陆宏圻.射流泵技术的理论及应用[M].北京:水利电力出版社, 1989
让不确定变得确定 篇10
管理大师德鲁克认为，优秀管理的前提是拿出被量化的指标。但事实上，很多时候那些被量化的指标并不一定符合事实，而另一些领域被认为根本无法量化。
这在大数据时代得以解决。因为大数据就是全数据，是与某个现象相关的所有数据。这意味着，能够改变这个现象的所有常量和变量都已被囊括其中，无论发生何种变化，一定都能得出一个最优结论。
而让这一切得以实现的前提是：足够完整的数据，足够科学的算法。如此，成功就能像“1+1=2”那样被推演出来。
为优秀员工画像
去年夏天，26岁的杰德·多明格斯收到一封突如其来的邮件，旧金山一家初创公司请他去面试程序员。那时，多明格斯住在一间出租屋里，靠信用卡赊账度日，正在自学编程。他在高中读了一半时放弃学业，后来也没有上大学。
但是，在云端的某处有那么一个人，他认为多明格斯有可能是个天才，再不济也是块未经打磨的原石。那个人是邦马萨——美国Gild公司创始人，他通过一种算法发现了多明格斯。
“招人时使用的传统指标可能有错”，Gild公司首席科学家薇薇安指出：“那些用来筛选人才的公认标准，比如在哪里上学、之前在哪里工作，同样也会遗漏人才，并最终造成雇主的损失。”Gild的思路是，通过机器来尽可能地消除人为偏见，加上更复杂的参数予以均衡。
这种算法也是Gild公司的一个产品，分析一个人时要处理300个主要变量：常逛的网站；描述各种技术时使用的语言类型，积极还是消极；在LinkedIn上的技能自述；参与过哪些项目，都干了多久。
Gild开始招人时，它假定旧金山和硅谷地区的人才都已经被挑拣干净了。于是，公司让其算法跑了一遍南加州的信息，得出了一系列的程序员，排在头一个就是多明格斯。
多明格斯写的一个代码在建网站时会被用到，被1267位其他网站开发人员使用了它。他的语言和习惯显示出对产品研发的热情和对多种编程工具的酷爱。他的博客和Twitter上的发言表明他固执己见，正是Gild公司希望其初创成员所具备的一点。
因此Gild公司的招聘人员给他发出了电子邮件，让他来旧金山面试。公司的两位创始人见到了一个富有魅力、充满自信的年轻人——举止从容、善于表达、有想法、笑容很亲切，比其他来面试的应聘者多些棱角。双方互相问了一些或尖锐或温和的问题后，公司当场签下了多明格斯，而他得到了一份年薪在11.5万美元左右的工作。
后来的故事是，多明格斯证明自己是位才华横溢的程序员，仅用了8个月的时间。
效率优化
在任何一天中，快递司机都有许多条快递路线可以选择。对于美国快递公司UPS，他们的快递员每天要送120～175次货。在任何两个目的地之间，可以选择的路线显然不计其数。对于司机和UPS，他们都想找到其中最有效率的那条。
但这并不容易，UPS利用组合数学的算法得出，以上所述的情景中所有可能的线路的总数，是一个199位的数字。这一数字甚至大过了换算成纳秒单位的地球年龄。
UPS的流程管理高级总监杰克·里维斯表示：“这数字太大了，令人难以想象。你只能从分析学上得出一个概念。”
对UPS而言，这是一项庞大的挑战。不过他们有强烈的动力去实现路线最优化：如果每位司机每天少开一英里，公司便能省下5000万美元。
这家位于亚特兰大的公司是如何做的？他们研发了一个名为Orion的系统，这是“道路优化与导航集成系统”的缩写，也是希腊神话中猎户座的名字。如果说现在有什么大数据分析学上的成就，那就是它了。Orion的算法诞生于21世纪初，并于2009年开始试运行。该系统的代码长达1000页，可以分析每种实时路线的20万种可能性，并能在大约3秒内找出最佳路线。
而当初，里维斯表示：“数学家们认为可能需要15分钟才能算出结果。”
UPS正在公司全部的5.5万条北美快递线路上装配这一系统。到2013年底，Orion已经在大约1万条线路上得到使用，这让公司节省了150万吨燃料，少排放了1.4万立方米的二氧化碳。
智能决策
在去年的用户大会上，星巴克战略经理介绍了他们研发的一个应用程序——Atlas。利用这个应用程序，他向与会者展示了一幅中国南宁地图。这是一座拥有200万人口的城市，星巴克在此开设了8家门店。
这位战略经理在地图上列举被划分为不同“层级”的元素如何影响门店选址，这些元素通过可视化的图形图标被标识出来，例如是否接近贸易区、邻居人口统计信息、每天的交通流量、公共交通便利性等。
他放大了南宁的某个区域，这个区域在未来两个月内将有三处新写字楼开放，Atlas认为这代表了一个潜在的门店位置。一旦一个新门店被确定，相关工作流程会自动从屏幕上弹出，从而指导如何获得相关审批流程、确保许可证，然后正式开启门店。
在过去，人们要搞清楚何处是开设一处新商场的最佳选址时，采用的方法是测量街道每小时交通流量、行人量，或者仅仅只是看看目标地区的其他企业是如何做的。然而，仅仅因为某处选址看起来将可能是一个很好的位置，并不意味着它就一定是。
这就是为什么星巴克会研发Atlas，其实质是一个依靠大数据分析指导市场规划和门店发展的算法。这个算法被置于地图软件分层之上，基于GIS（地理信息）系统，将结果以可视化的方式在地图上展示出来。无疑，Atlas大大有助于星巴克现有门店的成功，然后在类似领域为新店铺选址。
但星巴克没有止步于此。利用Atlas，它还可以将与新门店选址相似的算法，应用于饮品研发上。当下，面对美国已经饱和的咖啡馆市场，星巴克正试图在Atlas的帮助下，在某些门店销售啤酒和葡萄酒。
在上述的那场用户大会上，星巴克一位相关负责人打开洛杉矶地图，解释影响门店被纳入这个试点项目的变量因素：“这张地图显示了相关门店的位置，以及提供葡萄酒外卖模式的门店。我们开始在越来越多的门店推出星巴克夜间菜单，我们可以在现有的某些门店推出高消费的模式。”
