工程结构分析论文汇总十篇

时间:2023-03-17 17:58:59

工程结构分析论文

工程结构分析论文篇(1)

1前言

21世纪是地下空间作为重要资源开发的世纪,人防工程不仅在战争时期是国家防御体系的重要组成部分,在和平时期的经济建设中同样有着十分重要的地位,但是长久以来地下建筑工程的渗漏已是建设者们伤透脑筋的大事,由于地下室不同程度的渗漏水限制了已建人防工程的开发利用,每年不得不投入大量人力、物力、财力进行维修,所以提高防水效果是当前人防工程建设中需解决的重点问题之一。2001年新修订的《地下工程防水技术规范》(GB50108-2001)把结构自防水明确规定为“应选”,而不是旧规范的“宜选”,体现了以结构自防水为主的思想,结构自防水是人防工程防水的治本措施,提高结构自防水质量是提高人防工程最终防水效果的关键。根据自己亲自参与人防工程设计、质监及施工的实践,谈谈提高人防工程结构自防水中应注重的几个问题。想对当前人防建设起到抛砖引玉的作用。

2影响人防工程结构自防水质量的主要因素

2.1工程地质方面。工程地质对基础的均匀沉降有重要影响,是影响人防工程防水效果的关键因素之一。湖南有些城区地质状况较复杂,岩溶和土洞均有不同程度的分布,属地质灾害发育的场地,如果工程地质状况未掌握清楚,地质钻探深度不到位或抄袭相邻的地质报告,工程地质报告未正确反映土层性质、地下水和土工试验情况,则会造成结构设计方案欠佳,施工措施不到位,可能导致基础不均匀沉降,出现人防地下室渗水现象。

2.2设计方面。在认识上,未真正树立以混凝土结构自防水为防水之本的设计理念,在实际工作中往往重防水材料,轻防水混凝土。在设计时,强调防水混凝土的强度等级,而对混凝土抗裂性能未引起足够重视。细部结构和配筋不合理,防水设计与工程结构设计未很好结合,结构形式设计过于复杂。同时,人防专业设计单位缺乏,非专业设计单位的设计人员掌握的人防工程设计知识参差不齐,造成人防工程设计问题较多,使工程质量受到影响。

2.3施工方面。原材料质量控制不良,坍落度控制不好,施工缝等细部结构处理不当,混凝土浇注后未按照施工规范要求进行养护。混凝土结构自防水施工是个精细过程,必须合理地选用配合比、水灰比、坍落度等参数,把好混凝土浇筑、振捣关,注意养护时间和条件,否则将导致混凝土内部出现空隙,结构表面出现裂缝。

2.4监督管理方面。对防水工程质量监督检查不严,未严格按有关规定进行工程全过程监督检查。图纸设计不够规范,设计审查不严。施工前未认真进行图纸技术交底,承包人未掌握防水施工要点,不少人防工程在建设的关键环节和关键部位上,现场监督没有完全到位。对监理公司的监督管理不严,素质和技术管理水平不高,甚至存在无专项资格的监理。

3提高人防工程结构自防水质量的措施

3.1选用合理的结构形式。结构自防水是利用结构本身的密实性、憎水性以及刚度,提高结构本身的抗渗性能,它要求结构本身必须具备一定的刚度,而合理的结构形式是提高结构整体刚度的关键。因此,在结构选型方面,应根据防护要求、平时和战时使用功能、工程地质和水文地质条件等因素综合确定,避免结构平面突变或断面刚度突变,尽量使结构平面选型规整,借以提升结构的整体刚度。

3.2科学设计防止混凝土开裂方案。提高混凝土结构自防水性能关键是控制钢筋混凝土裂缝的产生,在地下工程防水设计中,应特别注重防止混凝土开裂的设计方案,从混凝土强度设计及材料选用、钢筋及拉结筋布置、防止不均匀沉降等方面减少和控制混凝土开裂。

3.2.1选择适宜的主体结构材料强度。提到防水混凝土质量,人们自然想到如何提高强度和抗渗等级,混凝土设计强度、抗渗等级越高,单位水泥用量也就越多,水泥水化产生的热量也高,收缩变形加大,结果导致混凝土结构开裂。因此,要根据使用功能、防水等级、工程埋深等,考虑适宜的人防地下室工程主体结构材料强度,混凝土强度等级不宜低于C30,但也不应过高,抗渗等级应根据工程埋置深度在S6~S12范围内选用。

3.2.2合理选择混凝土原材料及配合比。一是正确选择水泥品种和用量。一般选用水化热较低的水泥,在保证混凝土强度和其他性能的前提下,通过优选砼配合比,尽量减少水泥用量。二是严格骨料质量,特别应重视粗骨料的选择,宜选用表面粗糙、质地坚硬、级配良好、空隙率和含砂率小的石料。三是掺用符合国家标准要求的粉煤灰替代混凝土中的部分水泥制成粉煤灰混凝土,降低水化热,增加密实性,增强砼后期强度,提高砼的抗掺性和抗裂性。四是掺入适量的膨胀剂,配制成补偿收缩混凝土。补偿收缩防水混凝土不但可以减少混凝土在各龄期的收缩值,而且使混凝土在硬化过程中推迟了收缩的产生时间,提高了混凝土抵抗收缩应力的能力,从而减少了收缩裂缝的数量。

3.2.3钢筋布置的设计。一是适当增加墙体水平构造筋。墙体受力钢筋过多,水平构造筋过少是墙体容易开裂原因之一。为了防止这些裂缝的产生,可以采用螺纹钢筋,并适当减少水平构造筋的间距,增加墙体水平构造筋,以提高混凝土极限拉伸强度。二是合理设计拉结筋结构。在设置拉结筋时,采用“梅花型”布置,尽量少而精。双面配筋采用统一的模数确定钢筋间距,保证双面钢筋交叉点连线垂直于钢筋网。在拉结筋中间焊接止水环,或将拉结筋与模板拉杆二者结合起来,合设一个止水环。

3.2.4防止基础不均匀沉降。在开始设计前,要取得全面、准确的工程地质情况资料。在设计时应注意上部结构的均衡布置,以减少上部荷载不均导致沉降差,地基基础设计以控制变形值为主,设计单位必须进行基础最终沉降量和偏心距离的验算。岩溶和土洞有不同程度分布的人防工程,应对持力层范围内的岩溶、土洞进行相应处理,在地基土的压缩性有显著不同处或在地基处理方法不同处设置沉降缝。

3.3提高防水混凝土的施工质量

3.3.1控制好原材料的质量。混凝土的原材料必须符合现行国家标准、施工及验收规范和设计的有关规定。在施工前进场材料必须现场抽样检验,达不到要求不得使用,重点控制好水泥的用量、强度,砂石含泥量及级配,要通过增加优质粉煤灰等来减少水泥用量,避免混凝土实际强度超过设计强度,提高抗裂性能。

3.3.2把好混凝土浇筑、振捣关。混凝土应分层浇筑、分层振捣,相邻两层浇筑时间应根据气温情况合理确定,以确保上、下层混凝土在初凝之前的牢固结合。混凝土泵送入模时,应使其水平均匀入模,并控制其自由倾落的高度。混凝土振捣前应先根据具体的结构物设计振捣点,振捣时间一般为10~30s,以混凝土开始出浆和不冒气泡为准,避免漏振、欠振和超振。

3.3.3选择合理的混凝土坍落度。实践证明,在同等条件下,混凝土坍落度越小,混凝土早期收缩越小,施工后主体结构出现的裂缝越少。用于防水的商品混凝土入模坍落度应控制在120±20mm,目前,人防地下室普遍采用混凝土泵送施工方法,为控制坍落度同时又保证可泵性,应选择质量好的混凝土输送泵,最好选用进口混凝土输送泵。

3.3.4设置、处理好细部构造。混凝土应尽量做到连续浇筑,不留或少留施工缝。施工缝的设置,主要考虑一次混凝土浇筑强度和有效控制混凝土的收缩裂纹,在施工缝处继续浇筑混凝土前,对接缝表面应进行凿毛处理,粘贴遇水膨胀止水条或中埋式止水带。因工程设计需要设置后浇带的地方应提高施工质量,采用补偿收缩混凝土,其配合比应经试验确定,施工前,应将接缝面用钢丝刷认真清理,凿去表面砂浆层,完全露出新鲜混凝土后再浇筑。

3.3.5重视混凝土拆模及养护工作。抗裂防水混凝土由于掺加了大量矿物掺合料,早期强度增长一般较为缓慢,后期强度有较高的持续增长,因此拆模时间和养护制度与普通混凝土不同,混凝土侧模的拆除时间一般比普通混凝土晚2d,严禁过早拆模。混凝土终凝后应进行养护,养护时间不少于14d,以防止在硬化期间产生干裂。

3.4加强质量监督管理,把好设计审查、施工监督、竣工验收关

3.4.1坚持标准,严把设计审查关。要选择有资质的设计单位,提高设计质量。抓好施工图设计审查,对不符合人防工程建设设计规范、强制性条文及行业标准的施工图,提出审查修改意见,由设计单位进行修改,经审核批准后方可施工。进行设计交底和图纸会审,使施工单位熟悉设计图纸,了解工程特点和设计意图以及人防工程施工的质量要求等。

3.4.2跟踪到位,严把施工监督关。人防工程质监部门要对建设、勘查设计、施工、监理单位在工程建设中作出的具体质量行为合法性进行监督检查,对每一项报监工程制定质量监督计划,对关键工序、关键部位、关键环节实行跟踪监督检查,采取法律、经济、行政手段及时纠正问题,严防不合格的工序质量形成或进入下一道工序。建设、施工单位要建立健全质量管理制度,设置工序控制点,把好工程材料进场关,加强施工过程质量控制,杜绝随意变更设计和不按审查批准的设计图纸施工现象的发生,确保设计、施工方案和质量保证措施在实际工作的落实。

3.4.3规范管理,严把竣工验收关。利用人防工程竣工验收备案这一强制手段,强化监督管理,检查设计、施工等环节的工作成效,对存在的问题要求及时整改,使得不合格的工程不能备案,更不能投入使用。

4工程实践

某综合楼地上十二层,地下二层,建筑高度约56m,总建筑面积约10.41万m2,该工程地下一、二层为汽车库及配套设备用房,其中,主楼地下二层设有部分人防地下室,防水等级为一级。近年来,由于结构裂缝影响人防工程地下室正常使用的问题越来越突出,该工程一开始就对结构自防水问题认真对待,确定“综合治理,以混凝土结构自防水为主”的防水原则,重点对结构自防水采取了以下措施:

4.1强化地质状况调查,采用合理的主体结构形式。根据该工程所在地的地质情况,对持力层范围内的岩溶、土洞进行了相应处理,设人防地下室的主楼基础形式通过采用复合地基和调整桩基的桩长、桩数、桩径等来调整各部分的沉降量。地下室布置规整,为现浇钢筋混凝土结构,从结构选型方面提高了结构整体刚度。

4.2优化配合比设计。混凝土配合比经与混凝土厂家反复试配后慎重决定。如C45、S8剪力墙1m3混凝土各种材料用量分别为:水泥340kg、河砂649kg、碎石1058kg、粉煤灰73kg、矿碴73kg、缓凝高效减水剂7.29kg、水180kg,即配合比为1:1.909:3.112:0.215:0.215:0.021:0.529。本配合比最大特点是通过掺入优质粉煤灰和矿碴(每m3混凝土掺入量达146kg),减少了水泥用量,降低了混凝土最高绝对温升,同时节约了成本。

4.3严格施工工艺和方法。严格控制混凝土坍落度,当坍落损失后不能满足施工要求时,加入原水灰比的水泥浆或二次掺加减水剂进行搅拌,严禁直接加水。严格控制混凝土入模温度,避免在高温时段灌注混凝土。主体结构施工时,采用合理振捣方法,拆模时间不宜过早,混凝土养护及时到位,采用混凝土养护自动喷淋系统。

4.4加强工程质量的监督。对设计中存在的问题提出了审查修改意见,经再次审核批准后施工。制定了该项目质量监督方案,对关键工序进行重点监督抽查验收。

该人防工程地下室建成近一年来,工程质量完好,未出现渗漏水现象,取得了良好的效果。

5结语

以上是多年来自己从理论到实践从事人防工程设计、施工、质监工作中的点滴体会,是对人防工程结构自防水问题的研究和探讨,总的来说可以归纳总结出提高人防工程结构自防水质量的“一个理念、一个重点、四项手段”的解决方案。即树立“混凝土结构自防水为主,防排结合”的理念;以防止混凝土开裂为重点,提高人防工程防水耐久性;采取“四项手段”:一是选择规整的结构平面形式,二是从混凝土强度选择、优化配合比、钢筋及拉结筋布置、防止不均匀沉降等方面科学设计防止混凝土开裂的方案,特别是针对龙岩优质粉煤灰较多情况,在保证混凝土强度的前提下,减少混凝土中水泥用量,增加粉煤灰用量,三是提高防水混凝土施工质量,特别是在许可的范围内尽可能降低混凝土坍落度,把好混凝土浇筑、振捣、养护关,四是加强质量监督管理,做好防水混凝土施工前、施工中和竣工的全过程质量监督管理。希望能对提高人防工程结构自防水有所帮助,不当之外,请批语指正。

参考文献:

[1]中华人民共和国国家标准.GB50038-2005,人民防空地下室设计规范.

[2]中华人民共和国国家标准.GB50134-2004,人民防空工程施工及验收规范.

[3]朱祖熹.浅谈地下工程防水规范实施中的若干问题.施工技术2003.(03)

工程结构分析论文篇(2)

【关键词】基坑支护;结构设计;支撑;监测

1.工程概况湖南住宅建筑工程东面为小区道路,距路边约20m;南面为单层临建某酒店,间距约5.5m,该临建基础采用600喷粉桩,桩长约15m,但现场观察有部分墙体有不同程度的开裂,是基础不均匀沉降引起的,如果地下室深基坑支护结构有较大变化,就会对该酒店造成较大不利影响;西面为围墙,距离约10m,北面是八层宿舍楼,间距约13m。该建筑物占地成矩形,长55.52m,宽18.5m。总建筑面积约15500m2,楼高15层,设一层地下室,地下室层高分别为4.4m和3.4m,但外露0.9m在地面上。场地自然标高约为-0.90m,地下室基础承台垫层底标高分别为-6.4m和-7.35m,即地下室挖土深度分别为5.5m及6.45m,具体布置详见图1。图1地下室围堰平面图

2.地质条件

按地质钻探资料提示,地质情况按孔深分层如下:0~3.7m为杂填土,松散;3.7~16.7m为淤泥质粘土,饱和流塑;16.7~24.1m为中细砂角砾层,饱和,中细砂松散,角砾稍密;24.1~26.6m为粉质粘土,饱和硬塑;26.6~29.3m为粉质土层,湿坚硬;29.3~55.5m为强风化花岗片麻岩。地下水位较高,地表下约0.84m。

3.基坑支护结构设计方案的选择

根据该建筑物地形及钻探资料,综合分析该地下基坑有如下几个特点:

(1)基坑开挖深度大。

(2)基坑开挖深度范围内是杂填土、淤泥,土性差;地下水位较高。

(3)地下室南面距某酒店只有5.5m,且酒店有约3.0宽洗车槽场地及海鲜水池设在此5.5m范围内。钻孔桩,喷粉桩等机械无法靠近施工。并且一定要保证酒店正常营业,地下室施工时要保证该酒店建筑物的安全。

通过对多种方案综合分析,最后确定地下室基坑南面采用拉森Ⅲ型钢板桩围护,其余三面采用钻孔桩800间距1100围护,钻孔桩外侧采用500、400喷粉桩联成止水帷幕。钻孔桩除基坑底为-7.35m部分采用两层水平支撑外,其余钻孔桩均采用一层水平支撑设计,钢板桩采用两层水平支撑设计。第一层支撑体系采用钢筋混凝土梁(其中钢板桩仍使用HK300C工字钢作腰梁,节点利用焊接钢筋锚入支撑混凝土中),中间设φ800钻孔支承桩。第二层支撑体系采用HK300C工字钢。由于部分基础承台阻挡节在二层支撑的支撑桩上,考虑到不能拖延加设支撑的时间,因而先加设支撑,然后支撑与承台混凝土一起浇筑

此设计方案本着“安全、经济、施工方便”的原则,一方面采用钻孔桩及钢筋混凝土支撑,经济合理,节省工程开支,又能保证基坑支护结构有足够的刚度和整体性;另一方面,钢板桩可接驳加长,使桩锤能悬空施打板桩,以解决场地限制问题;另外,钢板桩的抗渗性能较好,钢支撑安拆方便,施工速度快,且钢板及钢支撑可重复使用。

4.支护结构设计的验算取值

4.1钻孔桩的计算(按等值梁法计算)

4.1.1r、Ck、ψk按20m范围内的加权平均值计算,求得:r=15.9KN/m,ψK=120;主动土压力系数Ka=tg2(45-12/2)=0.66;被动土压力系数Kp=tg2(45+12/2)=1.52;查表得K=1.28;eAh=rhKa=15.9×5.5×0.66=57.7KN/m2;eAq=qKa=2.64KN/m2;

4.1.2基坑面以下支护结构的反弯点取在土压力零的d点,视为一个等值梁的一个铰支点,计算桩上土压力强度等于零的点离基坑底面下的距离为:y=Pb/r(K·Kp-Ka)=2.94m。

4.1.3按简支梁计算等值梁的两支点反力,求得:Po=127.3KN/m,Ra=134.6KN/m。

4.1.4计算钻孔桩最小入土深度to=X+Y,X=10m,求得:to=12.94m;t=1.13×to=14.62m;Lh+t=5.5+14.62=20.12m。综合考虑桩长取L=20m。

4.1.5按剪力为零处弯矩最大,求得最大弯距:Mmax=246.8KN/m。

4.1.6采用800径钻孔桩,每隔1100mm布置,最大弯矩设计值:Mmax=246.8×1.1×1.2=325.8KN/m桩混凝土等级为C25,通过常规方法计算,钻孔桩选配1620(对称配筋,承受最大弯矩每侧配密)。

4.2水平支撑GL1的截面设计。水平支撑GL1的截面尺寸定为500×900mm,作用于GL1的竖向荷载包括GL1的结构自重g=1.25KN/m和支撑顶面的施工荷载q=9.7KN/m2,作用在支撑结构上的水平力包括由土压力和坑外地面荷载引起的围护墙对腰梁QL1的侧向力。可按围护墙沿腰梁长度方向分布的水平乘以支撑中心距确定,即支撑的轴向力为NO=7.5Ra=7.5×134.6=1009.5KN。

水平支撑GL1按偏心受压构件计算。取内力标准值综合系数为1.2,则GL1上的弯矩M=1.2×(g+q)lo2/8=219.1KN/m;轴力为N=1.2No=1211.4Kn,为了构造简便,GL1采用对称截面配筋,经按常规方法计算,GL1上下各选配625,(四肢)。

4.3腰梁QL1的截面设计。

QL1梁的截面尺寸定为500×800mm,围护墙沿QL1梁长度方向分布的水力为q=Ra=134.6KN/m,考虑八字撑的影响,QL1梁的计算跨度按规范取lo=(l+l1)/2=5.0m,QL1梁按连续梁考虑。查表知Mmax=0.107qlo2×1.2=504.75KN/m,最大剪力Qmax=0.607,qlo=408.5KN。通过正截面承载力计算及斜截面抗能力计算,选配625(每侧),(四肢)。

4.4工字钢I30的强度验算。查表Wx=472.3×103mm2;(f)=215MPa,得f=Mmax/Wx=106.9MPa<(f)),所以,采用I30工字钢偏于安全。

4.5钢板桩的计算。基坑深6.5m,经验算是一层内支撑不满足要求,为此要用第二层内支支撑。采用现在拉森Ⅲ型钢板桩,其截面特性:Wx=1600×103;f=200N/mm2;最大弯矩设计值:Mmax=1.2189.2=227.04KNm/m;f=Mmax/Wx=142﹤200N/mm2;考虑到现有钢板桩规格等因素,经验算桩长设计为20m,保证深基坑支护结构安全。

4.6第二道腰梁QL2的截面设计。设计采用H钢HK300C,其截面特征值:A=225.1×102mm2;Ix=40948×104mm4;Iy=13734×104mm4;Wx=2559×103mm3;Wy=900×103mm3;ix=135mm;iy=78mm;沿QL2梁上分布水平力q=1.2×243.2=291.8KN/m;M=0.107qLo2=780.7KNm;f=M/Wx=305<315N/mm2。4.7第二层水平支撑QL2截面设计。GL2梁采用HK300C钢梁,其自重q=1.77KN/m;自重产生弯矩M=22.2KN/m;轴向力No=7.5RB=2188.8KN;ε=M·A/N;W=0.089<30;λ=lo/iy=117;ψb=0.374;f=260N/mm2﹤315N/mm2。以上结构设计理论值经验算,符合设计规范要求。

5.基坑支护结构的施工处理措施要点

5.1钢板桩的施工。

为避免施工打工程桩时震动及土壤挤压对酒店的基础影响,所以靠近酒店(平行于A轴)的钢板在工程桩施工前先打,打完钢板桩后在板桩背后做排水沟。

5.2钻孔桩及喷粉桩施工。全部钻孔桩均在工程桩完成后才进行钻孔施工,钻孔桩采用“跳打”的方式施工。喷粉桩按钻孔桩的施工进度分段插入施工。

5.3挖土施工及支撑的设置和拆除

5.3.1钻孔桩完成后,降土约1.3m深(即支撑梁面标高-2.2m),制作第一层支撑,该层支撑完成后大面积回填300mm厚土,支撑面为不少于300mm厚的准石粉石渣,这样一方面保护支撑不被机械压坏,另一方面有利于运泥车在场上行走。

5.3.2地下室大面积降土时,根据加设第一层支撑后,未加设第二层支撑之前,保证钢板桩安全的验算挖土深度来开挖土方,并且通过研究核算决定,除坑底设计标高为-7.35m的部分和靠A轴至钢板桩的范围内挖土至-5.9m深,并按I-I剖面图所示在靠近钢板桩留设土台外,其余部位均大面积降土至标高-6.4m。这样,通过预留土台,增加被动土压力的土坑力,保证钢板桩的安全,充分利用机械挖土,加快施工速度。实践证明该方法是可行的,但不同的土质其留设的土台的宽度不同。

5.3.3第二层支撑应在挖土后两天内加设完成,不能拖延时间,保证整个支护结构安全。

5.3.4全部桩承台施工完毕后,用石粉、石渣将基坑回填至于-5.9m处,这样,使整个基坑底回复于一层支撑的深度,然后拆除第二层支撑,继续填土至能施工地下室底板为止。

5.3.5第一层支撑(-2.2m)待±0.00楼面施工完毕,围堰桩与地下室外壁回填土方至-3.00标高外才拆除。

5.4降排水处理措施。基坑上部采用集水井和排水沟联合排水,虽然钢板桩及粉喷桩止水帷幕抗渗性能较好,但为防止基坑开挖时的雨水、少量渗水及土层含水量的影响,基坑底四周共设8个集水井,井壁用砖砌筑,但砖缝必须疏水,井内径为1.0m,井底标高比施工面低0.8m,井内设潜水泵,集水井用排水沟纵横联接。这样,由排水沟、集水井和抽水设备组成一个简易的降排水系统将地下水位降低至6.0m以下。

5.5钢板桩的回收。完成±0.00楼面,全部支撑拆除后,采用吊车在A~B轴的楼面行车回收钢板桩。

6.施工监测为及时掌握基坑支护工程的变化动态,对该项工程采取专门监测,对所定的监测内容定时进行观测,印制标准表格,进行数据整理,绘制位移(沉降)-时间坐标图,以观察各参数随时间的变化趋势,及时反馈信息,指导土方开挖和后续工程施工。

观察项目包括:

(1)观察南面酒店及北面八层宿舍楼的轴线标高变化,在靠近基坑支护工程的墙转角及中间各设四个三角标志;

(2)观察东面小区道路及西面围墙的标高位移变化,各设两个标志;

(3)钢板桩墙及钻孔桩墙每隔15m设一点,观察水平位移和垂直度。

监测结果表明:从挖土到地下室工程完工,共进行18次监测,在整个监测过程中,围堰的位移、倾斜、支撑变化均正常,周围建筑物、道路、管线安全。主要监测结果如下:

(1)南面酒店的轴线无变化,最大沉降量为3mm。

(2)东面小区道路及西面围墙无明显变化。

(3)钢板桩最大倾斜13mm,最大移位为18mm;钻孔桩的最大位移为4mm,无明显倾斜面。监测结果也说明此基坑支护结构设计方案是十分成功的,并且说明采用钢板桩和钻孔桩,钢支撑和钢筋砼支撑所组成的基坑支护结构,刚度及整体性良好。

7.基坑支护结构技术经济分析

该基坑支护结构的总造价约为252万元,总设计基坑支护长度为156.95m,平均每延长米的费用为1.6万。基坑支护结构施工工期为52d。这对于主要土层内磨擦角仅为9°且挖土深度超过6m的地下室基坑支护工程来说是比较经济和省时的。

8.设计体会与监理结论

8.1地下室基坑支护结构的设计必须满足强度和变形两个方面的要求,特别是变形问题。

8.2针对不同的情况,采用因地制宜的围护措施,不仅能达到围护目的,而且安全经济省时。本工程基坑围护针对不同现场情况,不同开挖深度,综合采用了钻孔桩、钢板桩、卸土、挖土预留土台、钢筋混凝土内支撑和钢内支撑等方法,即达到设计的目的,而且围护费也合理。

工程结构分析论文篇(3)

关键词: 土木工程;毕业设计;力学教学;理论知识;工程实践

中图分类号:TU-4;G642477 文献标志码:A 文章编号:1005-2909(2012)04-0126-03

土木工程专业毕业设计是培养计划中最后且最主要的综合性实践教学环节,也是人才培养目标的重要阶段之一。要求学生将大学此前所学的专业知识融会贯通,并应用于实际工程,培养学生综合应用所学基础理论和专业知识,以及独立分析和解决实际工程问题的能力[1]。然而,土木工程毕业课题大部分涉及力学分析和计算,但从指导学生毕业设计中可以看出,学生普遍不能很好应用力学知识去分析、解决问题。为此,加强力学基础教学改革和实践,确保学生毕业设计论文质量是高等院校面临的一个重要课题。

一、土木工程专业毕业设计存在的问题

目前,土木工程专业本科毕业设计课题主要来源于工程建设类和研究项目的实际课题,但这两类课题都涉及力学知识,若缺乏较强的力学分析和计算基础则难以完成高水平的毕业论文。当前土木工程本科专业毕业设计存在的主要问题如下。

(一)缺乏解决实际工程问题的能力

房屋建筑结构方案设计方向论文内容主要包括结构选型、结构布置、建立模型、拟定计算简图、内力分析、内力组合、截面设计、构造处理等。显然,合理的建筑结构设计是以力学分析和计算为基础,然而在指导学生毕业设计的过程中笔者发现,学生严重缺乏利用所学的理论力学、材料力学,尤其是结构力学相关知识分析和解决工程实践问题的能力。已踏入工作岗位的学生反映,虽然已学习了理论力学、材料力学和结构力学,且在期末考试中也取得了较好的成绩,但进入毕业设计阶段仍无从下手。如:毕业设计涉及的力学知识也许不能完全用书本知识解决,但对于简单的力学问题,学生往往感到毫无头绪,只能在教师的指导下做出正确选择。这说明学生还无法将专业基础知识、基础理论知识在头脑

中形成统一体系[2],学生在本科阶段学到的力学基础知识没有真正起到基础和铺垫的作用。缺乏知识综合应用,尤其是应用力学知识解决实际工程问题的能力是土木工程专业本科毕业设计最突出的问题。表1为笔者所在的土木专业二本学生近年来毕业设计题目。从表中和笔者教学实践调查可以看出,由于学生力学水平较差,因此毕业设计大多数为施工组织设计以及岩土工程方向,而房屋建筑结构方案设计方向的论文偏少,研究型论文的毕业设计基本没有。

(二)结构设计概念模糊,缺少方案论证

土木工程毕业设计的实施过程归根结底是一个结构概念分析的过程。所谓概念设计一般是指不经过具体的数值计算,主要依据整体结构体系与分体系之间的力学关系,根据现象和工程经验得出基本设计原理和思想,从整体的角度确定建筑结构的总体布置以及抗震细部措施的宏观控制,概念设计思想已逐渐被大范围地推广,并在结构的选型、布置、计算参数的确定等方面发挥越来越重要的作用。然而,目前的本科生由于力学基础知识不牢固,工程实践经验不足,加之计算机的大量使用,导致结构设计概念模糊。

从目前笔者所在专业的毕业论文看,论文中普遍缺少方案选择、比较以及方案论证,基本按照既有模式进行计算,有的甚至连计算方法都未弄懂,导致毕业论文中往往在选择结构方案时对受力是否合理缺乏考虑,结构整体把握性差,空间想象力不够,理性分析偏弱。

(三)学生定性分析以及手算能力不足

计算机的普及和高速发展为结构分析提供了多样化的选择,培养学生利用计算机分析结构已成为课程建设和教学的重要内容。为了培养学生利用计算机进行结构分析的能力,东华理工大学土木与环境工程学院在编制结构力学I课程教学大纲时重点增加了6个课时的上机操作,同时在课堂教学中增加了通用工程结构分析软件介绍,如SAP2000,ANSYS等有限元分析软件。然而,负面效应是学生过分依赖计算机分析软件,当遇到必须通过手工计算才能解决的复杂结构时,大部分学生无法应对。另外,当计算出现错误或在使用过程中输入错误参数时,学生无法较快地定性分析内力图是否正确,更不知如何手工校核。

(四)缺乏创新思维和独立分析能力

本科毕业设计目的是重点培养学生的创新思维和独立分析能力。由于本科生知识面偏窄,限制了学生创新思维的发展,学生独立分析与解决问题的能力薄弱,毕业设计时力不从心。通过对本专业2006级毕业生情况调查分析发现,学生对所学的各门课程,特别是对三大力学的综合运用能力不强;对实际工程了解模糊,在将实际工程转化为计算模型时,方法实施不明确,加之对结构构造要求不熟悉,欠缺独立查阅文献的能力,造成了学生过分依赖教师的情况出现。

二、产生原因分析

(一)理论与实际脱节

工程结构分析论文篇(4)

一、岩体结构的工程地质模型

岩体形成和发展过程伴随着各种内、外地质营力的作用,从成岩的类型分为沉积岩、岩浆岩和变质岩三大类,由于结构面的存在使岩体具有一定的结构,其结构特性控制着岩体的性质和变形破坏,因此,我们在解决岩体工程问题时,应该从岩体的地质模型出发。孙广忠教授建立了8个基本的地质模型:水平层状岩体、缓倾层状岩体、陡倾层状岩体、陡立层状岩体、弯曲层状岩体、完整块状岩体、碎裂块状岩体和岩溶化块状岩体。孙玉科在研究了大量露天矿和水电工程的边坡滑坡资料后,归纳出5种具典型意义的工程地质模型,即:金川模型、葛洲坝模型、盐池河模型、白灰厂模型和塘岩光模型。目前,这些模型广泛的应用在岩体工程中,从地质模型建立的角度考虑,首先应该调查岩体中结构面的发育特征以及与结构体的组合特征,查明岩体的赋存地质条件,如地下水、地应力条件等,再与上述的基本类型进行对比,选择适合岩体工程的模型。为了便于后面的力学分析,在建立地质模型时从各基本模型的共性特征入手,并根据工程自身的特点充分体现其个性的一面。因此,建立岩体的工程地质模型是一项系统的工作。

二、岩体结构力学模型

孙广忠提出了四种岩体介质,并根据介质的特性提出了四种岩体力学的分析方法,表1中是四种力学介质岩体特性。

表1 各种力学介质岩体特征

连续介质

碎裂介质

板裂介质

块裂介质

岩体结构

1、完整结构

2、高地应力下散体结构及碎裂结构

低地应力下条件下碎裂结构及粗碎屑散体结构

板裂结构

部分碎裂结构

块裂结构

岩体变形机制

结构体压缩及剪切为主

结构体(压缩、剪切),结构面(闭合、滑移)

结构体横向弯曲及纵向缩短

沿结构面滑移

岩体破坏机制

材料的张及剪破坏

沿结构面滑动、结构体滚动、结构体张及剪破坏

弯折、溃屈、倾倒滑动

沿软弱结构面滑动

岩体力学性质控制因素

材料及环境因素

材料、结构效应及环境因素

软弱结构面及结构体

软弱结构面

岩体力学性质研究方法

典型地质单元三轴力学试验及尺寸效应

岩块三轴试验、尺寸和围压效应

软弱结构面力学性质及弹性模量

软弱结构面力学性质及爬坡角理论

岩体力学分析方法

连续介质岩体力学

碎裂介质岩体力学

板裂介质岩体力学

块裂介质岩体力学

对于基岩斜坡失稳破坏主要表现为软弱岩体的蠕滑变形、岩体沿着已存在的地质结构面发生剪切破坏、岩石块体的塌落和板状结构岩体的倾倒、上部岩体沿岩层层面或较软弱夹层发生剪切滑动等。李铁峰将基岩斜坡的变形模式进行了总结,根据结构面倾向、倾角与斜坡产状之间的关系,以及软弱夹层的发育情况,将斜坡的变形模式分为倾倒变形、溃屈型破坏、顺层滑动破坏、裂隙滑动、侵入接触滑动、拉裂-脱离母岩-崩塌、压缩流变。

三、岩体结构力学的分析方法

早期多数把岩体看成连续的介质,用一些连续的线性分析方法来解决岩体力学问题。根据岩体不连续、方向异性等特点,目前出现了许多的不连续分析方法,如:离散元算法、块体理论、DDA方法等,其理论基础更符合岩体的性状。

转贴于 离散元法(Discrete Element Method)考虑结构体受力后的运动状态,以及由此导致受力状态及系统的变形(块体运动)随时间的变化,该法由Cundll于1971年首次提出,用来计算结构面和结构体组成岩体的非连续变形,以后又进一步发展了考虑块体本身的弹性变形,并推广至三维和动力问题。目前,离散元应用的文章较多,而研究基础计算方法的文章很少,因此,加强离散元法基础理论、基础算法及误差分析方面的研究,汲取有限元法等数值方法的优点,使之既能保持在描述散体的整体力学行为和力学演化全过程方面的优势,又能有效描述介质局部连续处应力状态和变形状态,使离散元法的模型建立真正满足几何仿真,物理(本构)仿真,受力仿真和过程仿真的原则,是离散元法研究领域的首要工作。 块体理论由石根华(1977)提出并在美与Goodman合作完善起来的,应用几何学、拓扑学碎裂结构岩体。近些年,块体理论在岩体工程中应用十分广泛,E. Hoek等(1998)应用块体理论开发了用于地下开挖工程的分析程序—Unwedge;2001年Rocscience公司推出了Swedge4.0,该软件可以用来计算边墙块体的体积及稳定系数。汪卫明、陈胜宏(1998)在矢体概念的基础上开发出三维岩石块体系统的自动识别方法,该方法能够有效解决包含不规则地形面和非贯通结构面等情况下的复杂块体的识别问题;卢波、陈剑平等通过应用随机不连续面三维网络模拟技术对复杂有限块体的自动搜索及确定其空间几何形态,并提出了“有形即是有限”的分析方法;张子新等把分形几何与块体理论相结合,提出分形块体理论,建立分形块体理论赤平解析法,并把随机概率模型引入分形块体理论,研究了三峡高边坡关键分形块体的滑落概率和分形块体的大小及其分布密度;张子新等将赤平投影图解析化,提出了块体理论的赤平投影解析法,并应用该法分析了某矿卷扬机硐室的稳定性;赵文把概率理论引入节理迹长分布的研究之中,推导了多组节理切割岩体形成关键块体概率的计算公式,从而使原来的一些关键块体转化为稳定块体,减少了关键块的数量。

近年来,石根华又将块体理论进一步发展,1993年由石根华提出的块体系统不连续变形数值分析新方法,简称为DDA方法,该方法是求解块体系统连续变形、大变形和大位移数值分析方法,块体的形状可以是任意的凸凹多边形,块体间也不一定要求角点接触。国内已研制了二维DDA程序软件,并与日本九州大学环境地盘工学研究中心合作将三维块体分析方法应用于三峡船闸高边坡的岩体稳定分析,并对船闸开挖施工过程及其支护效果的数值模拟,绘制了各开挖步序的岩体变形等值线图。

四、岩体结构控制论的工程应用

随着国民经济的发展和大型建设项目的实施,涉及到大量的地下工程建设项目,如采矿巷道、道路隧道、水电工程的地下洞室等。地下工程的一项主要研究工作就是分析围岩应力重分布特点以及变形破坏规律,这些都要受到岩体结构的控制。例如:康立勋通过研究块状结构岩体中自重应力传播的法则,得到了岩体的应力大小受岩块数量以及岩块几何参数控制的结论,并将研究结果用于计算煤炭地下采场顶结构载荷。隧道工程中岩爆和岩体结构关系密切,完整性好的岩体易发生岩爆,当节理裂隙发育到一定程度一般不会发生岩爆;岩层的层厚状态及层面与洞室的空间组合关系与岩爆有重要的关系;优势节理组与最大主应力的夹角大小也与岩爆紧密相关。

上面提到了岩质边坡变形破坏形式主要受控于岩体的岩性和结构特性。如:河西走廊金川露天矿上盘西区边坡变形破坏、乌江鸡冠山崩破坏和清江水布垭水利枢纽马崖高边坡等属于倾倒破坏;因此,分析岩体稳定性时,应根据岩体的岩性、岩体结构特性等对边坡进行分区,分析各区岩体力学机制和变形破坏机制,再结合边坡开挖各项参数计算边坡稳定性。

一般计算地基沉降变形时,把地基岩体当作各向同性介质,未考虑结构面的影响。其实,当岩体中的节理裂隙发育程度及方位满足某种条件时,则地基的滑移变形将受其中的优势结构面控制。如:章杨松等对润扬大桥节理化岩体,运用优势结构面理论,分析确定了影响和控制岩体地基沉降变形的优势结构面组合,提出了“优势结构面模型”与“遍有节理单元模型”数值分析确定岩体地基沉降变形的联合算法。遍有节理单元模型是考虑遍布岩体中的节理对岩体的受力和变形的影响的数值分析方法计算时输入了众多组结构面的参数,而考虑优势面时只输入两组左右优势面的参数,次要的结构面则忽略之。在相同力条件下,考虑优势结构面影响时,计算的地基变形大于不考虑优势结构面影响时计算的地基变形,说明优势结构面对地基的变形有明显的影响,因而也将影响地基的承载力。

五、结论

本文从岩体工程地质模型、结构力学模型、分析方法和工程应用这四个方面总结了岩体结构控制论的研究和应用现状。根据岩体的岩性特征、结构面发育情况、岩体的地应力、地下水条件等建立岩体的工程地质模型,并将岩体划分为四种力学模型,分析岩体结构控制下的变形破坏机制。介绍了目前用于不连续岩体结构计算的方法。对岩体结构控制论在地下工程、边坡工程、库岸工程和地基基础中的应用作了简单介绍。

参考文献

[1] 孙广忠.岩体结构力学.[M].北京.科学出版社.1988.

[2] 孙玉科.岩体结构力学—岩体工程地质力学的新发展.[J].工程地质学报.1997.5.4.

[3] 许兵.关于岩体结构力学基本观点探讨—试论孙广忠教授的岩体力学道路.[J].工程地质学报.1997.5.4.

[4] 孙玉科.工程地质学发展予创新思路探讨之六—《工程地质模型》初论.[J].岩土工程界.6.2.

工程结构分析论文篇(5)

 

1 引言

近年来,随着工程结构向更高、更轻、跨度更大的方向发展,风荷载对结构的影响越来越大,仅靠静力分析很难满足工程设计的要求,结构动力分析显得越来越重要。动力分析远较静力分析复杂,结构的位移、变形、内力、损伤与破坏都在随时间而不断变化,计算量非常大,计算结果也很复杂,结果的分析和整理工作十分艰巨。然而,计算机技术的发展为动力分析及结果的后处理提供了有效的工具。

Matlab是美国MathWorks公司研制开发的商业数学软件,是用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境平台。Matlab平台下的SIMULINK组件专门用于动态系统的建模、仿真和仿真综合分析,并提供了集成化的图形环境,其二次开发能力、可视化功能、编程建模能力和数值积分能力等方面的功能强大。SIMULINK已广泛应用于电子、通信、自动控制等专业,成为动力分析的有力工具,但是动力分析,其在土木工程领域内的应用却非常有限。

本文在SIMULINK环境下,将设置有粘弹性阻尼器的结构作为控制系统,建立其数学模型及状态方程,施加模拟的风荷载,进行动态仿真,得到结构的动态反应。该方法弥补了现有结构风振仿真分析程序的不足,为后续工作奠定基础。

2 动力分析模型

多自由度建筑结构在风荷载作用下任意时刻的动力反应方程为

(1)

式中,M0,C0,K0 分别为未控结构的质量、刚度和阻尼矩阵;

分别为结构的位移、速度、和加速度向量;

P(z, t) 为水平脉动风荷载。

为了控制结构的振动,在结构上设置粘弹性阻尼器。由于粘弹性阻尼器是直接通过阻尼来耗散能量并达到减小结构风振反应的,因此在结构上设置粘弹性阻尼器实际上就是增加了结构的阻尼,即设置粘弹性阻尼器的结构的实际阻尼为结构本身阻尼和由粘弹性阻尼器提供的等效阻尼之和,则在粘弹性阻尼器控制下多自由度结构的动力反应方程为

(2)

式中,M = M0 ,C = C0+ΔC ,K = K0 +ΔK;

ΔC,ΔK为粘弹性阻尼器提供的刚度和阻尼矩阵。

3 利用SIMULINK进行结构动力仿真分析

SIMULINK是Matlab平台中最重要的组件,该环境可以用于模拟线性和非线性系统、连续和离散时间系统以及两者混合系统的动态变化过程。在SIMULINK中无须编写大量的程序,仿真模型都是由环境中各基本模块组成,基本模块间通过信号线连接起来可以构造出任何复杂的模型论文格式。

设置粘弹性阻尼器的结构在风荷载作用下,其动力微分方程是二阶微分方程,见方程(2),可看作是一控制系统,风荷载时程作为干扰输入信号,结构的动力反应就是该系统的输出响应。现代控制理论采用状态空间描述法来表示系统的高阶微分方程,其不仅可以反映系统输入与输出响应的外部关系,而且描述了系统内部参量的变化规律。将结构的微分方程用状态空间法描述,便可用SIMULINK进行建模、仿真和分析。

方程(2)可用状态空间法描述,转换为系统的状态方程

(3)

式中,。

在SIMULINK中建立仿真模型图动力分析,见图1所示。

图1 SIMULINK仿真模型图

4 算例分析

某塔式结构简化为三个集中质量的层间剪切模型,见图2所示。粘弹性阻尼器采用两层粘弹性层的阻尼器,每层设置10个。将风压力作用在示例结构上,在SIMULINK环境下进行结构风荷载动力仿真分析,只考虑第一振型。质点3的位移响应见图3所示。

从图中可以看出,设置粘弹性阻尼器的结构在风荷载作用下,结构的位移响应较未设置阻尼器时明显减小,说明粘弹性阻尼器发挥了减少结构动力响应的功能,所编制的SIMULINK仿真模型可行。

图2 结构计算模型 图3质点3处结构位移

5 结论

本文将Matlab平台下的动态仿真工具SIMULINK软件,应用到对设置有粘弹性阻尼器的结构进行动力仿真分析中,得出以下结论:

(1)SIMULINK仿真分析方法的模型编制直观、简单,概念明确,复杂的动力系统能够简洁的构建完成,避免了传统编程方法的繁琐。

(2)以SIMULINK为平台实现结构的动力仿真分析是完全可行的,从模型的计算结果来看,SIMULINK模型和通用软件分析结果具有较好的一致性。

(3)仿真分析模型具有较强的通用性,不仅可以用于风荷载的动力分析,稍作修改还适用于地震动力分析。

参考文献

[1]张相庭.结构风工程[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2006

[2]徐赵东,郭迎庆.MATLAB语言在建筑抗震工程中的应用[M]. 北京:科学出版社,2004

[3]黄永安,马路,等.MATLAB7.0/Simulink6.0建模仿真开发与高级工程应用[M]. 北京:清华大学出版社,2005

工程结构分析论文篇(6)

Petri网理论起源于1962年Carl Adam Petri的博士论文《用自动机通信》,在这篇文章中,他首次使用网状结构模拟通信系统。近年来,Petri网理论发展了以并发论、同步论、网逻辑和网拓扑为主要内容的理论体系。Petri网的应用已涉及到计算机学科的各个领域,特别是在工作流技术应用领域,Petri网以其良好的数学基础和可视化的建模方法,已成为很多关于工作流研究中的分析和建模工具。

2.2 工作流网的基本结构

在库所和变迁的基础上,工作流网为电子政务系统流程构造的控制关系有四种:串行、并行、选择、循环。

3.一个应用问题分析

网上电子政务系统中的公文处理部分实际上是公文在各个部门之间进行流转,非常适合用工作流网的技术来实现。下面举例分析公文处理中发文部分的工作流网建模、分析及相应的实现技术。

发文管理的业务流程为:用户在公文起草数据库中起草公文,提交并进入流程后,文件在发文流程中流转,其中文书人员可以根据发文需要让文件进入串行或并行的会签流程,流程结束后可以形成正式文件并盖章,也可以返回到起草人,在整个过程中,审批人员可以随时查看、打印流程跟踪表。

该模型显示了发文过程中发生的操作和状态的改变。

通过工作流网的定义分析一下该模型的正确性:

(2)每个节点x∈P∪T都属于从到的一条路径上。

(3)该模型运行过程中没有死锁,每个任务都能被执行到。

所以从理论上分析该模型是正确的,符合工作流网的定义,但从实际情况考虑,却发现逻辑上的错误。在变迁的执行过程中出现了并行结构的”与连接”(AND-join),校对修改的任务出现了两个输入位置,=(,),要求,都存在令牌时,变迁才能发生,这无疑是错误的。实际的情况是和中任何一个令牌存在,即文件起草结束,或核稿未通过,都应该进入校对修改状态。对上面模型修改如图2。

增加了一个变迁(返稿),将核稿未通过状态(用循环结构)重新置为校对修改状态,这样变迁就是在条件选择结构的或连接“(OR-join)”情况下工作,此模型从Petri网理论和发文流程的实际情况都符合逻辑。

对该模型进一步分析:可以看出修改后的模型是自由选择的Petri网模型,这是由于对于图中的任意两个变迁和,只要存在,必有,如。同样可以判断该模型是好结构的。

4.结束语

文章重点介绍了基于Petri网的工作流网模型技术,并结合具体模型进行了性能分析。结合在电子政务系统中公文处理的实际环境,对发文流程的工作流网建模与分析过程进行了说明。在一个复杂的办公自动化系统中,通过工作流网的建模方式对流程进行动态模拟,应用可达树法、简约分析法、关联矩阵和动态方程等方法对系统的可行性、可扩展性(柔性)、安全性(有界性)等方面都能作出良好的分析,使系统设计和运行达到最优状态,这些技术的进一步应用还有待探索和研究。

参考文献

[1]KSalimifard,M Wright.Petri net-based modelling of workflow systems:An overview[J].European Journal of Operational Research,2001,134(3).

[2]袁崇义.随机Petri网原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2005.

工程结构分析论文篇(7)

Abstract:This paper describes the basic theory of the beam string structure during the static analysis and structural form-finding. Static analysis of the relevant string theory describes the definition of a beam string structure (the definition of the zero-state form, the initial state and loading state), the performance of beam string structure, highlighting the initial prestressed beam string structure concept, the size distribution and the principle of prestressing - local analysis.

Key words:beam string; Long Span Structure; pre-stress.

中图分类号:K826.16文献标识码:A 文章编号:

1引言

随着空间大跨结构理论的发展,以及人们对建筑美观的要求,张弦梁这种结构形式得以应运而生。张弦梁结构是由上弦刚性构件和下弦柔性拉索两类不同类型单元组合而成的一种结构体系,通常将其归类“杂交体系”范畴。从受力形态上来看,张弦梁结构又通常被认为是一种“半刚性”结构。

由于其自重轻,受力合理,因此在工程上的应用越来越广泛。根据单榀张弦梁结构的不同布置形式,可分为单向张弦梁结构、双向张弦梁结构和多向张弦梁结构,其中单榀张弦梁结构的性能对整个结构的性能起主要作用,因此充分了解单榀张弦梁结构的性能非常重要。本文主要介绍了张弦梁结构在进行静力分析和结构找形时的基本理论方法。

2张弦梁结构的形态定义和力学性能

2.1 张弦梁结构的形态定义

张弦梁结构像悬索结构等柔性结构一样,根据张弦梁结构的加工、施工及受力特点,通常将其定义为零状态、初始态和荷载态三种

零状态:结构体系拉索张拉前的状态,实际上是构件加工和放样形态,通常也叫结构放样态。在这个状态中结构不受预应力和自重作用。

初始态:拉索张拉完毕后,结构安装就位的形态,通常也叫预应力状态。初始态是建筑设计所给定的基本形态,即结构竣工后的验收状态,这个状态中结构受预应力和自重作用。

荷载态:体系在初状态的基础上,承受其它外荷载之后的受力状态。

以上三种状态的定义,对张弦梁结构来说具有现实意义。对于张弦梁结构零态,主要涉及到结构构件的加工放样问题。张弦梁结构的初始形态是建筑设计给定的基本形态,即结构竣工后的验收状态。实际施工时,张弦梁结构的上弦构件按照零形态给定的几何参数进行加工放样,那么在张拉拉索时,由于上弦构件刚度较弱,拉索的张拉势必引导撑杆使上弦构件产生向上的变形。当索张拉完毕后,结构各构件的形状将达到初始态从而满足建筑设计的要求。

2.2张弦梁的结构性能

如果不考虑拉索超张拉在结构产生预应力的话,平面张弦梁结构的受力特性实际上相当于简支梁的受力特性。

从截面内力情况来看,张弦梁结构与简支梁一样需要承受整体弯矩和剪力效应。根据截面内力平衡关系易知,张弦梁结构在竖向荷载作用下的整体弯矩由上弦构件的压力和下弦拉索的拉力所做形成的等效力矩来承担。由于张弦梁结构通常只布置竖向撑杆,且下弦拉索不能承受剪力,从两根竖向撑杆之间截面内力平衡关系来看,整体剪力基本由上弦构件承受。因此上弦构件除了承受基本弯矩效应产生的压力外,还承受剪力及由剪力产生的局部弯矩效应。

对于张弦梁结构的下弦拉索来讲,由于通常采用半平行钢丝束或钢绞线等高强度材料,因此与采用普通型钢的桁架结构下弦构件相比,其可以承受更大的拉力,这也是该类结构适用于大跨度屋盖的一个主要原因。

3张应弦梁结构初始态预力分布与大小的确定

3.1张弦梁结构初始态预应力分布

在进行张弦梁结构的设计分析时,首先要确定张弦梁结构初始态预应力分布和大小,然后才能确定结构零状态几何以及进行后续荷载态的分析。在这个确定预应力分布的过程中,体系几何形状也即初始态构型是己知的,因此此过程是单纯的“找力”分析。

文献[1]对大型索杆梁体系的初始态预应力分布的确定进行了研究,提出了基于上部梁系和下部索杆体系分开的结构分块的局部分析法,文献[2]对该方法进行了进一步简化并应用于弦支穹顶结构的初始态预应力分布的分析。

3.2预应力施加的大小的确定

关于预应力大小的合理取值,不仅是结构分析的问题,还牵涉到建筑形状、施工工艺等方面,其影响因素很多,所以预应力值的确定很复杂。文献[3]- [7]对此进行了研究并提出了取值原则甚至计算公式。

根据预应力在结构中的作用,并结合以上讨论,可以得出预应力大小合理取值的两个主要原则:

(1)尽量减小外荷载产生的上弦弯矩,使结构中内力分布合理,改善结构受力性能;

(2)当结构所受风荷载效应大于恒荷载效应时,尽量保证拉索不出现受压而松弛,使各构件继续保持协同工作。

3.3 张弦结构的找形分析

张力结构的传统分析方法是从确定的一个初始态开始的。习惯上是根据建筑要求和经验使结构曲面具备一定的初始刚度。但是仅此而获得的结构刚度是不够的,这就必须对索杆结构或索膜结构施加预应力,使结构进一步获得刚度,以在各种不同的荷载条件下索杆结构的任一索段均满足强度要求及稳定条件。含有索单元的张弦结构存在找形问题。所谓找形是传统力学问题的逆问题,它是要求满足平衡条件的形状而不是满足协调条件的平衡,即以几何零状态为基础对预应力态和加载态进行形状判定和力判定,确定施加预应力以后结构的几何位形及内力分布。

4结论及展望

本文主要介绍了张弦梁结构在进行静力分析和结构找形时的基本理论方法。重点介绍了张弦梁结构初始预应力的分布和预应力大小的确定原理—局部分析法。

但是仅仅掌握这些理论方法远远不够。现在单榀张弦梁结构在工程上的应用越来越广泛,充分了解单榀张弦梁结构的性能非常重要。今后还需做进一步的研究工作:应用SAP2000软件,对静力作用下影响张弦梁结构受力性能的参数进行分析,讨论其相互之间的影响规律;应用SAP2000软件,对地震作用下的张弦梁结构进行动力分析,分别进行反应谱分析和时程分析并进行比较,以研究张弦梁结构的抗震性能;考虑张弦梁结构的几何非线性和材料非线性对结构受力性能的影响等等。

参考文献:

[1]刘开国.大跨度张弦梁式结构的分析[J].空间结构,2001.7(2):39-43

[2]杨睿.预应力张弦梁结构的形态分析及新体系的静力性能研究[D].浙江大学硕士学位论文,2002

[3]沈世钊,大跨空间结构若干理论问题研究[J].苏州城建环保学院学报,2000,13(3)25-29

[4]范峰,支旭东,沈世钊,黑龙江省国际会议展览体育中心主馆大跨钢结构设计[A].第十届空间结构学术会议论文集[D].2002:806~811

[5]刘开国.大跨度张弦梁式结构的分析[J].空间结构,2001,7(2):39~43

[6]杨瑞,董石麟.张弦梁结构中预应力的作用及合理取值[A].第二届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C].2002:372~378

工程结构分析论文篇(8)

不同的院系,不同的指导教师对本科毕业论文有不同的指导方法,在计算机系,本科毕业论文通常以下面四种类型:

1.1完成一个不太大的实际项目或在某一个较大的项目中设计并完成一个模块(如应用软件、工具软件或自行设计的板卡、接口等等),然后以工程项目总结或科研报告、或已发表的论文的综合扩展等形式完成论文。

1.2对一个即将进行的项目的一部份进行系统分析(需求分析,平台选型,分块,设计部分模块的细化)。例如对一个大中型企业管理信息系统中的财务部分进行调研,分析和设计等,这类工作可以没有具体编程,但应得到有关方面的初步认可,有一定的工作量。例如打印后有30页以上的报告。

1.3对某一项计算机领域的先进技术或成熟软件进行分析、比较,进而能提出自己的评价和有针对性创见。例如XML目前是因特网上新涌现的标记语言,它较HTML有许多无可比拟的优点,其中XML-QL是基于XML提出的一种新型查询语言,分析总结这一新型查询语言并探索它的实现途径是十分有意义的工作。再如对自由软件数据库系统MySQL,分析总结其在Web应用上的特色,并能将有关技术用于自己研制的系统中。这类工作要注意把分析和实验相结合,不要只停留在消化上。消化是前提,吸收和转化才是工作的重点。

1.4对某一个计算机科学中的理论问题有一定见解,接近或达到了在杂志上发表的水平。例如,解决了一个众所周知的问题,纠正了某杂志上理论的错误且提出解决修正方案,或自己提出有意义的模型,定义,且有定理、命题、或性能比较、分析、测试报告等。

一般而言,第四种较难,在若干年指导本科生毕业论文经验中,只有两位学生采用此形式写出了好的论文,据悉,这两位学生都顺利进入了博士生序列。

2.选题:

2.1有科研项目的老师通常愿意从项目中选取本科生能完成的模块,交给学生做,然后以第一种形式写成论文。教师熟悉项目,项目有实用背景,一般而言,多数学生经过努力都能完成。但有些科研项目太难,或涉及保密内容,或本科生不容易完成,在这种情况下,教师可能会让已保送为研究生,或确定留校的学生作这类题目。

2.2学生自选题目,有些学生已联系好毕业后的工作单位,工作单位要求学生作某方面的项目,或已交给学生某方面的项目,经过指导教师认可,认为可作出合格的毕业论文,则可作这方面题目。这种方式下,学生积极性高,责任心较强,学以致用,一般论文的质量较好且成文后篇幅较大。

2.3教师根据社会需求,选择题目。例如,院系行政需要教学,科研和研究生信息管理系统,有的教师指导几位学生分别作大学院系行政管理子系统,博士生硕士生学籍管理子系统等等,有可能开始作出的软件还不很完善,但有了雏形,经过修改后,一般是能够应用的。有的系统经过下一届本科生毕业实习的改进,就可以实用了。一些对路的、有用户的软件还有可能进一步发展为产品

3.论文的组织安排:

依据上述的论文类型,由于各类工作特点的不同,在搜集整理论文的素材、组织安排论文的结构方面,应有所不同,做到有的放矢。

3.1系统实现型论文:重点收集整理系统体系结构,程序模块调用关系,数据结构,算法,实验或测试等内容,论文结构一般安排如下:

(1)引言或背景(概述题目背景,实现情况,自己开发的内容或模块)一般谈课题意义,综述已有成果,如”谁谁在文献某某中做了什么工作,谁谁在文献某某中有什么突出贡献“,用“但是”一转,分析存在问题,引出自己工作必要性、意义和价值、创新点和主要思想、方法和结果。然后用“本文组织如下:第二节第三节....,第四节....."作为这段结束。

(2)系统体系结构(强调系统的整体性,突出自己工作在整体中的位置)。(3)主要实现功能的描述(包括模块调用关系,数据结构,算法说明,依据内容多少此部分可安排两到三节)。

(4)实验或测试。

(5)总结。

3.2应用开发型论文:

重点收集整理应用项目的背景分析,需求分析,平台选型,分块,设计部分模块的细化,使用的开发工具的内容。论文结构一般安排如下:(1)引言(重点描述应用项目背景,项目开发特色,工作难度等);

(2)项目分析设计(重点描述项目的整体框架,功能说明,开发工具简介等)(3)项目实现(重点描述数据库设计结果,代码开发原理和过程,实现中遇到和解决的主要问题,项目今后的维护和改进等,此部分可安排两到三节);

(4)总结。

3.3分析比较型论文:

重点收集整理有关的最新论文或软件,分析比较心得,实验数据等内容。论文结构一般安排如下:引言(重点描述分析对象的特点,分析比较工作的意义,主要结果等);分析对象的概括性描述,分析比较的主要结果(如果是技术分析,给出主要数据,如果是软件分析,给出代码分析结果,实验过程等);分析比较的评价和系统应用(可以给出基于分析比较的结果,提出某些设计实现方案,和进行一些实验工作;最后是结论。

3.4理论探索型论文:

重点收集整理问题的发现,解决问题所用到的基本知识,解决问题的独特方法,定理证明,算法设计和分析。

论文结构一般安排如下:

(1)引言(重点描述要解决的问题的来源,难度,解决问题的主要方法等);

(2)基本知识(解决问题涉及的基本定义,定理,及自己提出的概念等);

(3)推理结论(给出问题解决方案,包括定理证明,算法设计,复杂性分析等);

(4)结论。上述论文结构的安排和划分不是绝对,可依据各自工作的实际情况,采用某一种或某几种混合的方式指导自己论文的写作。但无论采用什么样的结构,一定要作到心中有数,贯穿一条逻辑线索切不可泛论成文或堆砌成文,时刻突出自己的工作内容。

4.论文格式及目录系统:

每个作者有自己的风格,格式不必强求一致,但科技论文不能象写小说剧本那样,一般不能用倒叙,插叙,不设悬念,不用意识流,多线索方式等。例如,可在下列格式基础上适当修改:科技论文目录体系一般不用中文的“一二三”,而用下列的编排方式题目扉页|___摘要(中英文,200-300字为限)|___正文目录1.前言(背景,动机,前人工作)|___1.1。。。。|(1)(a)(b)(c)|(2)(a)(b)(c)|___1.2。。。。2.项目框图及本工作在项目中的地位

3.项目特色(特殊功能,困难

4.方案选择(前人方案,现可选方案,为什么选这一方案)

5.实现技术数据结构程序片段:

6.特殊问题解决方法:

工程结构分析论文篇(9)

结构方程模型(StructuralEquationModeling,简称SEM)是一种验证型的方法通常必须要有理论或者经验法则支持,有理论来引导,在理论的引导下才能构建假设模型图。在进行分析之前,要对具体的工程有一个大致了解,有必要进行工程有关资料的收集,并结合已有的施工经验得出一些综合性的影响因子。本文在已有的施工安全研究的基础上结合人为因素分析框架HFACS(HumanFactorsAnalysisandClassificationSys-tem),得出组织机构、安全生产投入、机械设备、技术措施、材料、教育培训、作业技能、操作违规、事故分析总结、应急能力、重大危险源监控、安全监督12个影响因子。其中,将组织机构和安全生产投入归为企业影响的范畴;将机械设备、技术措施和材料归为施工现场的范畴;将教育培训、作业技能和操作违规归为人员素质的范畴;将事故分析总结、应急能力、重大危险源监控和安全监督归为安全管理的范畴。

1.2讨论结构方程的方法

SEM整合了因素分析与路径分析2种统计方法。不同于传统的回归分析,结构方程能同时分析多个因素之间的关系,方程通过估计参数,获得自变量对因变量的影响,达到分析的目的。方程一般包含的变量有观测变量、潜在变量、误差变量。观测变量也可称为显变量,是实际中能够准确测量或观察到的变量;潜在变量也称为潜变量或因子,是实际当中无法直接测量到的变量,包括比较抽象的概念和种种原因不能准确测量的变量。一个潜变量往往对应着若干个观测变量,潜变量可以看作是其对应观测变量的抽象和概括。

2工程实例研究

本文运用结构方程进行分析分为3步。第1步,就是根据已有理论或模型建立人的经验定义各个变量之间的因果关系或者相关关系并画出模型结构图。第2步,根据已建立起来的模型结构,针对建模者所设定的观测变量,进行数据的收集。第3步,运用AMOS17.0,进行模型参数的估计,并对模型做出相应调整,最后对所得参数针对实际所要解决的问题进行分析。模型框架Fig.2Modelframe本文采用结构方程这一统计分析手段,对某水利水电工程施工部门进行基础性的安全分析,主要目的是对施工各单位间的关系有一个整体的了解。结合以往的水利水电工程施工安全分析经验,建立模型。设4个潜在变量:企业影响、施工现场、人员素质、安全管理。其对应的观测变量依次为:组织结构,安全生产投入;机械设备,技术措施,材料;教育培训,作业技能,操作违规;事故的分析总结,应急能力,重大危险源监控,安全监督。各个潜变量之间都是正相关,说明其中一项潜变量的情况都会对另一项潜变量产生正面的影响。其中,施工现场与安全管理,人员素质与安全管理的协方差相对较大,说明对于安全管理来说施工现场对其有较大影响。由此可得,施工安全依赖于施工现场的技术指导,而施工技术又有赖于人员素质的提高,因此有必要对工地施工人员进行施工前的集体培训,一方面加强安全方面的教育,提高施工人员的安全意识,另一方面要使施工人员对所使用的施工方法、施工机械有一定程度的认识,提高整体的施工技术水平。

工程结构分析论文篇(10)

工程结构试验是一项科学实践性很强的学科,是研究和发展工程结构新材料、新体系、新工艺以及探索结构设计新理论的重要手段,在工程结构科学研究和技术革新等方面起着重要的作用。

1.工程结构试验

(1)工程结构试验的任务是在结构或实验对象上,以仪器设备为工具,利用各种实验技术为手段,在荷载(重力、机械扰动力、地震力、风力等)或其他因素(温度、变形沉降等)作用下,通过测试与结构工作性能有关的各种参数(变形、挠度、位移、应变、振幅、频率等)后进行分析,从而对结构的工作性能作出评价,对结构的承载能力作出正确的估计,并为验证和发展结构的计算理论提供可靠的依据。

(2)工程结构试验的分类 根据试验研究目的,主要分为生产鉴定性试验和科学研究性试验。

生产鉴定性试验以直接服务于生产为目的。以工程中实际结构构件为对象,通过试验或检测对结构作出技术结论,通常解决以下问题:①检验或鉴定结构质量。对一些比较重要的结构,建成后通过试验,综合性地鉴定其质量的可靠度。对于预制构件或现场施工的其他构件,在出厂或安装之前,要求按照相应规范或规程抽样检验,以推断其质量。②判断结构的实际承载力。当旧建筑进行扩建、加层或改变结构用途时,往往要求通过试验确定旧结构的承载能力,为加固、改建、扩建工程提供数据。③处理工程事故、提供技术依据。对于遭受火灾、爆炸、地震等原因而损伤的结构,或在建造使用中有严重缺陷的结构,往往要求通过试验和检测,判断结构在受灾破坏后的实际承载能力,为结构的再利用和处理提供技术依据。

科学研究性试验的目的是为结构的理论计算和研究服务。它按照事先周密考虑的计划来进行。试验的对象是专为试验而设计制造的。突出研究的主要问题,消除一些对结构上实际影响的次要因素,使试验工作合理,观测数据易于分析和总结,达到理论研究的目的。①验证结构设计理论的假定。在结构设计中,人们常对结构构件的计算图式和本构关系作某些简化假定,通过试验来加以验证,满足要求后用于实际工程中的结构计算。在结构静力和动力分析中,本构关系的模型化则完全是通过试验加以确定的。②提供设计依据。我国现行的各种结构设计规范除了总结已有的大量科学实验的成果和经验外,为了理论和设计方法的发展,还进行了大量的结构试验以及实体建筑物的试验,为编制和修改结构设计规范提供试验数据。对于特种结构,应用理论分析的方法达不到理想的结果时,用结构试验的方法确定结构的计算模式和公式的系数,解决工程中的实际问题。③提供实践经验。一种新材料的应用,一个新结构的设计或一项新工艺的施工,往往要经过多次的工程实践和科学试验,从而积累资料,使设计计算理论不断改进和完善。

(3)工程结构试验加载设备与测量方法。加载设备:一般供试验用的加载装置除实物加载外,可用千斤顶、液压试验装置、计算机与加振器联机系统、模拟地震振动台、人工爆炸等,以模拟对结构或构件的实际的各种作用。在全部试验承力装置中有支座、支墩、反力架、反力墙及试验台座等。

测量方法:①机测法。利用机械仪表测量所需的数据或参数,机测法适应性强、简便、可靠、经济,是结构试验中最常用的测量手段。②电测法。通过传感元件把试验需要测量的数据或参数,转换为电阻、电容、电感、电压或电流等电量参数,经放大器放大,然后进行测量,由指示记录设备记录和显示,这种转换和测量技术称为非电量电测技术,具有准确、快速测量、自动控制、连续记录和远距离操纵等优点。与计算机联机,还可根据测量结果自行判断和运算。③光测法。利用光的准直性对测量参数放大、转换、实现连续记录,阻尼小、响应快(如光线示波记录仪)。也可利用光敏材料的物理化学原理和力学特性在偏振光作用下产生的光学效应,测定应力场(如光弹仪),简便、可靠、直观性好;及激光测量位移和激光全息的应用。④其他方法。利用光、电、磁、声等间接物理量与材料或结构构件某一性能间的关系为基础进行测量。如超声波探测仪利用超声波在混凝土中传播速度测定混凝土强度。分析处理结果,再还原成某种模拟量并显示出来,使数据的采集、测量和分析处理自动化。

2.工程结构试验的过程

工程结构试验大致可分为试验规划、试验准备、试验加载测试和实验资料整理分析四个阶段。

(1)试验规划是指导整个试验工作的纲领性技术文件,因而试验规划的内容应尽可能地细致和全面,规划的任何一点疏忽可能导致试验的失败。

(2)试验准备阶段是将规划阶段确定的试件按要求制作安装与就位,将加载设备和测试仪表安装就位,并完成辅助试验工作。

(3)试验加载测试阶段对试件施加外荷载是整个试验工作的中心环节,参加试验的每个工作人员应各就各位,各尽其职,做好本岗工作,试验期间,一切工作都要按照试验的程序进行。对试验起控制作用的重要数据应随时整理和分析,必要时还应跟踪观察其变化情况,并与事先计算的理论数据进行比较,如有反常现象应立即查明原因,排除故障,否则不得继续加载试验。

(4)试验资料整理分析阶段通过试验准备和加载试验阶段,获得了大量数据和有关资料后,一般不能直接回答试验研究所提出的各类问题,必须将数据进行科学的整理、分析和计算,做到去粗取精,去伪存真,最后根据试验数据和资料编写试验报告。

以上各个阶段的工作性质虽有差别,但它们都是相互制约的,各阶段的工作没有明显的界限,制定计划时不能只孤立地考虑某一阶段的工作,必须兼顾各个阶段的特点和要求,做出综合性的决策。

3.工程结构试验在工程结构理论发展中的作用

结构试验是研究和发展结构理论的重要手段,经历了由假设—简单试验—理论分析—试验检验的阶段。从确定结构材料的力学性能到验证梁、板、柱等单个构件的计算方法及至建立复杂结构体系的计算理论,都离不开试验研究。为了进行合理的设计,工程技术人员必须掌握在各种作用下结构的实际工作状态,了解结构构件的承载力、刚度、受力性能以及实际所具有的安全储备。在应力分析工作中,也可以采用实验应力分析方法来解决。特别是计算机技术的发展,它不仅为用数学模型方法进行计算分析创造了条件,实现荷载模拟、数据采集和数据处理,使结构试验技术的发展,产生了根本性的变化。因此,结构试验仍然是发展结构理论和解决工程设计方法的主要手段之一。在结构工程学科的发展演变过程中结构试验本身成为一门真正的试验科学。 [科]

【参考文献】

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