基于UEL的水电机组导轴承支架非线性连接模态特性分析

模态分析是水电机组故障诊断的重要方法,但其传统方法缺少对接触部分非线性接触的模拟手段,直接影响模态分析的准确性,也无法对链接部位的失效过程及趋势进行分析。该文基于用户自定义单元子程序接口(user-defined element subroutine interface,UEL),建立了结合部三维非线性专用分析单元模型。推导所提模型有限元格式的基本方程,获得表征材料非线性特性的本构关系;给出螺栓连接的固定结合部的静态分析,以及立式水轮发电机导轴承支架的模态分析算例;给出导轴承支架的支臂末端螺栓连接变刚度计算的工程应用实例。实验与仿真对比结果表明了建立的UEL三维非线性接触分析专用单元模型的正确性;连接失效分析表明了随着导轴承支架接触刚度的下降,会在整机模态频率计算中引入新的频率段这一结果的重要性。

形状记忆合金混凝土框架建筑抗震性能研究

地震作用会造成钢筋混凝土框架发生平面和垂直方向的变形,导致其结构受到更大的地震力,加剧损伤程度。形状记忆合金(SMA)材料在外力作用下能够快速恢复变形前形状,降低框架损伤程度,进一步提高框架结构的承载能力和稳定性。基于此,有必要研究形状记忆合金混凝土框架建筑的抗震性能。以某实际工程为例,采用ANSYS软件建立钢筋混凝土框架有限元模型,选取天津地震波、北岭地震波、印度洋地震波及人工地震波作为地震震动输入,记录地震震动下时程结果。研究结果表明,预应力筋断裂后,该结构在地震作用下的滞回曲线为饱满的旗帜形,最大层间位移为1/125,残余变形在±10 mm之间,最高峰值荷载为211 kN,水平承载力较强,表明其自复位性能较高、地震响应效果较优、抗震承载力较强,可以有效提高建筑结构的安全性和可靠性。

开槽机器人履带支撑架有限元分析及优化

履带支撑架作为开槽机器人履带底盘的重要支撑构件,其性能的好坏直接决定了开槽机器人的使用寿命。为进一步提高履带支撑架的结构可靠性并避免履带支撑架在使用中产生共振现象,文中基于有限元分析软件Ansys Workbench对履带支撑架进行有限元分析,通过静力学分析得出履带支撑架的变形及应力情况并针对履带支撑架的不足之处提出改进方案,改善了履带支撑架的应力分布情况,使其结构更加合理。然后对改进后履带支撑架进行模态分析,得出前10阶的固有频率与最大位移,反映出履带支撑架在不同频率下的动态特性。经过对履带支撑架的有限元分析,可以得出其结构的合理性,并为履带支撑架的机构设计与使用情况提供理论参考。

滇中芹河隧洞软岩破碎段围岩大变形与支护结构相互作用研究

软岩大变形是滇中引水工程建设中较为突出的工程地质问题之一,以大楚段芹河隧洞4#支洞为研究对象开展软岩大变形特征及承载结构受力研究。4#支洞在施工过程中发生影响洞室稳定的问题,洞周围岩大变形不同程度侵限,导致钢拱架扭曲断裂、喷混凝土掉落现象时有发生。为了充分认识隧洞变形特征、破坏模式及成因机制,结合工程地质勘察、现场监控量测、数值反演及施工模拟分析等手段和方法对其进行综合研究。研究成果表明:破碎软岩洞段施工期围岩监测变形量大、变形速率较快,变形具有明显的时效性;围岩完整性差,洞周变形差异大;围岩以剪切破坏为主;围岩时效变形对支护结构受力影响大,部分承载结构受力超限,导致局部结构破坏。可见,针对破碎的软岩隧洞施工,需要采取超前注浆、减少减小施工扰动、及时跟进初期支护、尽快封闭成环,加强施工期围岩变形监测,选取合理的衬砌支护时机,实时指导和优化隧洞支护结构施工设计。

四塔支承超大直径圆环复杂结构设计

上海临港新片区新建一幢地标建筑,该建筑为四幢46.8 m高的塔楼支承一个直径150 m、高度8.6 m的超大直径圆环,结构复杂。结构主要特点是超大直径圆环内侧采用倒三角形空间桁架、楼面梁采用变截面悬挑钢梁,四幢塔楼采用钢框架-屈曲约束支撑-屈曲约束钢板墙结构体系,超大直径圆环和四幢支承塔楼之间采用一个对角铰接、另一个对角滑动支座加黏滞阻尼器的连接方式。由于建筑师的要求,超大直径圆环横截面为外侧开口的C形截面,如何克服圆环外侧开口带来的扭转作用是设计难点。主要进行了支承塔楼的结构设计和计算分析,超大直径圆环的结构选型和抗扭性能研究,圆环和支承塔楼连接设计,支承塔楼和圆环组成的整体结构计算分析,整体结构大震下弹塑性时程分析。设计和研究成果可为圆环结构、多个塔楼共同支承一个上部结构等类似工程设计提供借鉴。

框架承担倾覆力矩的合理计算方法

为理清框架倾覆力矩的相关概念区别,并给出各自合理计算方法,对计算框架、支撑、框架+支撑、局部框架或者局部框架+支撑倾覆力矩的统一解法进行总结,给出相应的力学法。指出框架倾覆力矩和框架承担倾覆力矩之间的显著区别,给出两者的异同以及建筑结构中框架承担倾覆力矩的计算原则,并进一步给出合理计算框架承担倾覆力矩的方法,即修正的统一解法。修正的统一解法适用于一般建筑结构和带竖向构件转换的结构,也适用于带伸臂框架-核心筒结构。最后对典型结构算例的框架承担倾覆力矩进行计算分析,结果合理可行。

新型潜油电泵轴承支持架拆装装置的研究与应用

潜油电泵在油田机械采油方面应用非常广泛,由于长期在井下工作,潜油电泵结垢腐蚀、磨损现象严重需要进行检维修,但在机组拆卸时,存在轴承支持架拆卸困难、员工劳动强度大、工作效率低等问题。由移动平台(移动小车、启动柜、电动机、减速机、安全护罩、机械手)和固定平台组成的潜油电泵轴承支持架拆装装置,作业中改变了拆卸方式,移动平台的电器部分,实现拆装自动化,解放了人工,机械手定位准确,综合消减了人工操作带来的安全隐患,固定平台支撑稳固牢靠,均达到安全操作目的。应用于1000余台次的潜油电泵轴承支持架拆装维修,累计创效42.6万元,该项探索提高了安全操作系数和工作效率,对同类设备拆装作业具有良好的借鉴意义。

超高层建筑工程内爬塔式起重机附着提升拆除关键技术

内爬塔式起重机是适用于超高层建筑的一种大型设备,本研究介绍了内爬塔结构系统构造及爬升流程,通过设置支撑梁承受结构重力和塔式起重机设计荷载、设置液压油缸和内爬框架进行顶升操作,完成内爬塔结构提升。以小塔拆大塔为塔式起重机拆除原则,设计了两次屋面吊拆除过程,保障拆除工期和屋面结构安全。建立了支撑梁和内爬框架的三维实体有限元计算模型,优化支撑梁系统设计,得到了支撑梁和内爬框架在满载支撑状态下的应力和位移计算结果。结果表明,支撑系统安全可靠。

宽幅喷杆喷雾机振动传递特性分析与试验

宽幅喷杆喷雾机作业过程中,田间路面激励和拖拉机自身的振动导致喷杆发生振动,喷杆末端触地现象频发,对雾滴沉积均匀性和喷杆寿命产生很大影响。为抑制喷杆振动对喷雾质量的影响,解译喷杆振动传递特性,以幅宽为24 m的喷杆式喷雾机为载体,通过试验模态分析获得固定支撑方式下喷杆的约束模态信息;对被动激励源之一的支撑架进行运行模态分析获取工况工作频率,并在此基础上通过建立支撑架的有限元模型以阐明药箱液位对支撑架模态参数的影响。最后,通过试验获得机械激励和不同工况下喷杆振动的时、频域信号,结合模态分析结果,分析了主、被动激励源对喷杆振动传递特性的影响。结果表明:喷杆的前8阶试验模态频率均低于120 Hz,模态振型以弯曲变形为主,变形主要分布在喷杆的第一段和末端;发动机的2阶惯性力频率与喷杆的第3阶试验模态频率43.562 Hz接近,支撑架前16阶运行模态的固有频率与前8阶的喷杆模态频率范围重合;机械激励下,0~150 Hz频率范围内的响应包含整个喷杆的模态特性,且在该频率范围内振动在传递过程中存在很大损失;在怠速工况下,喷杆振动主要由发动机的2阶惯性力所致,振动主频为40 Hz,支撑架模态对振动的影响忽略不计;颠簸路面工况下,喷杆振幅随着行驶速度的提升而增加,主振频率在20 Hz和120 Hz处,而平滑路面工况下振动信号几乎不受行驶速度的影响;药液负载下,激励源与药液晃动的耦合振动增加了喷杆的振动响应,且药液还增加了支撑架结构的质量和阻尼,对支撑架振动有抑制效果。研究结果可以为喷杆结构的优化设计与减振提供理论依据。

装配式腹板开孔耗能支撑框架结构的抗震性能研究

装配式腹板开孔耗能支撑是由螺栓将传力槽钢与腹板开孔耗能工字形钢连接组合而成,耗能板件在震后易于替换。将其替换中心支撑框架结构中的支撑斜杆,可有效避免支撑斜杆失稳,使结构具有较好的耗能性能。采用ABAQUS软件,对其建立有限元模型,分析了不同参数对滞回性能、结构刚度和承载力的影响。有限元分析结果表明:装配式腹板开孔耗能支撑框架结构主要通过耗能板的孔间板件进入塑性耗能,应力多数集中在孔间板件的两端;随着加载等级的提高,孔间短柱的塑性累积逐渐增加,并向中间部位拓展,结构整体滞回曲线饱满,耗能能力较好;耗能板件的厚度越大,其承载能力和初始刚度越大,变形有所下降;改变耗能板件的宽度对板件开孔形式为椭圆孔的影响较大;孔间板件的宽度越大,其承载力和耗能能力越大。

针对超长悬挑支撑架悬挑主梁分类研究

随着承接项目业态的变化多样,设计结构造型变化也越来越多;超长悬挑结构也越来越多。高空超长悬挑结构模板工程和脚手架工程势必成为工程施工的重难点。研究结合多个项目悬挑长度、悬挑梁截面尺寸、操作空间预留等多方面的因素进行了分析;项目基本采用支撑架和脚手架共用悬挑主梁的方案,结合措施结构深化,品茗安全技术以及方案落地;解决了多个项目的超长悬挑结构施工的难点,同时确保了超长悬挑结构的施工质量和安全。

柱脚耗能摇摆钢支撑结构滞回性能分析

柱脚耗能摇摆钢支撑结构是一种具有可恢复功能的结构形式,具有良好的耗能能力,柱脚破坏后易于替换修复。采用ABAQUS有限元分析软件建立柱脚耗能摇摆钢支撑结构模型,耗能柱脚采用两种不同的构造形式,分析了结构在低周往复荷载作用下的滞回性能。分析结果表明:柱脚耗能摇摆钢支撑结构滞回曲线饱满,耗能能力强,变形能力好。耗能柱脚依靠耗能剪切板孔间短柱进入塑性耗能,剪切板孔间短柱端部为薄弱部位,加载过程中最先发生断裂;耗能柱脚耗能板孔间短柱宽度越大,耗能柱脚剪切板宽度越小、结构的跨度越大,构件的耗能能力越好,分析了柱脚耗能摇摆钢支撑结构的典型屈服机制,基于小变形假定,推导了屈服承载力计算公式,与有限元分析结果比较吻合较好,能较好地为实际工程提供依据。

涡桨发动机姿态试车台支撑架设计与分析

支撑架为涡桨发动机姿态试车台的重要组成部分,试车台通过支撑架与地面接触,通过基础预埋基座后固定在地面上,承受相应的发动机推力、发动机转矩及设备重力载荷等。通过对发动机3个特殊姿态下的环境流场进行分析,证明了支撑架具备承受试车过程中复杂气动载荷的能力且不会影响发动机进气。在流场分析的基础上,确定了两支撑架的间距与发动机桨盘中心高度并对支撑架进行了结构设计,通过强度分析证明了支撑架在典型的载荷工况下能够保证试车安全,且留有足够的安全余量。

塔式组合支撑架承载力影响因素分析

塔式组合支撑架是承受垂直荷载的施工支撑体系,有构配件少、拼装简单、承载力大、施工效率高等特点。目前,塔式组合支撑架在实际应用过程中,仅利用稳定性公式对其立杆进行简化计算以检查安全性,不能充分考虑节点转动刚度、初始缺陷等因素的影响。通过建立塔式组合支撑架有限元模型,分析塔式组合支撑架高度、节点转动刚度、初始缺陷对单元塔架极限承载力的影响。依据分析结果,对支撑体系的构造施工提出相应的控制措施。

三层正放四角锥预应力网架稳定性分析

网架以其优良的工程性能成为大跨度结构的首选结构类型之一。为改善传统网架结构在大跨度条件下变形大、用钢量大的缺陷,文中通过对网架施加预应力的方式,达到增强结构整体刚度和承载能力的目的。预应力的施加必然会对网架的稳定性能造成影响,其中支承形式对网架结构的稳定性影响较大。并通过对网架施加不同预应力后进行稳定性分析,得到不同预应力布索方式对网架稳定性影响,为网架的实际工程建设提供参考。

地铁车辆基地全框支剪力墙结构层间位移角限值讨论

车辆基地全框支剪力墙结构是新型的结构形式,在工程实践中有对底部框架侧向刚度控制得过于严格的现象,相关设计标准中要求底部框架层间位移角不宜大于1/2 000。讨论了控制上部剪力墙结构层间位移角的依据、目的和计算中存在的问题,比较了底盘平面大小对底部框架层间位移角的影响。建议车辆基地全框支剪力墙结构上部剪力墙的层间位移角限值按广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规程》(DBJ/T 15-92—2021)取为多遇地震作用下1/450;在保证上部剪力墙先于底部框支框架屈服的前提下,大幅度放松底部框架层间位移角限值及非两区八类建筑全框支剪力墙减隔震结构层间位移角限值,也取为多遇地震作用下1/450。实现合理的屈服机制尤为重要。

构件承担倾覆力矩的计算方法

基于楼层构件的弯矩平衡方程,推导了抗规框架部分承担倾覆力矩的计算公式(简称抗规公式)。给出了抗规公式的解释,把抗规公式拓展到有斜杆的结构和坡楼(屋)面的结构。有斜杆的结构,抗规公式中的剪力取斜杆的水平分力;坡楼(屋)面结构,抗规公式的楼层高度取相邻楼层水平荷载合力作用点高度的差值。文献中基于轴力的框架部分承担倾覆力矩计算方法(简称轴力法),采用的是不同于抗规公式的结构承担倾覆力矩定义,举例说明了轴力法常见确定取矩轴方法存在的问题。带有斜杆、坡楼层、坡屋面的6层框架-剪力墙结构的算例,说明了构件承担倾覆力矩抗规公式的应用,阐明了轴力法确定的取矩轴与规范公式暗含的轴力取矩轴不一致是轴力法与规范公式计算结果不同的原因。

大断面隧道初期支护中纵向连接与拱架联合承载效应

针对大断面隧道初期支护拱架在承载时易发生平面外失稳的问题,本文通过开展单拱架全比尺试验和考虑纵向连接的拱框架结构的数值试验以及现场对比试验,对纵向连接与拱架组成的拱框架结构进行优化研究,使其横向上有足够承载能力、纵向上有较高稳定性。研究结果表明,单个拱架的破坏模式是局部面外失稳导致整体承载力丧失,考虑纵向连接的拱框架结构的平面内承载力和平面外稳定性都得到增强。通过调整纵向连接间距和拱架间距也可以调整初期支护拱框架结构和喷射混凝土的内力分担比,以充分发挥初期支护的承载能力,但纵向连接间距应小于1500 mm,拱架间距也应小于1200 mm。因而,在不改变初期支护现有结构形式的前提下,通过合理地布设纵向连接与拱架形成的具有空间承载效应的拱框架结构,不仅可以保证初期支护的承载能力,而且还提高施工效率和经济效益。研究成果可指导大断面隧道初期支护结构设计。

狭窄空间混凝土结构制式张弦预应力外置钢支撑架单侧支模施工技术

针对狭窄空间混凝土结构施工中传统单侧支模体系植筋数量大、加固钢支架笨重、不便安装等问题,结合上海交通大学医学院附属瑞金医院消化道肿瘤临床诊疗中心项目,采用制式张弦预应力外置钢支撑架施工技术。制式张弦预应力外置钢支撑架通过调节顶撑机构的长度,使顶撑机构两端分别撑紧工字钢和组合式连接件,预应力张拉弦杆产生拉应力,工字钢受到顶撑的水平作用力抵消了混凝土浇筑时的水平作用力,从而大幅度提高施工效率、降低成本,并消除因大量植筋造成渗漏的质量隐患,确保了竖向结构的平整度垂直度。该施工技术简化了传统单侧支模架体结构、降低了钢外架整体质量、安装便利,同时钢支架设计成制式可拼拆构件,易于安拆及保存,多次循环周转使用得以实现,可为其他类似项目实施提供借鉴。

光伏板清扫机器人行走机构支撑架应力应变试验研究

通过采用静态应变仪对光伏板清扫机器人行走机构支撑架进行静态测试,在满载的基础上,同时考虑行走机构实际工作时可能产生变形的地方,所以在支撑架上选取4个点进行测试,得到相应的试验数据,再将其与有限元分析结果进行分析对比。结果显示,有限元分析结果与试验数据在整体上基本吻合,从而验证了设计的可靠性,为后续新型光伏板清扫机器人行走机构的优化设计打下基础。