管道結(jié)構(gòu)設(shè)計范文

時間:2023-07-17 17:03:11

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管道結(jié)構(gòu)設(shè)計

篇1

大伙房水庫輸水應(yīng)急入連工程是由大伙房水庫向大連市輸水的一項大型輸水工程,輸水管線由大伙房水庫輸水(二期)工程之鞍山加壓泵站引出,年輸水量為3×108m3。

本工程由兩部分組成:碧流河水庫北段工程和碧流河水庫南段工程。

碧流河水庫北段工程輸水線路全長163.26km,其中;

鞍山加壓泵站。隧洞前輸水管線長121.37kin,管線管材主要采用預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管(以下簡稱PCCP),管線穿越高速公路、省國道、鐵路、大中型河流等采用鋼管,管徑為DN2800。

輸水隧洞長14.12km,為城門洞型斷面,隧洞斷面尺寸(B×H)為3.2m×3.48m,

隧洞后輸水管線末端輸水管線長27.77km,管線管材主要采用預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管(以下簡稱PCCP),管線穿越省國道、大中型河流等采用鋼管,管徑為DN2400。

對該工程采用的PCCP管材設(shè)計應(yīng)用了美國供水工程協(xié)會ANSI/AWWA C304-99標(biāo)準(zhǔn)配套的設(shè)計程序“VDP”進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計計算。

2、設(shè)計方法簡介

根據(jù)AWWA C304-99標(biāo)準(zhǔn),采用極限狀態(tài)設(shè)計方法對PCCP管進行設(shè)計,既考慮管材的預(yù)應(yīng)力狀況,也考慮外載(we。wt,Ws)、管重(Wp)和水重(Wf)及工作壓力(Pw)瞬時壓力(Pt)檢驗壓力(Pft)的綜合影響,保證管材的使用可靠性,從彈性和強度極限上提供足夠的安全儲備設(shè)計。計算程序采用AWWA C304-99配套設(shè)計軟件UDP和本院自編軟件CDP,規(guī)范要求的最小鋼絲面積作為鋼絲初始面積核對管體各項極限狀態(tài)的指標(biāo)要求,如果不能通過驗算條件鋼絲面積自動累加,直到滿足要求。

需要說明的是根據(jù)AWWA C304的默認(rèn)要求,預(yù)應(yīng)力鋼絲張拉控制應(yīng)力固定為鋼絲抗拉強度的75%,并且:

當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼絲只有一層時鋼絲的應(yīng)力松馳系數(shù)如下:

R=0.111-3.5(As/Ac)

(AWWA C304式6-30)

多層纏絲鋼絲應(yīng)力松馳系數(shù)如下:

內(nèi)部第一層纏絲:

其他層纏絲:

由于本工程要求fsg=0.7fsu,AWWAc304沒有給出當(dāng)fsg=0.7fsu時鋼絲應(yīng)力松馳系數(shù)的算法,根據(jù)中國標(biāo)準(zhǔn)GBS0010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》第6.2.1條規(guī)定:

當(dāng)ocon≤O.7fptk時鋼絲應(yīng)力松馳值:

σL4=0.125(σcoll+fptk-0.5)σcol3(式中口conll口為fsg、fptk即為fsu)

當(dāng)O.7fptk

σ14=0.2σcon÷fptk-0.575)σCon

當(dāng)σCOil=0.7fptk時鋼絲應(yīng)力松馳值σ14=2.5%σcon,當(dāng)口con=0.75fptk寸鋼絲應(yīng)力松馳值σ14=3.5%σcon,由此可見,當(dāng)fsg=0.7fsu時鋼絲應(yīng)力松馳值應(yīng)比當(dāng)fsg=0,75fsu的鋼絲應(yīng)力松馳值小,按fsg=0.7sfs計算更為保守,因此本報告不再尋求fsg=0.7fsu時鋼絲應(yīng)力松馳系數(shù)的算法,其差值作為合理安全儲備。

3、設(shè)計條件選取

以下各參數(shù)為設(shè)計中易為忽視的部分。

3.1管道內(nèi)壓

現(xiàn)場試驗內(nèi)壓為工作壓力+O.3MPa;瞬時壓力為工作壓力的40%;管道上部覆蓋土層厚度2、4、6m三種,與不同的工作壓力進行組合。

3.2 管基包角

管基中心角選取90°。雖然在施工中采用120°包角施工,但受承包人施工經(jīng)驗、回填材料等多種因素影響。包角部位回填壓實質(zhì)量存在不穩(wěn)定情況,因此設(shè)計中仍然按90°考慮,多出部分作為施工安全儲備。

3.3 相對濕度

戶外設(shè)計相對濕度:本工程各標(biāo)分別取RH=52%、50%、60%。雖然業(yè)主在關(guān)于明確PcCP管結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的意見中明確了PCCP管材結(jié)構(gòu)設(shè)計力學(xué)參數(shù)中的相對濕度按照RH=60%計取,但考慮到各標(biāo)段環(huán)境溫度不盡相同,且其對管道的設(shè)計影響較小,因此對上述取值是可行的(只要不大于60%,數(shù)值越大越偏于保守)。

3.4 土壤特性

土壤特性系數(shù)Ku=0.15,為飽和表土的最大值。Ku=0.19,為無粘性顆粒材料的取值,偏于保守,尤其是覆土較深的管道,計算土荷載偏大。根據(jù)AWWA M9規(guī)定當(dāng)設(shè)計無資料時可以取Ku=0.15。

3.5 溝槽型式

管道埋設(shè)全線均采用上埋式。主要是因為大直徑PccP管鋪設(shè)線路一般較長,沿線工程地質(zhì)情況復(fù)雜,溝槽開挖寬度很容易超出溝埋式的要求。采用溝埋式設(shè)計雖然可以節(jié)省部分造價,但對結(jié)果影響不大。采用統(tǒng)一的埋設(shè)型式,可以簡化設(shè)計,也便于施工管理。

4、設(shè)計原則

本工程二標(biāo)、三標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計采用美國混凝土壓力管協(xié)會AWWA C304標(biāo)準(zhǔn)配套程序UDP設(shè)計軟件,該軟件系統(tǒng)默認(rèn)鋼絲直徑及抗拉強度均為英制規(guī)格且無公制選項,預(yù)應(yīng)力鋼絲張拉控制應(yīng)力固定為鋼絲抗拉強度的75%,而招標(biāo)文件明確為70%,因此承包商采用如下等效預(yù)壓應(yīng)力的方法進行換算:

按此換算方法,多數(shù)情況下是可行的,但是,AWWA C304共有14種荷載組合、14種不同的控制條件,當(dāng)按uDPR件計算時出現(xiàn)如設(shè)計控制條件為AWWA C304第7.4.1條規(guī)定的“在荷載內(nèi)壓組合FWl,FWlr2及FT2情況下,預(yù)應(yīng)力鋼絲內(nèi)最大拉應(yīng)力不得高于總纏絲應(yīng)力fsl”及AWWA C304第7.5.I條規(guī)定的“當(dāng)管子承受荷載與內(nèi)壓組合FWT3及FWT4時,預(yù)應(yīng)力鋼絲最大拉應(yīng)力不應(yīng)超過其屈服強度fsy”時,該轉(zhuǎn)換方法就不合適,當(dāng)管子結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)以上控制條件時,以上換算方法偏于保守。

5、結(jié) 語

結(jié)合本院工程設(shè)計經(jīng)驗和本工程的實際情況,為確保PCCP管芯混凝土質(zhì)量,設(shè)計時盡量選用低標(biāo)號混凝土,同時考慮生產(chǎn)進度和簡化生產(chǎn)管理,盡量減少混凝土標(biāo)號種類。

盡量減少管芯壁厚種類,便于生產(chǎn)控制和大規(guī)模生產(chǎn),以提高生產(chǎn)效率。

篇2

關(guān)鍵詞:市政工程;給排水;管道工程;結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號: TU99 文獻標(biāo)識碼: A 文章編號:

市政給排水管道工程設(shè)計是一個實踐經(jīng)驗與能動性相結(jié)合的過程。在滿足規(guī)范要求、注意設(shè)計控制要點的同時,要根據(jù)實際情況, 因地制宜、因時制宜, 經(jīng)常充分的市場調(diào)查與經(jīng)濟技術(shù)比較, 做到既質(zhì)量優(yōu)良, 又經(jīng)濟合理、施工方便。為此,主要做好如下工作:

1.現(xiàn)場踏勘與測量

給排水管道距離相對較長,或穿越城鎮(zhèn)密集區(qū),或敷設(shè)在農(nóng)田,或跨越山丘和河流,還有可能橫跨鐵路、公路及橋涵。一項管道工程同時會遇到上述幾種或所有的地形和地貌,其復(fù)雜的地形和地貌若不現(xiàn)場查看,則很難全面完成設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)會同給排水、概預(yù)算等專業(yè)設(shè)計人員共同進行現(xiàn)場踏勘和選線,了解管道線路擬通過的沿線地帶地形地貌、地質(zhì)概況,必要時應(yīng)在施工圖階段對個別疑難地段重新踏勘。

要準(zhǔn)確地反應(yīng)管道沿線的地形地貌和水文地質(zhì)情況,必須有測量和勘探部門提供的準(zhǔn)確的地形和水文地質(zhì)資料。

勘探點間距和鉆孔深度勘探點應(yīng)布置在管道的中線上,并不得偏離中線 3m,間距應(yīng)根據(jù)地形復(fù)雜程度確定的 30~100m,較復(fù)雜和地質(zhì)變化較大的地段應(yīng)適當(dāng)加密,深度應(yīng)達到管道埋設(shè)深度以下 1m 以上,遇河流應(yīng)鉆至河床最大沖刷深度以下 2~3m。

提供勘探成果要求劃分沿線地質(zhì)單元;查明管道埋設(shè)深度范圍內(nèi)的地層成因、巖性特征和厚度;調(diào)查巖層產(chǎn)狀和分化破碎程度及對管道有影響的全部活動斷裂帶的性質(zhì)和分布特點;調(diào)查沿線滑坡、崩塌、泥石流、沖溝等不良地質(zhì)現(xiàn)象的范圍、性質(zhì)、發(fā)展趨勢及其對管道的影響;查明沿線井、泉的分布和水位等影響;查明擬穿、跨河流的岸坡穩(wěn)定性,河床及兩岸的地層巖性和洪水淹沒范圍。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容

管道的結(jié)構(gòu)形式主要由給排水專業(yè)確定,結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)根據(jù)管道的用途(給水還是排水,污水還是雨水)、工作環(huán)境(承壓還是非承壓)、口徑、流量、埋置深度、水文地質(zhì)情況、敷設(shè)方式和經(jīng)濟指標(biāo)等從專業(yè)角度提出參考意見。一般情況下,承壓管道常采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管、鋼管、鑄鐵管、玻璃鋼管、UPVC 管、PE 管、現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵。非承壓管常采用混凝土管、鋼筋混凝土管、砌體蓋板涵、現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵等。當(dāng)污水管道口徑較大時應(yīng)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵,特殊情況、特殊地段(過河渠、公路、鐵路等)、局部地段非承壓管也采用鋼管等形式。大型給排水管道工程也有采用盾構(gòu)結(jié)構(gòu)形式的。

根據(jù)管道規(guī)格、埋置深度、地面荷載、地下水位、工作和試驗壓力對管道的剛度和強度進行計算及復(fù)核,提供管道壁厚、管道等級、或結(jié)構(gòu)配筋圖。對于一些必須采取加固方法才能滿足剛度和強度要求的管道,應(yīng)根據(jù)計算采用具體的加強加固措施。通常采用的加固措施有管廊、混凝土或鋼筋混凝土包管等,當(dāng)鋼管計算出的壁厚不經(jīng)濟時,應(yīng)采用加肋的方法處理。加固的具體方式和方法應(yīng)根據(jù)實際情況和經(jīng)濟指標(biāo)來確定。

敷設(shè)方式的選擇應(yīng)根據(jù)埋置深度、地面地下障礙物等因素確定,一般有溝埋式、上埋式、頂管及架空,較為常用敷設(shè)方式采用溝埋式,當(dāng)溝埋式有一定的難度時,可選擇頂管和架空等敷設(shè)方式。不同的敷設(shè)方式,其結(jié)構(gòu)設(shè)計亦不同。

有些管道敷設(shè)的地段地下水位較高或者施工期間多雨,因而管道的抗浮穩(wěn)定應(yīng)引起結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的重視。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)計算采取相應(yīng)的抗浮措施,避免浮管現(xiàn)象的出現(xiàn)。

確定管線走向時應(yīng)盡量避開對抗震不利的場地、地基,如不可避免而必須通過地震斷裂帶或可液化土地基時,應(yīng)根據(jù)工程的重要性、使用條件綜合考慮。

3.給排水管道設(shè)計中的其他問題

在用戶管線出口建立格柵中纖維、塑料等沉積物、懸浮物和漂浮物的大量存在,給管道的清掏和疏通維護作業(yè)帶來了很大困難。特別是抽升泵站的格柵間,每天都會攔截到大量的漂浮物。有的漂浮物通過格柵進入泵房后,常導(dǎo)致水泵葉輪堵塞、磨損損壞現(xiàn)象的發(fā)生。盡管格柵柵條的間距一再減小,但仍有大量的漂浮物進入泵站造成堵塞。為了解決上述問題,建議在庭院或住宅小區(qū)的管道出口處設(shè)置簡易人工攔污格柵,定期進行清理、清掏,從源頭上控制漂浮物進入市政管網(wǎng),以減輕市政管網(wǎng)維護管理的工作量。

在檢查井井底設(shè)置沉淀池中的沉積物在管道內(nèi)水流量小、流速慢時會發(fā)生沉淀,造成管道淤積堵塞、通水不暢,而管道的疏通工作又費時費力。因此,針對傳統(tǒng)的檢查井做法,建議將其井底改為沉淀式的,井底下沉 30~50 cm。這樣中的沉積物多數(shù)會沉積在檢查井中,不至于流入下游管段,只要定期清掏檢查井內(nèi)的沉積物即可,減少了管道維護作業(yè)的工作量。這種做法也可用于雨水檢查井。

在檢查井內(nèi)設(shè)置閘槽干管中的流量和流速均較大,有的檢查井內(nèi)的水位較高,管道維護作業(yè)或戶線管接頭時,需將管道內(nèi)的水位降低或斷流。為了方便維護作業(yè),建議在干管的管道交匯處檢查井、轉(zhuǎn)彎處檢查井或直線段的每隔一定距離的檢查井內(nèi)根據(jù)需要設(shè)置閘槽,通過閘槽的開閉控制水流,便于維護作業(yè)。同時為方便戶線支管接頭時的施工,建議能研制一種較輕便、實用的管道阻水設(shè)備。

4.結(jié)語

總之,在城市發(fā)展的過程中,為了在激烈的市場競爭中求得生存和發(fā)展,要求在企業(yè)給排水工程的設(shè)計中引入全局概念,以適應(yīng)日趨嚴(yán)峻的城市發(fā)展要求。只有這樣,才能設(shè)計出滿足百年城市發(fā)展的市政給排水管道。

參考文獻:

[1] 付迪.HDPE雙壁波紋管在城市給排水工程中的應(yīng)用[J]. 技術(shù)與市場. 2010(08)

[2] 朱志光.市政排水管道工程施工質(zhì)量控制[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè). 2008(06)

篇3

關(guān)鍵字:城市電力隧道規(guī)劃;研究;結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號: U45 文獻標(biāo)識碼: A

一、電力隧道規(guī)劃

(一)平面線路規(guī)劃

電力隧道線路規(guī)劃需要根據(jù)中心城區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷情況進行規(guī)劃,在一些特殊的中心城區(qū)位置,一般的電力隧道走向都是地下建設(shè)、地鐵以及立交橋等等。在進行電力通道規(guī)劃時,需要協(xié)調(diào)相關(guān)部門,做好路線合理規(guī)劃工作。對力隧道路徑選擇時,一般要選擇長度較長、線型比較順直以及路段比較寬的城市主干線。進行規(guī)劃時,盡量避免影響因素出現(xiàn),從而使得規(guī)劃水平提高。施工實踐表明,在當(dāng)前的規(guī)劃過程中,一般會受到技術(shù)條件限制或者受到其他的市政工程制約。一條完整的電力隧道實施過程中,需要進行多形式設(shè)置,從而滿足走向需求。同時在施工過程中,會不可避免的穿越一些重點工程,像地鐵、像重要建筑等等。在進行規(guī)劃時,為了更好地減少阻力問題,降低規(guī)劃風(fēng)險,從而逐漸實現(xiàn)電力隧道規(guī)劃發(fā)展需求,需要電力隧道在進行平面規(guī)劃設(shè)計時,應(yīng)該根據(jù)實際情況開展設(shè)計工作。如下表不同地區(qū)隧道通道型式規(guī)劃設(shè)計

(二)線路曲線規(guī)劃

電力隧道具備自身的使用功能,在進行規(guī)劃設(shè)計時,基于電力隧道的特性,這樣就可以不要對線路曲線半徑做出嚴(yán)格的規(guī)定或者控制。在進行城市規(guī)劃時,一般會受到大轉(zhuǎn)角或者是地形限制,在必要的時候可以通過工作井的方式進行處理。一般而言城市地下空間1-7m為城市市政管道的黃金通道,大多數(shù)管線布置在這個深度,盾構(gòu)及頂管機械作業(yè),一般要考慮一定富裕深度,一般埋深達到10m,才較為安全,否則容易傷及市政管線。在縱斷面設(shè)計時,較大斷面的電纜隧道可以采取深埋方式避開其他市政管線,從而獲得完好規(guī)劃。

二、電力隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計

電力隧道內(nèi)部設(shè)施通常為橫擔(dān)支架、電纜、冷卻管、照明及通風(fēng)等電力設(shè)備,其布置方式將影響隧道結(jié)構(gòu)的傳力模式,需要在設(shè)計階段,根據(jù)內(nèi)部設(shè)施布置方案進行合理性及穩(wěn)定性的驗算分析,確保工程安全性。電力隧道設(shè)計過程中,通常會遇見斷面直徑設(shè)計問題,這個直徑采用頂管方式適宜直徑在1.9至3.5m范圍內(nèi),采用盾構(gòu)方式的適宜斷面在3.5到5.5m范圍內(nèi)。其中頂管在小于1.9m直徑時一般直接將頂管直徑取到1.5m以下,并且在內(nèi)部排管然后填充細砂或者細石砼,因而不在適合歸入電纜隧道范疇。一般而言,電力隧道大部分采用的是明開挖隧道,頂管,淺埋暗挖等方式,對于盾構(gòu)方式在電力隧道中使用較少,但卻是一個發(fā)展方向。

圖1、頂管隧道布置 圖2、頂管內(nèi)排管布置

在一般情況下,電力隧道需要根據(jù)凈空尺寸大小進行確定,從而選擇到合適的施工方法。例如下表格的隧道工法選擇:

在施工過程中,當(dāng)選擇盾構(gòu)法時,這個時候的隧道管徑應(yīng)該大于3.5m,這個時候需要充分考慮阻力問題。這個時候的阻力會變大,而且還比較難以控制。因此,在進行隧道施工方法選擇時,應(yīng)該保障選擇的方法可以使得直徑大于3.5m,這樣的施工實際情況可以充分考慮選擇盾構(gòu)法。電力隧道施工過程中,一般可以選擇的有圓形還有矩形兩種形狀。一般而言,矩形的橫截面積它的凈空利用率會比較高。相互對比之下的可以選擇該橫截面進行施工就顯得比較合理,而且還需要綜合分析影響因素,從而選擇出合適的橫截面處理方法。例如500kV世博變電站,輸電隧道直接從550kv變電站直接引出,一般內(nèi)在的輸電要求比較高,這樣可以選擇內(nèi)徑比較大的圓形橫截面,這是我國國內(nèi)直徑輸電隧道最大之圓形橫截面施工。選擇了合適的施工法之后,需要確定出管片組成數(shù)量,在進行設(shè)計時候可以根據(jù)這些管片的厚度以及形狀進行選擇。如下圖所示:

圖3、盾構(gòu)斷面

一般而言,輸電隧道選擇了隧道盾構(gòu)段,將其當(dāng)成最大電力專用隧道,在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)布設(shè)時,一般都會有它獨特的地方。為了更好的發(fā)揮出隧道實際作用,更好的充分使用隧道凈空。需要在隧道中部位置進行設(shè)置,這樣可以獲得設(shè)置橫梁面圖形。設(shè)計過程中,需要將隧道進行分層,可以將其分層四個電纜布置區(qū)。在每個支架中可以將其中的一部分確定出來,這樣可以支撐起兩個中間柱,而且其余的連接角鋼可以在布設(shè)上進行連接,從而獲得更大的空間。這樣的空間可以更好的滿足電力施工需求,更好的滿足當(dāng)前布設(shè)需求。

結(jié)束語

隨著社會不斷發(fā)展,我國隧道施工工程越來越多,為了滿足城市供電需求,為了滿足社會發(fā)展需求,需要進行電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計。在進行地下電力傳輸時,需要不斷的完善和發(fā)展規(guī)劃,選擇隧道輸送電力已經(jīng)成為當(dāng)前發(fā)展首先方式。

參考文獻

[1]張彥輝,劉青,李華春.北京電力隧道現(xiàn)狀及檢測技術(shù)的研究[J].全國第九次電力電纜運行經(jīng)驗交流會-2013年1期

篇4

關(guān)鍵詞:柔性結(jié)構(gòu) 主從式CPU 無線控制 人機交互

當(dāng)前諸多行業(yè),如石油、天然氣、中央空調(diào)通風(fēng)等,管道作為一種有效物料傳輸介質(zhì),得到廣泛應(yīng)用[1]。本設(shè)計開發(fā)出一種價格低廉、操作簡單,從底層到上層,從硬件到軟件,從模塊到系統(tǒng)的一體化柔性結(jié)構(gòu)式機器人系統(tǒng)。

1 機器人機械設(shè)計

1.1 外形設(shè)計

機器人整體機械設(shè)計采用多段式柔性結(jié)構(gòu)(如圖1-1)[2],使其能夠靈活適應(yīng)復(fù)雜管道環(huán)境。驅(qū)動部分采用傳動帶、渦輪蝸桿結(jié)構(gòu),由步進電機驅(qū)動以實現(xiàn)機器人運動。步進電機帶動蝸桿旋轉(zhuǎn),蝸桿渦輪齒合傳動,渦輪帶動帶輪旋轉(zhuǎn),從而傳動帶運動帶動主動輪運動,實現(xiàn)機器人行走。支撐部分由滾珠絲杠、步進電機、車輪、連桿和推桿等組成。步進電機帶動絲杠轉(zhuǎn)動,螺母直線運動帶動推桿運動,實現(xiàn)機器人整體結(jié)構(gòu)撐起,以實現(xiàn)適應(yīng)不同管徑(400mm~600mm)。

圖1-1 機器人頭部結(jié)構(gòu)圖

1.2 軸承選擇

本設(shè)計中軸承主要承受軸向載荷,周向載荷很小可忽略不計,因此選用7219C型角接觸球軸承。其當(dāng)量動載荷為:

—載荷系數(shù),本設(shè)計中取為1.1

—軸承承受載荷,本設(shè)計中=278.15N,則

驗算軸承壽命:

n—軸承轉(zhuǎn)速,本設(shè)計中

C—軸承額定動載荷,此處取為135000

P—軸承承受的載荷

—指數(shù),對于球軸承;對于滾子軸承,則,初選軸承滿足要求。

1.3 電機選擇

電機驅(qū)動力矩:

—啟動時折算到電機軸加速力矩

—摩擦力矩

本系統(tǒng)中

電機驅(qū)動功率:

因此,本設(shè)計選用24V、500轉(zhuǎn)、20W maxon RE25 大功率空心杯減速電機。

2 機器人控制系統(tǒng)設(shè)計

機器人控制系統(tǒng)分為PC終端層、CPU控制層及執(zhí)行機構(gòu)層三層結(jié)構(gòu)(如圖2-1)[3]。上層為PC終端層,負(fù)責(zé)采樣數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)整體調(diào)度;控制層由主控系統(tǒng)、攝像頭系統(tǒng)并列組成,主控系統(tǒng)負(fù)責(zé)環(huán)境信息采樣并將信息上傳PC,PC對其分析處理并向下發(fā)送控制協(xié)議,CCD對環(huán)境進行圖像采樣,將圖像數(shù)據(jù)上傳PC并可視化顯示,圖像處理使工作人員了解管道狀況;執(zhí)行機構(gòu)層由各類執(zhí)行電機組成,驅(qū)動機器人執(zhí)行相應(yīng)動作。

圖2-1 機器人控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.1 系統(tǒng)通信

由于環(huán)境信息采集實時性要求高,且圖像信息數(shù)據(jù)量大,因此上下位機對應(yīng)設(shè)計雙通道通信。主CPU與PC機占用一通道;CCD圖像采集占用二通道;主從CPU SPI通信。兩通道并行通信。

數(shù)據(jù)以包形式通信,一包數(shù)據(jù)為16位,高八位為校驗信號,低八位為數(shù)據(jù)信號。系統(tǒng)接收一包數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)包解析,首先根據(jù)校驗信號判斷數(shù)據(jù)有效性,校驗正確則繼續(xù)接收數(shù)據(jù),否則返回錯誤校驗信號繼續(xù)索要有效數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收采用中斷方式,提高系統(tǒng)效率。上位機支持通信設(shè)備自動識別,人工修改配置參數(shù)等,符合實際需求。

自定義數(shù)據(jù)包協(xié)議如下:

2.2 控制策略

機器人無線通信選用ZGBee2410模塊,利用其組建混合網(wǎng),實現(xiàn)一臺PC同時控制多臺機器人(如圖2-2)。正常狀態(tài)每臺機器人與PC單獨通信,若因環(huán)境惡劣通信中斷,機器人3秒后自動停止動作進入等待狀態(tài)(圖2-2中3號),此時可派出搜救機器人(圖2-2中2號)向丟失機器人發(fā)送呼叫信號,直至收到其回應(yīng),利用搜救機器人做跳板,實現(xiàn)探測機器人與PC通信。

圖2-2 控制策略架構(gòu)圖

3 結(jié)論

本文設(shè)計了一種柔性結(jié)構(gòu)式管道探測機器人,闡述了其工作原理。整套系統(tǒng)遵循模塊化設(shè)計原則,各模塊獨立工作亦可自由組合,任何一模塊異常不會級聯(lián)整體;柔性式機械形體,可伸縮自適應(yīng)管徑支撐機構(gòu),提高了環(huán)境適應(yīng)力;蝸輪蝸桿傳動機構(gòu),打破傳統(tǒng)三電機模式,一個步進電機即可驅(qū)動機器人三輪行進,節(jié)省成本同時減輕機器人重量;CPU模塊采用主從式控制,低端CPU實現(xiàn)高端CPU功能,節(jié)省成本且利于擴展;通信模塊控制協(xié)議與圖像數(shù)據(jù)雙通道通信,控制策略采用ZGBee混合網(wǎng)模式,提高系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性。原理樣機經(jīng)設(shè)計方案論證,制作了實物樣機并進行聯(lián)機調(diào)試,結(jié)果表明所設(shè)計系統(tǒng)能正常工作。但本設(shè)計只是初步完成系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu),面對復(fù)雜管道現(xiàn)場環(huán)境,未來有待于進一步研究,可向著人工智能、自適應(yīng)自學(xué)習(xí)方向發(fā)展,將會有較大發(fā)展前景。

參考文獻:

[1]張永順.國外微型管內(nèi)機器人的發(fā)展[J].機器人,2000,22(6):490—520.

篇5

關(guān)鍵詞:模式軟件體系結(jié)構(gòu)管道過濾器

中圖分類號:TP302.1    文獻標(biāo)識碼:A     文章編號:

    

     引言

     目前,在水環(huán)境自動化檢測的要求和標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升,檢測條件越來越困難的情況中。用無線傳感設(shè)備網(wǎng)路科技來處理水環(huán)境自動化檢測是一個比較合理的方法。該方案除了硬件設(shè)計之外,與之配套的水質(zhì)量檢測軟件也不可或缺。該系統(tǒng)主要計是通過算機服務(wù)器進行數(shù)據(jù)采集、預(yù)警、數(shù)據(jù)分析與挖掘,自動查找異常數(shù)據(jù),自動追蹤污染源,為質(zhì)檢部門提供原始資料;對工業(yè)廢水進行檢測,達到實時排污監(jiān)控;在高精農(nóng)作物區(qū)對水域進行營養(yǎng)元素的檢測,為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供基礎(chǔ)。

     根據(jù)該系統(tǒng)的功能分析,系統(tǒng)包含信息收集、信息傳送、信息監(jiān)測、信息儲存和信息研究這些有關(guān)功能,后一個模塊都以前一個模塊的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),屬于一個典型的流水線性處理過程,如果單獨采用傳統(tǒng)的單線程或者批處理的方式進行設(shè)計,就會存在著明顯的效率問題,因為各個模塊的工作屬于實時系統(tǒng),要求能夠并發(fā)工作,而且各個功能模塊根據(jù)工作需求和實現(xiàn)的工作原理,隨時需要重組和替換,伴隨程序體系范圍與困難性的增多,體系整體構(gòu)造布設(shè)的關(guān)鍵性已經(jīng)大大超越固定算法與信息構(gòu)造的選取,很好的系統(tǒng)構(gòu)造是保障體系實現(xiàn)的條件。根據(jù)程序系統(tǒng)構(gòu)造的進程研發(fā)是目前程序研發(fā)的根本方法,還為程序項目實現(xiàn)的信號。筆者在此系統(tǒng)中,提出采用了管道/過濾器的構(gòu)架模式,完成系統(tǒng)的構(gòu)架設(shè)計,解決了實際中的各種問題。

1. 管道過濾器體系結(jié)構(gòu)概述

     管道和過濾器模式是體系結(jié)構(gòu)模式中的一種,該方式的主要特征為:將體系目標(biāo)劃分若干個關(guān)聯(lián)的操作環(huán)節(jié),各個過程的輸送是其他過程的送入,并且信息的整理與管控有效執(zhí)行。一般的特點為:

     給整理信息的體系供應(yīng)了一個構(gòu)造;

     各個操作環(huán)節(jié)封存于某個過濾設(shè)備部件里,各個過濾設(shè)備能夠自己改進,其性能單調(diào);

     信息經(jīng)過鄰近過濾設(shè)備互相間的通道傳送;

     重組過濾設(shè)備能夠創(chuàng)建有關(guān)的體系族;

篇6

由于鋼結(jié)構(gòu)金屬網(wǎng)架下面閑置空間較大,可布設(shè)消防管道、給水管道、通風(fēng)管道、壓縮空氣管道等多種管道,因此,應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的廠房,可充分利用其上部閑置空間,節(jié)省多余的管道安裝費用,有效節(jié)約建筑成本。鋼結(jié)構(gòu)是一種利用率較高的建筑材料,可實現(xiàn)多次回收利用,且安裝過程中不會產(chǎn)生粉塵和噪聲污染,拆卸也比較容易,拆除的金屬構(gòu)件可直接回收,因此,具有較高的循環(huán)利用價值。

二、廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)備工作

(一)鋼結(jié)構(gòu)選擇

考慮是否可以采用鋼結(jié)構(gòu)作為廠房主結(jié)構(gòu)之前,設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)首先按照現(xiàn)場實際測量數(shù)據(jù),判斷該廠房是否適合鋼結(jié)構(gòu)施工,以及采用鋼結(jié)構(gòu)是否存在安全隱患等,只有其適用性和安全性確定無誤后才可考慮鋼結(jié)構(gòu)廠房。

(二)鋼結(jié)構(gòu)評估

設(shè)計師需要根據(jù)實際測量數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的力學(xué)模型,分析鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力情況,預(yù)估廠房梁柱支撐斷面參數(shù),最后確定采用軋鋼、H型鋼、槽鋼中的一種或多種。

(三)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計綜合分析

確定設(shè)計方案后,應(yīng)當(dāng)評估廠房鋼結(jié)構(gòu)是否符合施工標(biāo)準(zhǔn),并反復(fù)比對重要設(shè)計參數(shù),判斷施工周期是否符合施工要求,分析鋼結(jié)構(gòu)總剪力、結(jié)構(gòu)受力變形情況。

三、廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

(一)防火設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)廠房的防火能力要弱于鋼筋混凝土廠房,鋼結(jié)構(gòu)抗拉強度會隨溫度升高而逐漸降低,甚至出現(xiàn)塑性增大的情況,當(dāng)環(huán)境溫度升高到250℃以上時,鋼結(jié)構(gòu)金屬構(gòu)件就會產(chǎn)生徐變現(xiàn)象,當(dāng)溫度達到500℃時,鋼材強度會降到最低值,導(dǎo)致整個廠房坍塌。因此,在進行廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時,有必要嚴(yán)格按照防火規(guī)范,確定廠房發(fā)生火災(zāi)的危險等級,選擇耐火極限符合要求標(biāo)準(zhǔn)的建筑鋼材。廠房鋼結(jié)構(gòu)實踐中,應(yīng)用最廣泛也是最有效的一種防火方式就是在鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹一層防火涂料,以此提高鋼材的耐火極限,當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時,防火涂料可以起到隔熱作用。

(二)協(xié)調(diào)好鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與廠房工藝設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)廠房是企業(yè)生產(chǎn)中的一個重要區(qū)域,如果鋼結(jié)構(gòu)廠房與整個生產(chǎn)模塊的工藝設(shè)計不協(xié)調(diào),就會影響正常的生產(chǎn)作業(yè)。鋼結(jié)構(gòu)廠房與工藝設(shè)計的不協(xié)調(diào)主要表現(xiàn)在:鋼結(jié)構(gòu)廠房墻體厚度和高度不符合工藝設(shè)計指標(biāo)、鋼支架分布情況不合理等。鋼結(jié)構(gòu)的鋼支架分布形式一般有網(wǎng)架、平面桁架、空間桁架、塔桅、索膜、框架等幾種,設(shè)計人員需要按照企業(yè)的實際建廠條件和建筑要求,選擇合理的鋼支架形式。除了鋼支架形式外,鋼材也是影響其建筑性能的重要因素。不同的鋼材其結(jié)構(gòu)性能不同,例如,無縫鋼管中含有中空截面,可作為液體輸送管道,圓鋼為實心鋼材,可起到穩(wěn)定鋼結(jié)構(gòu)的作用。因此,在具體選擇何種鋼材時,需要考慮其與廠房的工藝設(shè)計要求是否相符。

(三)重視鋼結(jié)構(gòu)計算過程

鋼結(jié)構(gòu)計算一般采用的是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的計算程序,計算結(jié)果評估是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要組成部分,對不同軟件的計算結(jié)果進行對比分析,最終選擇最合適的截面有利于成本的節(jié)省。荷載取值時,對于降雪量較大的地區(qū),設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)本地區(qū)的實際降雪情況,考慮適當(dāng)增加鋼結(jié)構(gòu)荷載,檢驗荷載最大值是否可以承受最大量的降雪。構(gòu)件設(shè)計時,應(yīng)充分重視凈截面、長細比這些概念的重要性。連接設(shè)計時,應(yīng)根據(jù)施工條件等選擇合適的連接方式,若采用承壓型連接,則考慮到承壓力和剪切力兩方面的要求,螺栓不得安裝在剪切面上,此時須討論其連接位置是否合理,是否施工方便。

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關(guān)鍵詞:問題;結(jié)構(gòu)設(shè)計;要點

中圖分類號:S611 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:

1、道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的分析

伴隨著我國交通業(yè)的高速發(fā)展,我國橋梁建設(shè)取得了一系成果,也出現(xiàn)了一些弊端,針對這些弊端,需要相關(guān)政府部門,加強管理力度,提升其道路橋梁設(shè)計水平,有利于日常交通業(yè)的順利進行。下面是針對道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)問題的分析,以方便我們采取積極的措施,解決問題,促進結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)的完善。

1)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不高。鑒于我國道路橋梁設(shè)計對于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求并不高,一旦在對道路施工進行改造施工時就會不同程度地對道路交通的便利性造成麻煩和留置安全隱患,并且勢必會影響到橋型的美觀。因此,在進行橋梁設(shè)計時就必須考慮到這一點,同時綜合現(xiàn)場因素,尤其是在橋梁的主梁或梁側(cè)預(yù)留一定的空間,以便為橋梁后期可能進行改造施工創(chuàng)造施工空間與條件。

2)管道預(yù)留空間不足。每一座橋梁在設(shè)計中都需要設(shè)置專用的橋梁管道,但是在現(xiàn)實中往往在這一方面得不到充分的重視,導(dǎo)致這一問題出現(xiàn)的原因主要在于現(xiàn)代城市人口壓力過大或城市改造工程。城市改造工程在遇到管道預(yù)留空間不足的情況時,則僅僅能夠進行一些擴容處理,將橋梁管道在橋體之外,從而為交通線埋下不便的隱患,同時影響到橋體的美觀。另外,在面對橋梁管道預(yù)留空間不足的問題時,可以通過再次開挖的辦法進行相關(guān)處理,但是這種處理形式不可避免地會在工程投資建設(shè)方面造成嚴(yán)重的浪費,并且也會對交通情況造成影響。

3)綠化帶專項防水設(shè)計缺陷。我們都知道,橋梁工程也不僅僅是為了滿通使用的功能,在橋體設(shè)計美觀上同樣也值得給予總夠的重視。因此,橋梁綠化帶專項防水設(shè)計就成為了橋梁裝飾工程的一項必要內(nèi)容。有關(guān)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計工作人員在對擬建橋梁工程展開設(shè)計工作時,有必要考慮保證橋梁工程在完成施工后所能受到的綠化美觀效果,同時在綜合考慮到擬建工程施工現(xiàn)場存在的各種影響因素之后,對設(shè)計成果要求具有絕對的橋梁結(jié)構(gòu)使用功用和外形美觀效果。

4)結(jié)構(gòu)設(shè)計選型問題。橋梁工程結(jié)構(gòu)選型的問題極為關(guān)鍵,不僅需要在結(jié)構(gòu)選型上滿足視距和凈空的要求,外形美觀和合理地結(jié)構(gòu)自重同樣被視為橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個基本標(biāo)準(zhǔn)和原則,使得橋梁工程能夠成為城市建設(shè)中可實現(xiàn)功能與兼容城市風(fēng)貌的一道亮麗景觀。然而,實際的設(shè)計工作卻出現(xiàn)了嚴(yán)重地形式重于實用效果的偏側(cè)現(xiàn)象,出現(xiàn)結(jié)構(gòu)選型不合理的問題就很自然了。

2、道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計工作設(shè)計內(nèi)容廣泛,本文主要以裝配式簡支橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點作論述如下:

1)主梁設(shè)計。裝配式簡支梁結(jié)構(gòu)區(qū)別于整體式簡支梁結(jié)構(gòu)的突出特點在于可將預(yù)制獨立構(gòu)件進行運輸與吊裝,并且通過現(xiàn)場安裝、拼接制梁。在設(shè)計中即可實現(xiàn)對自動化、機械化的施工技術(shù)應(yīng)用,節(jié)省部分勞動力和施工原材料,并大幅提高人物力的生產(chǎn)效率,施工過程也不會受到季節(jié)的影響,是為采用此種橋梁設(shè)計型式的關(guān)鍵。主梁結(jié)構(gòu)作為橋梁上部結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件,設(shè)計型式通常分為 T 形和箱型兩種,箱型結(jié)構(gòu)主梁僅被應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)梁之中。設(shè)計采用箱型結(jié)構(gòu)主梁既需要對主梁結(jié)構(gòu)的間距與片數(shù)作要求,主梁間距與片數(shù)兩者相互制約,即間距小則片數(shù)多、間距大則片數(shù)少。而主梁的高度及細部尺寸則需根據(jù)相關(guān)的荷載計算方法確定,若主梁對稱布置,梁身所受荷載同樣對稱分布,即需以杠桿法進行相關(guān)計算,否則即需以偏心受壓進行相關(guān)計算。二種情況相同點在于內(nèi)力取值均以取最大值作為控制設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn),但這種內(nèi)力取值標(biāo)準(zhǔn)不可作為主梁結(jié)構(gòu)各個截面的最不利狀況的受力計算,因為從其計算原理來看,計算結(jié)構(gòu)存在較多的不安全因素。

2)橋臺設(shè)計。橋臺結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)主要注重于型式的選擇。裝配式簡支橋梁對于橋臺結(jié)構(gòu)的選擇比較常見的有輕型橋臺、鋼筋混凝土薄壁橋臺和埋置式橋臺三種。輕型橋臺結(jié)構(gòu)型式具有體積小的特點,其設(shè)計應(yīng)用可作為一種擋土的翼墻結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土薄壁橋臺可設(shè)計將臺身埋置于橋梁護坡中,從設(shè)計角度講,既可以減小橋臺結(jié)構(gòu)受到上部荷載的作用力,又可以保證橋臺處的預(yù)留空間。但是,從某種程度上分析橋臺前的護坡由于是采用片石混凝土施工作表面防護的一種永久性設(shè)施,存在著被洪水沖毀而使臺身的可能,因此,在設(shè)計時必須進行相關(guān)的強度和穩(wěn)定性驗算。

3)橋墩型式選擇。裝配式簡支橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍采用雙柱式墩、十字墩或矩形薄壁墩等型式,其中單幅雙柱式橋墩結(jié)構(gòu)型式應(yīng)用較為普遍。考慮到以往在道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)的問題,筆者希望在今后的設(shè)計工作中應(yīng)注意對于橋墩結(jié)構(gòu)型式的選擇要極為謹(jǐn)慎,如在巖溶性地帶、樁基礎(chǔ)施工困難地段應(yīng)根據(jù)實地情況避免過多地設(shè)計樁基,單柱單樁的設(shè)計為宜;而擬建施工現(xiàn)場位于河谷或受到滾石威脅時,則應(yīng)考慮設(shè)計增強橋墩結(jié)構(gòu)的整體抗撞擊能力,亦須單柱單樁設(shè)計為宜;對于高位墩柱長橋的情況,則應(yīng)考慮到橋梁上部結(jié)構(gòu)荷載累積變位的問題,采用雙幅兩柱整體下部構(gòu)造設(shè)計為宜。

4)定線原則。根據(jù)給定的起終點,分析其直線距離和所需的展線長度,選擇合適的中間控制點。在路線各種可能的走向中,初步擬定可行的路線方案,(如果有可行的局部路線方案,應(yīng)進行比較確定),然后進行紙上定線。a.在 1:10000 的小比例尺地形圖上在起,終控制點間研究路線的總體布局,找出中間控制點。根據(jù)相鄰控制點間的地形、地貌、地質(zhì)、農(nóng)田等分布情況,選擇地勢平緩山坡順直的地帶,擬定路線各種可行方案。b.對于山嶺重丘地形,定線時應(yīng)以縱坡度為主導(dǎo);對于平原微丘區(qū)域(即地形平坦)地面自然坡度較小,縱坡度不受控制的地帶,選線以路線平面線形為主導(dǎo)。最終合理確定出公路中線的位置(定出交點)。

篇8

關(guān)鍵詞:建筑工程;地下室結(jié)構(gòu);設(shè)計

前言

由于我國的人口基數(shù)較大,如今土地資源日漸短缺,建筑工程有必然會越來越多地向地下轉(zhuǎn)移發(fā)展,并呈現(xiàn)出多層地下室結(jié)構(gòu)的趨勢。但是地下室工程因其特殊的施工環(huán)境,具有較強的隱蔽性,在施工過程中,涉及較多的工種,施工工藝較為復(fù)雜,容易產(chǎn)生各種質(zhì)量問題,所以對地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計提出了較高的要求。

1.地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計面臨的難點

地下室工程由于涉及較多工種,施工十分復(fù)雜,因此,在建筑工程地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中,應(yīng)該嚴(yán)密考量其采光、通風(fēng)、排水、坑道、管道、防火、使用功能、設(shè)備用房、人防要求等各個方面。部分高層建筑群具有大底盤地下室,在使用階段,通常塔樓部分不會出現(xiàn)抗浮問題,但是純地下室部分以及裙房容易有抗浮不符合要求的情況出現(xiàn)。并且,因為在地下室結(jié)構(gòu)抗浮的設(shè)計中,一般只重視其正常的使用狀態(tài),但是沒有充分考慮洪水期和施工過程。所以在地下室施工時,會出現(xiàn)抗浮不符合要求,進而破壞建筑物局部的現(xiàn)象。另外,作為一項系統(tǒng)性的工程,地下室工程涉及到材料選擇、施工、設(shè)計等多方面的因素,進而導(dǎo)致地下室結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中會遇到很多難點。一般來說,地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的難點主要集中在外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計、地下室抗?jié)B、抗浮、抗震設(shè)計,結(jié)構(gòu)平面設(shè)計等方面。

2.建筑工程中地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1地下室的抗?jié)B、抗浮設(shè)計

地下室的抗浮設(shè)計應(yīng)充分考慮地下水位的變化。因為在地下室結(jié)構(gòu)抗浮的設(shè)計中,一般只重視其正常的使用狀態(tài),但是沒有充分考慮洪水期和施工過程。所以在地下室施工時,會出現(xiàn)抗浮不符合要求,進而破壞建筑物局部的現(xiàn)象?;蛘?,大面積整體地下室上面有多棟建筑物,因為地下室本身形狀不規(guī)則且面積大,局部地上部分無建筑物,處理難度大,事先需進行嚴(yán)密地分析。此外,地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)充分考慮抗?jié)B設(shè)問題,通常如下幾種方法:將膨脹劑摻入混凝土,補償收縮的混凝土;設(shè)置膨脹帶;設(shè)置后澆帶;增強鋼筋混凝土自身的抗拉能力。

2.2結(jié)構(gòu)平面設(shè)計

在建筑工程地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中,應(yīng)該嚴(yán)密考量其采光、通風(fēng)、排水、坑道、管道、防火、使用功能、設(shè)備用房、人防要求等各個方面。例如地下室設(shè)計長度若超過規(guī)定長度,應(yīng)配合結(jié)構(gòu)專業(yè),由于變形縫會增加防水處理的復(fù)雜性,一般來說,不需要設(shè)置或者少設(shè)變形縫。為了避免設(shè)置變形縫,結(jié)構(gòu)平面設(shè)計人員可合理采用地下不設(shè)縫、地上設(shè)縫、混凝外加劑、設(shè)立后澆帶等方式。如果地下室過長,后澆帶的設(shè)立無法解決該問題,則需要把地下室分為若干小地下室。為符合管道相連和使用的需求,方便采取補救措施,小地下室彼此間需通過窄通道連接,這樣可減少接縫,并減少接縫處的受力。另外,還要設(shè)置一些采光通風(fēng)井,但是為將地上的風(fēng)力和地震力傳到地面和側(cè)壁,避免其對地下室穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,采光通風(fēng)井應(yīng)當(dāng)合理設(shè)計。

2.3抗震設(shè)計

如果地下室的設(shè)計不合理,則會嚴(yán)重影響到地下室的抗震能力。通常地下室的埋深需要超過地下室上部高度,這樣才不用對地下室的層數(shù)進行計算,而從地面開始計算。應(yīng)將地下室及其上部結(jié)構(gòu)墻柱協(xié)調(diào)統(tǒng)一起來。對于地下室的頂板以及室內(nèi)的外板面標(biāo)高的變化,若標(biāo)高的變化超出梁高,就會有錯層產(chǎn)生,此時需要進行相關(guān)處理。地下室頂樓是地下室的上部結(jié)構(gòu),需使用梁板的結(jié)構(gòu),若是地下室頂板無梁樓蓋,則不能當(dāng)做上部結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)計算需往下計算,直到地下室底板或樓層符合要求,不過剪力墻下端的加強區(qū)層數(shù)要自地面向上計算,且需包含地下層。

2.4地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

通常地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)充分考慮荷載、靜止土壓力系數(shù)、外墻配筋計算等方面的要求。地下室外墻承受的荷載通常有豎向荷載和水平荷載。水平荷載分為人防、側(cè)向力壓力、地面荷載等效靜荷載,豎向荷載分為地下室結(jié)果的自重和樓蓋傳重。在工程設(shè)計過程中,地震作用、風(fēng)荷載、豎向荷載通常無法發(fā)揮控制作用,垂直墻面水平荷載所產(chǎn)生的彎矩來確定墻體配筋,并且一般只通過墻板彎曲來計算彎曲的配筋,而無需考慮豎向荷載的壓彎作用。應(yīng)該通過試驗來確定靜止土壓力,若因各種因素,無法進行相關(guān)試驗,則粘性土通常取0.6左右,砂土通常取0.4左右。在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時,地下室外墻配筋的計算通常根據(jù)雙向板,而非按扶壁柱尺寸。扶壁柱的配筋則是根據(jù)地下室結(jié)構(gòu)整體的電算分析結(jié)果,而非根據(jù)外墻的雙向板傳遞的荷載。按照扶壁柱和外墻相互協(xié)調(diào)的原則,這樣的設(shè)計會導(dǎo)致外墻分布筋出現(xiàn)富余、扶壁柱的配筋過少、受力筋的配筋不夠。因此在對地下室外墻進行配筋計算時,對于通過內(nèi)隔墻連接的外墻板塊及有著較大扶壁柱截面的尺寸的外墻板塊,一般按照雙向板進行配筋計算,其他的板塊應(yīng)根據(jù)豎向單向板進行計算。部分外墻的扶壁柱有著較小的豎向荷載,還應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增強其內(nèi)外側(cè)主筋。外墻水平分布筋通常要按扶壁柱的截面的尺寸配上外側(cè)的短水平負(fù)筋進行適當(dāng)?shù)募訌?,同時要適當(dāng)加強的還有地下室結(jié)構(gòu)外墻的轉(zhuǎn)角處。在對地下室外墻進行計算時,以底板當(dāng)作外墻嵌固端,并且保持底板的彎矩與其相鄰的側(cè)壁底部的彎矩一致,并且底板的厚度需要匹配配筋量,外墻的側(cè)壁抗彎能力不能大于外墻底板抗彎能力。典型的例子例如地下車道,其側(cè)壁作為懸臂的構(gòu)件,側(cè)壁底部抗彎的能力不能大于外墻底板抗彎的能力。

結(jié)束語:

地下室建筑的質(zhì)量會直接影響到整個建筑物的安全性和穩(wěn)定性,并且由于地下室建筑涉及較多工種,施工十分復(fù)雜。因此,設(shè)計人員應(yīng)該遵循安全和合理的原則,綜合考慮各方面影響因素,進行建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計,以保證其能發(fā)揮出最大的經(jīng)濟和社會效益。

參考文獻:

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[2] 黃慧敏.房屋建筑工程中地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計施工監(jiān)理[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2012,11(27):221-222.

[3]黃再雍.淺析房屋建筑工程中地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計探析與施工監(jiān)理[J].中國房地產(chǎn)業(yè),2011,13(03):102-103.

篇9

【關(guān)鍵詞】監(jiān)測系統(tǒng);主控板;結(jié)構(gòu)設(shè)計;數(shù)據(jù)采集

1.引言

在原油輸送過程中,管道經(jīng)由多年凍土區(qū),輸油管道中原油溫度會影響管道周圍多年凍土區(qū)土壤的溫度場,引起復(fù)雜的地質(zhì)災(zāi)害問題,如凍脹、融沉、水土流失、邊坡失穩(wěn)等,對管道安全造成威脅,嚴(yán)重影響原油的運輸。其中,不穩(wěn)定斜坡是凍土區(qū)管道面臨的最大威脅,極有可能造成斜坡底部管道發(fā)生屈曲褶皺變形。論文通過對凍土區(qū)斜坡失穩(wěn)機理、形成過程及斜坡監(jiān)測技術(shù)的分析,討論了凍土區(qū)斜坡穩(wěn)定性安全監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

管道的較大形變?nèi)菀滓鸸艿赖臄嗔押托孤叮瑫r由于凍土層微小的溫度都會影響到石油管道的安全傳輸,所以要求監(jiān)測系統(tǒng)具有±0.2℃的溫度測試精度,并具有長期穩(wěn)定性。在選擇元器件時不僅要求各個器件達到所需精度,還要分析元器件組合的總精度。另外,由于監(jiān)測儀器是在野外安裝使用,環(huán)境比較復(fù)雜,而溫度對于系統(tǒng)的工作又有很大的影響,元器件的工作溫度范圍需在-50℃~+50℃之間。但大多數(shù)元器件工作溫度在低于零下25度以上,所以需要對系統(tǒng)板進行保溫處理。保溫處理雖能在一定時間內(nèi)保證器件正常工作,但為了滿足系統(tǒng)低功耗及工作長期穩(wěn)定性,在選擇元器件時,需選擇溫度范圍較寬且溫度較低也能正常工作的器件。

2.系統(tǒng)各功能模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 主控板結(jié)構(gòu)設(shè)計

在滿足低功耗、高精度及高低溫適應(yīng)的原則下,主控芯片選用Atmel公司ATmega128L芯片,時鐘芯片選用美國DALLAS公司推出的性能比較高的DS1302,數(shù)字溫度傳感器選較常用的DS18B20,存儲芯片選用Atmel公司推出的大容量串行數(shù)據(jù)Flash存儲器AT45db161,繼電器選擇常用的電流為5A小型MY2NJ。其各芯片布置如圖1所示,在主控板預(yù)留LCD1602的接口,在調(diào)試結(jié)束后可拔掉顯示屏以降低功耗。整個主控板模塊中DS1302確定數(shù)據(jù)的定時發(fā)送,AT45db161芯片將各個溫度傳感器收集的信息進行存儲。ATmega128L具有兩個可編程的串行UART,ATmega128L通過其中一個串行UART,以尋址的方式與數(shù)據(jù)采集模塊中的AT89C51進行通信,控制多個數(shù)據(jù)采集模塊中的一個進行溫度采集。另一個串行UART與GSM模塊進行通信,將采集的數(shù)據(jù)以短信形式發(fā)送至目標(biāo)SIM卡。由于野外無供電條件,電源由12V的蓄電池及太陽能電池板構(gòu)成,為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電壓。

2.2 數(shù)據(jù)采集模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計

數(shù)據(jù)采集模塊在選用各芯片時,同樣滿足以上所述的芯片選用原則。主控芯片選擇性能及價位比較合適的由美國STC公司推出的52內(nèi)核單片機,A/D轉(zhuǎn)換芯片選擇具有4通道單獨輸入的ADS8341。采集模塊各芯片布置如圖2所示。由于系統(tǒng)需要測量30個點的溫度,既需要40個溫度傳感器。一個ADS8341有4個通道,能夠連接4個溫度傳感器,圖2中包含3個ADS8341,能夠連接12個溫度傳感器。所以,在整個數(shù)據(jù)采集部分,要完成數(shù)據(jù)的正確采集需要有4個同類型的采集模塊。

圖1 主控板框圖

圖2 數(shù)據(jù)采集模塊框圖

2.3 數(shù)據(jù)遠程通信系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)據(jù)遠程通信系統(tǒng)主要由GSM通信模塊、上位機系統(tǒng)、下位機系統(tǒng)等組成,如圖3所示。下位機系統(tǒng)將數(shù)據(jù)信息通過GSM模塊1以短信方式發(fā)出,經(jīng)過全球無線移動通信網(wǎng)絡(luò)(GSM網(wǎng)絡(luò))將數(shù)據(jù)發(fā)送給GSM模塊2。上位機軟件將短信從GSM模塊2中讀取,并進行計算、分析及顯示。當(dāng)需要對下位機系統(tǒng)進行設(shè)定時,上位機軟件通過GSM模塊2以短信形式將命令發(fā)出,經(jīng)過全球無線移動通信網(wǎng)絡(luò)將命令發(fā)送給GSM模塊1,下位機系統(tǒng)通過GSM通信模塊1接收來自上位機的命令。

圖3 數(shù)據(jù)遠程通信系統(tǒng)框圖

3.主控板電路設(shè)計

根據(jù)上面所確定的主控板系統(tǒng)結(jié)構(gòu),對主控板硬件電路進行設(shè)計。主控芯片ATmega128L是一款基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗CMOS8位微控制器。具有片內(nèi)128KB的程序存儲器(Flash)、4KB的數(shù)據(jù)存儲器(SRAM)和4KB的EEPROM,有8個10位ADC通道、2個8位和2個16位硬件定時/計數(shù)器、8個PWM通道。與ATmega128A相比,ATmega128L具有較寬的供電電壓(2.7~5.0V),實際應(yīng)用中,可選擇3.3V的供電電壓以降低系統(tǒng)功耗。

ATmega128L的時鐘源可以選取外部晶體振蕩器、外部RC振蕩器、內(nèi)部RC振蕩器等方式。其時鐘源的選擇可通過JTAG編程、ISP編程等方式對ATmega128L的內(nèi)部熔絲位來設(shè)定。為了降低系統(tǒng)主控板與采集板數(shù)據(jù)通信中的誤碼率,ATmega128L的晶體振蕩器頻率選用7.3728MHz,以產(chǎn)生精準(zhǔn)的9600bps波特率。

4.主控板及采集模塊的PCB板設(shè)計

PCB板設(shè)計的成敗直接決定了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性,在設(shè)計PCB板時,需要考慮其電磁兼容性和散熱性。由于本系統(tǒng)所處的環(huán)境溫度較低,PCB板上元器件的發(fā)熱為有利因素,因此在設(shè)計PCB板時僅考慮其電磁兼容性。本系統(tǒng)的主控板和采集板采用了分離設(shè)計,因此各PCB基板上的元器件較少,為減低系統(tǒng)制作成本,選用常用的雙層板設(shè)計。系統(tǒng)PCB板實物圖如圖4所示,采集板通過4個插接槽與主控板相連。

圖4 系統(tǒng)實物圖

5.結(jié)論

通過對系統(tǒng)硬件需求分析,對系統(tǒng)的主控板模塊及采集模塊進行設(shè)計,同時對各個模塊中所需的元器件按系統(tǒng)所需性能及低功耗要求進行選擇,并對各個元器件功能、參數(shù)進行介紹。在硬件設(shè)計中不僅對各個元器件的電路連接進行詳細設(shè)計,同時考慮到供電問題,并對各模塊電源供電進行詳細設(shè)計,最后根據(jù)使用性將設(shè)計電路出PCB板。

參考文獻

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篇10

【關(guān)鍵詞】移動式;靜態(tài)腐蝕;裝置

The design and application of mobile device for static corrosion test

ZHANG Shu-xia BAI Zhi-wei

(Institute of Physical and Chemical Engineering of Nuclear Industry, Tianjin 300180, China)

【Abstract】In scientific research, need to carry out experimental research on the static corrosion of specimen. Building a special fixed device for static corrosion test need high-cost, long time and space usage. In order to overcome the above shortcomings, designs a mobile device for static corrosion test. This paper introduces the design and application of the test device. The test device has many advantages, such as, simple structure, easy operation, saving space and the device can be applied to multiple test system. The device meet a variety of function, such as, carry out the test respectively or at the same time for more than one specimen, can observe whether the material react with working medium indirect or direct.

【Key words】Mobile; Static corrosion; Device

在科研、生產(chǎn)過程中,經(jīng)常需要對一些試驗件件進行靜態(tài)腐蝕試驗,即將試驗件放置在裝有工作介質(zhì)的裝置內(nèi),觀察其是否與工作介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。如果建造一套專用的固定式的靜態(tài)腐蝕試驗裝置,不但提高了試驗成本,耗費時間長,而且影響了相關(guān)科研和生產(chǎn)工作的進展,并且建造的試驗臺將會長期占用試驗場地,造成試驗場地空間的浪費。為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點,因此提出設(shè)計移動式腐蝕試驗裝置。

1 設(shè)計條件

移動式靜態(tài)腐蝕試驗裝置要求結(jié)構(gòu)簡單、操作安全可靠、使用方便靈活且可用于多個試驗系統(tǒng);可對多種試驗件分別或同時開展靜態(tài)腐蝕試驗,要求試驗期間互不影響;要求能觀察試驗件是否與工作介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)及反應(yīng)后的變化情況;要求具有溫度調(diào)節(jié)功能,滿足多種工質(zhì)與多種試驗件反應(yīng)所需的溫度要求。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

移動式靜態(tài)腐蝕試驗裝置,包括小車、反應(yīng)容器、不銹鋼管道、閥門、金屬軟管、循環(huán)水管道等。反應(yīng)容器固定在小車上,反應(yīng)容器與閥門間通過金屬軟管連接。移動式靜態(tài)腐蝕試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 可移動式靜態(tài)腐蝕試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖

1.小車;2.小車車輪;3.小車底板;4.小車?yán)郑?.反應(yīng)容器;6.不銹鋼管道;

7.不銹鋼金屬軟管;8.手動真空閥門;9.壓力測點;10.支架;11.進水管;12.回水管

小車車輪要有一定的承重強度;小車底板的鋼板要有一定厚度,達到硬度和水平度的要求。小車底板上焊有固定不銹鋼管道、進水管和出水管的支架。反應(yīng)容器通過地角螺釘或其它固定裝置固定在小車底板上,便于水平拖動;反應(yīng)容器與小車底板間非焊接連接,可根據(jù)需要隨時拆卸。反應(yīng)容器的個數(shù)可根據(jù)試驗的需求而定。通過手動真空閥門截斷和連通氣路,每個反應(yīng)容器前均裝有兩個手動真空閥門,可保證每個反應(yīng)容器與其它反應(yīng)容器及外部系統(tǒng)可靠截斷料,避免反應(yīng)容器間交叉反應(yīng)且保證了各反應(yīng)容器可單獨充料、抽料。

2.2 反應(yīng)容器結(jié)構(gòu)設(shè)計

反應(yīng)容器是移動式靜態(tài)腐蝕試驗裝置的重要部件,其結(jié)構(gòu)設(shè)計合理才能滿足功能要求[1]。反應(yīng)容器縱向側(cè)剖如圖2所示。

圖2 反應(yīng)容器縱向側(cè)剖圖

1.快速接頭;2.DN3閥座;3.上蓋法蘭;4.筒體法蘭;5.橡膠墊;6.筒體;7.水套;

8.進水嘴;9.出水嘴;10.螺栓孔

反應(yīng)容器用于放置試驗件,試驗前需要對反應(yīng)容器表面鈍化處理[2]。反應(yīng)容器結(jié)構(gòu)說明及達到的功能:

1)筒體法蘭與筒體焊接連接,上法蘭與筒體法蘭間放置橡膠墊,螺栓穿過螺栓孔,用螺母鎖死,使反應(yīng)容器達到密封要求。試驗在其內(nèi)部與工作介質(zhì)反應(yīng)時,保證了反應(yīng)容器內(nèi)氣體不泄露到外部環(huán)境,外部空氣不能漏入反應(yīng)容器內(nèi)[3-4]。

2)通過拆卸螺栓、螺母,可使反應(yīng)容器打開??稍谠囼炃胺胖迷囼灱约霸囼灪笾庇^觀察試驗件的變化情況。

3)反應(yīng)容器上設(shè)計有DN3閥座,與上蓋法蘭焊接連接,用于連接DN3手動真空閥門,閥門另一端接壓力計,可監(jiān)測反應(yīng)容器內(nèi)壓力,通過壓力變化可間接觀察反應(yīng)容器內(nèi)試驗件是否與工作介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)及反應(yīng)速率。

4)反應(yīng)容器周圍設(shè)計有水套,水套與筒體焊接連接。水套上設(shè)計有進水嘴和出水嘴,分別與進水管和回水管連接。能通過調(diào)節(jié)循環(huán)水溫度來控制反應(yīng)容器內(nèi)溫度,保證試驗件與工作介質(zhì)反應(yīng)所需的溫度。

5)反應(yīng)容器上設(shè)計有快速接頭,與上蓋法蘭焊接連接,可用于連接手動調(diào)節(jié)閥或不銹鋼軟管。

2.3 密封結(jié)構(gòu)設(shè)計

移動式靜態(tài)腐蝕試驗裝置是由多個部件連接組成,連接部位良好密封是該裝置安全可靠應(yīng)用的關(guān)鍵。反應(yīng)容器上蓋法蘭與筒體法蘭采用凹凸法蘭壓緊密封墊型式密封。其余連接部位均為快速接頭與不銹鋼軟管或不銹鋼軟管之間相連(不銹鋼軟管接口與快速接頭接口結(jié)構(gòu)形同),采用中間壓緊定位環(huán)固定好的O型橡膠圈,周圍再用夾鏈夾緊的型式密封。兩種密封結(jié)構(gòu)設(shè)計,密封性能均良好。真空檢驗達標(biāo),達到裝置設(shè)計要求,滿足試驗研究需要。

快速接頭、不銹鋼軟管間密封型式剖視圖如圖3所示。

圖3 快速接頭或不銹鋼軟管間密封型式剖視圖

1.快速接頭或不銹鋼軟管;2.定位環(huán);3.O型橡膠圈;4.夾鏈

3 移動式靜態(tài)腐蝕試驗裝置應(yīng)用

移動式靜態(tài)腐蝕試驗裝置與充料系統(tǒng)、抽料系統(tǒng)通過金屬軟管連接,該裝置應(yīng)用示意圖如圖4所示。

圖4 移動式靜態(tài)腐蝕試驗裝置應(yīng)用示意圖

結(jié)合移動式靜態(tài)腐蝕試驗裝置應(yīng)用示意圖,對該裝置應(yīng)用操作流程進行詳細說明:

(1)將移動式靜態(tài)腐蝕試驗裝置與充料系統(tǒng)、抽料系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)連接。檢查隔斷儲氣罐、尾氣回收罐,依次連通真空泵組,冷凍容器(至少提前1個小時向冷凍容器內(nèi)加入冷媒)和各反應(yīng)容器,開始抽空。抽至合格后,檢查管道連接接口及各反應(yīng)容器密封處有無漏點。

(2)如系統(tǒng)無漏點,斷開抽空系統(tǒng),即斷開尾氣回收罐、冷凍容器和真空泵組。連通儲氣罐和各反應(yīng)容器,通過控制儲氣罐后閥門來調(diào)整飯廳容器內(nèi)壓力至預(yù)設(shè)值,然后斷開儲氣罐,用工作介質(zhì)鈍化各反應(yīng)容器。

(3)鈍化結(jié)束后,各反應(yīng)容器內(nèi)鈍化后氣體經(jīng)過冷凍容器抽空。抽空合格后,斷開抽空系統(tǒng)并將各反應(yīng)容器用氮氣破空至大氣壓。打開反應(yīng)容器放入試驗件,連通抽空系統(tǒng)繼續(xù)抽空。

(4)抽空合格后,斷開抽空系統(tǒng),連通充氣系統(tǒng),分別給各反應(yīng)容器內(nèi)通入工作介質(zhì)至預(yù)設(shè)壓力。然后斷開充氣系統(tǒng)并封閉各反應(yīng)容器,同時通入發(fā)生反應(yīng)所需溫度的循環(huán)水。觀察各反應(yīng)容器內(nèi)壓力變化情況。如壓力有變化,說明試驗件與工作介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)容器內(nèi)壓力基本不再變化后,抽空反應(yīng)容器內(nèi)氣體,然后重新充入工作介質(zhì),直至試驗件與工作介質(zhì)充分反應(yīng)。

(5)試驗結(jié)束后,抽空反應(yīng)容器內(nèi)氣體,用氮氣破空,打開容器觀察試驗件腐蝕情況。然后封閉各反應(yīng)容器、斷開充料系統(tǒng)、抽料系統(tǒng)及循環(huán)水系統(tǒng),可將移動式靜態(tài)腐蝕試驗裝置移至其它需要的系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

移動式靜態(tài)腐蝕試驗裝置結(jié)構(gòu)簡單、使用方便靈活并可用于多個試驗系統(tǒng),避免再建固定式靜態(tài)腐蝕試驗系統(tǒng),節(jié)約了成本和時間;移動式靜態(tài)腐蝕試驗裝置合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計,使得操作安全可靠;反應(yīng)容器獨特的設(shè)計,使移動式靜態(tài)腐蝕試驗裝置滿足試驗要求。嚴(yán)格的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計,裝置經(jīng)過歷時一年、多次的靜態(tài)腐蝕試驗實踐考核,無故障發(fā)生,裝置穩(wěn)定可靠,為靜態(tài)腐蝕試驗研究順利開展打下了基礎(chǔ)。

【參考文獻】

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