结构设计论文大全11篇
时间：2023-03-10 14:51:14
结构设计论文篇（1）
2强度及配筋计算
箱涵的各部分构件受弯矩、剪力和轴力三种内力作用，在进行配筋计算时根据不同部位所受上述三种内力的大小采用不同的公式进行配筋计算。根据受力分析，本文箱涵各构件按偏心受压构件计算。偏心受压构件计算方法参见《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)及参考文献[2]。本文根据内力计算结果，分别对箱涵各构件跨中及端点进行强度及配筋计算，经计算箱涵顶板、底板和侧壁受力钢筋采用16@150均可满足要求，其余钢筋按构造配置即可。
3基底应力计算
地基反力的分布与箱涵的跨径及地基等条件有关，本涵洞尺寸较小，为简化计算，假定地基反力按均匀分布。式中，N为短期效应组合在基底产生的竖向力，M为作用短期效应组合产生的水平力和竖向力对基底重心轴的弯距，W为基础底面偏心方向面积抵抗矩，A为1m箱带基底面积。由计算结果可知箱涵的地基承载力满足要求。
结构设计论文篇（2）
2结构设计的阶段
结构设计的阶段大体可以分为三个阶段,结构方案阶段,结构计算阶段和施工图设计阶段。方案阶段的内容为:根据建筑的重要性,建筑所在地的抗震设防烈度,工程地质勘查报告,建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式(例如,砖混结构,框架结构,框剪结构,剪力墙结构,筒体结构,混合结构等等以及由这些结构来组合而成的结构形式)。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。
结构计算阶段的内容为:2.1荷载的计算。荷载包括外部荷载(例如,风荷载,雪荷载,施工荷载,地下水的荷载,地震荷载,人防荷载等等)和内部荷载(例如,结构的自重荷载,使用荷载,装修荷载等等)上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。2.2构件的试算。根据计算出的荷载值,构造措施要求,使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。2.3内力的计算。根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算,包括弯矩,剪力,扭矩,轴心压力及拉力等等。2.4构件的计算。根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制(比如,轴压比,剪跨比,跨高比,裂缝和挠度等等)来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。
施工图设计阶段的内容为:根据上述计算结果,来最终确定构件布置和构件配筋以及根据规范的要求来确定结构构件的构造措施。
3各设计阶段的基本方法
根据方案阶段的主要内容,其基本方法就是根据各种结构形式的适用范围和特点来确定结构应该使用的最佳结构形式,这要看规范中对于各种结构形式的界定和工程的具体情况而定,关键是清楚各种结构形式的极限适用范围。还要考虑合理性和经济性。
在结构计算阶段,就是根据方案阶段确定的结构形式和体系,依据规范上规定的具体的计算方法来进行详细的结构计算,规范上的方法有多种,关键是结合工程的实际情况来选择合适的计算方法,以楼板为例,就有弹性计算法,塑性计算法及弹塑性计算法。所以选择符合工程实际的计算方法是合理的结构设计的前提,是十分重要的。
在施工图设计阶段,就是根据结构计算的结果来用结构语言表达在图纸上。首先表达的东西要符合结构计算的要求,同时还要符合规范中的构造要求,最后还要考虑施工的可操作性。这就要求结构设计人员对规范要很好的理解和把握。另外还要对施工的工艺和流程有一定的了解。这样设计出的结构,才会是合理的结构。
4规范、手册及标准图集和计算机在具体工作中的应用
结构设计的准则和依据就是各种规范和标准图集。在进行不同结构形式的设计时必须要紧扣不同的规范,但这些规范又都是相互联系密不可分的。在不同的工程中往往会使用多种规范,在一个工程确定了结构形式后,首先要根据《建筑结构可靠度设计统一标准》来确定建筑的可靠度和重要性;然后再根据《中国地震动参数区划图》,《建筑抗震设防分类标准》《建筑抗震设计规范》确定建筑在抗震设防方面的规定和要求,在荷载的取值时要按照《建筑结构荷载规范》来确定,这是建筑总体需要运用的规范。在工程的具体设计方面,涉及到砌体部分的要遵循《砌体结构设计规范》的规定;涉及到混凝土部分的要遵循《混凝土结构设计规范》的规定;涉及到钢筋部分的要遵循《钢筋焊接及验收规程》和《钢筋机械连接通用技术规程》的规定;在基础部分的设计时需要遵循的是《建筑地基基础设计规范》的规定。最后在结构绘图时则要符合《建筑结构制图标准》的要求。
在各种结构设计手册中,给出了该结构形式设计的原理,方法,一般规定和计算的算例以及用来直接选用的各种表格。这对于深刻理解和具体设计各种结构形式具有良好的指导作用。推荐最好能参照设计手册来手算典型的结构形式。
标准图集是依据规范来制定的国家和省市地方统一的设计标准和施工做法构造。不同的结构形式有不同的标准图集。设计中常用的有,结构绘图时采用:平法制图(03G101-1),砌体中的钢筋混凝土过梁采用:过梁(L03G303),砖混结构抗震构造详图采用:L03G313,钢筋混凝土结构抗震构造详图采用:L03G323,地沟及盖板采用:02J331。需要说明的是,在选用标准图集时一定要根据具体工程的实际情况来酌情选用,必要时应说明选用的页号和图集号,不可盲目采用。
计算机在结构设计设计中起着极其重要的作用,现在工程中已经很少用手来绘制施工图,绝大部分的图纸是靠计算机来完成的。这就需要设计者要精通设计软件和软件的计算原理。现在结构设计中用到的软件种类很多,其中以中国建筑科学研究院的PKPM最为普及,当然还有很多应用CAD,天正,广夏结构等等。
结构设计论文篇（3）
1引言
型钢混凝土结构构件具备诸多优势，比如：受力性能好、截面尺寸小、抗震性能好、自重轻等，在石油化工结构设计中具备很优越的应用价值。在型钢混凝土结构设计过程中，需要明确方法，遵循《型钢混凝土组合结构技术规程》《型钢混凝土结构设计规程》等[1]。此外，还有必要通过构件的实际受力情况，对设计进行优化。总之，由于型钢混凝土具备很好的应用价值，所以对其应用进行探讨意义重大。
2工程实例分析
在石油化工焦化装置中，焦炭塔框架属于核心构筑物，操作重量大，装置支座位置及井架总高度偏高，通常情况下会有焦溜槽以及楼梯间附带。整体结构体系较复杂，设计存在一定难度。以某炼油厂为例，其工程延迟焦化装置焦炭塔框架属于两塔结构，焦炭塔单塔自重达4300kN(430t)，塔外径为9690mm，单塔最大高度为41.3m。水焦工况最大操作介质为3040t，满焦工况焦炭量达到1150t。该工程所处场地在地面上10m位置的基本风压为0.5kN/m2，地面粗糙度为B类，抗震设防裂度为7度，工程场地设计基本地震加速度值为0.15g[2]。从框架设计来看属正常，但在结构空间利用方面提出了一些基本建议：（1）尽可能控制主要构件截面，使整体平面布置的需求得到有效满足；（2）确保塔体下方具备充足的空间，能够设置冷焦水过滤器1台和别的附属操作框架；（3）在塔体下方框架位置，有必要对全封闭设备操作房进行合理设置；（4）确保型钢混凝土结构能够合理、科学地应用，进而发挥型钢混凝土结构的作用。
3型钢混凝土结构的选择以及模型的计算
3.1结构选择
对于上述工程的焦炭塔框架设备支承部分来说，为典型的塔型设备基础，即：两塔板式框架联合塔基础，一共有3层，高为27m，纵向连续两跨2.5m×2，横向为单跨12.5m，出焦井架标高为27～117m，属中心支撑钢结构框架。
3.2模型计算
在设计中，所使用的是有限元分析软件STRAT，在利用该软件进行计算过程中需由经验丰富的技术人员操作，以确保计算值的精准性。同时，在焦炭框架选择上，选择高耸组合结构，在建模分析过程中，有必要对下部混凝土框架和上部钢结构的共同作用充分考虑，以此有效模拟结构的具体情况。对于完整的焦炭塔框架模型来说，需具备：①混凝土框架柱；②井架钢结构梁；③混凝土框架梁。此外，利用厚壳单元模拟混凝土顶板，利用薄壳单元模拟设备塔体。
4荷载组合与截面设计
4.1荷载组合分析
根据相关设计规范要求，对焦炭塔框架设计需根据承载能力极限状态最不利的效应组合加以设计。因此，两塔结构设计时的荷载组合为：（1）正常操作工况下：1.2永久荷载＋1.0×1.3×（介质荷载＋活荷载）＋1.4×风荷载；（2）停产之前：1.2永久荷载＋1.0×1.3×（介质荷载＋活荷载）＋1.4×风荷载；（3）停产检修工况下：1.2永久荷载＋1.0×1.3×活荷载＋1.4×风荷载；（4）地震作用下：1.2×[永久荷载＋0.5×（介质荷载＋活荷载）]＋1.3×水平地震荷载＋1.4×0.2×风荷载[3]。总之，需合理分析荷载组合，以此为进一步截面设计以及计算结果的准确性提供保障。
4.2截面设计分析
截面框架柱、框架梁的设计内容如下：1）框架柱设计。在设计初始阶段，如果外在条件全部一致，为了使框架柱截面的尺寸得到有效保证，可选择2种框架柱截面尺寸，通常会选择1个大柱尺寸，即：2500mm×2500mm规模；同时选取1个小柱尺寸，即：1800mm×1800mm规模，根据计算结果，采取对比的方法最终选择适合本工程结构的合理尺寸。在外在条件一致时，大柱和小柱模型需采取分别进行计算的方法。由于会受到框架柱截面尺寸差异的影响，进而使结构刚度存在很大的差异。针对此类情况，需要利用地震组合工况控制好设计结构。从实际经验来看，小柱模型在刚度上偏小，在柔性上较好，基于同样风载或者地震条件作用之下，结构内力偏小，便于为构件截面设计提供有利的条件。2）框架梁设计。对于框架梁来说，因受到工艺设计需求的影响，加之标高相对明确，使得调整的空间偏小。在梁截面上，一般选取为1500mm×2500mm。在对梁截面刚度进行合理增多的条件下，能够使框架柱的反弯点位置得到有效控制，进而使框架梁设计弯矩的要求得到有效满足。基于框架梁内部对H型钢进行设计，能够和框架柱内型钢柱之间组合成为内框架体系，从而使结构的整体性得到有效提升[4]。此外，框架顶板属于设备的支座层，起到承载塔体荷载的作用，在顶板中间部位需设置型钢斜梁，并采取STRAT计算结果提取内力，对厚板配筋进行计算。总结起来，在设置斜梁的条件下，能够使顶板的受力得到有效改善，同时使传力路线得到有效简化。
5结语
本次研究结合实际工程案例，对型钢混凝土在石油化工结构设计中的应用进行了探讨。在了解工程实例的条件下，需选择合理的型钢混凝土结构，并通过模型的计算，进一步分析荷载组合，然后在截面设计过程中，注重框架柱的设计和框架梁的设计。总之，对于型钢混凝土结构来说，对型钢和混凝同受力的特性加以应用的条件下，使混凝土的抗压性能以及型钢的抗弯性能得到有效展现，进而使结构的延展性得到有效提升。此外，在合理应用型钢混凝土结构的条件下，能够提升结构空间的利用效率，进而使实际生产需求得到有效满足。
作者:冉艳华 单位:中海油山东化学工程有限责任公司
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结构设计论文篇（4）
由于相机采用全反射光学系统，反射镜的背部不参与光束传输，因此，常采用刚度较高的背部支撑方式。
1．2柔性支撑结构设计
在主镜支撑结构上减弱了个别方向上的刚度，引入了一定的柔性，以此来抵消反射镜由于温度变化产生的热应力和微小变形。柔性铰链被广泛应用于支撑结构的柔性设计领域，其具有无机械摩擦、结构简单、释放自由度和灵敏度高等特点。柔性铰链通过在某一方向上切开一个柔性槽，以降低该方向上的刚度，体现其柔性，使其能够产生微小变形，释放热应力，只存在一个柔性槽的柔性铰链被称为单向柔性铰链，而在一般情况下，往往将多个柔性槽成组使用，即可实现在多方向上的柔性，达到释放多个自由度的目的，将其称之为多层柔性铰链。由于主镜采用背部3点支撑方式，在反射镜长度方向上对称分布支撑点位置，基于半运动学安装定位原理，每个柔性支撑结构需要约束两个方向的自由度，因此，采用3层组合式柔性铰链，释放4个方向的自由度，参考Bipod双脚架设计原理，设计柔性支撑结构，其分为两个部分，上部分与反射镜支撑孔粘接，下部分与支撑背板连接，上下两部分通过螺钉连接。3个柔性铰链对心安装，便可以恰好约束镜体6个方向的自由度，又不会因为过定位产生装配应力。支撑背板的作用是固定连接3个柔性支撑结构，将反射镜固定安装在框架指定位置，因此采用高强度的加强筋与薄壁组合的结构形式，组成多个结构封闭的四边形单元，以达到支撑背板高刚度的的要求。对比材料各项性能指标，综合考虑力学性能、热性能、对空间环境的适应性以及加工工艺性等因素，选用线胀系数经过特殊匹配的Invar作为反射镜柔性支撑结构的材料，采用比刚度高、导热性好、线胀系数低的高体份SiC/Al复合材料作为支撑背板的材料。
2镜体轻量化设计
在反射镜背部，布置一系列形状规则的三角形轻量化孔，具有轻量化率较高、刚度好、“网格效应”低、加工制造工艺成熟等优点。为确定主镜镜体最优的结构尺寸，在反射镜刚度最大和质量最小之间取得最佳平衡，需要对镜体进行优化设计。首先建立反射镜的有限元模型，分析其在1g重力作用下的变形，并提取镜面最大变形结果，生成优化过程中所需要的分析文件，然后，选择优化处理器，确定目标函数为反射镜质量最小，状态变量为1g重力作用下的镜面最大变形结果，设计变量为反射镜结构尺寸参量，选择背部3点支撑约束，指定优化方法及循环控制方式，便可以进行优化分析。但是，在主镜结构优化设计过程中，影响反射镜镜体质量和刚度的结构参量有很多，若都进行优化设计，会使设计变量增多，迭代次数增加，运算效率降低，甚至导致无法收敛。由于各结构尺寸的影响程度各不相同，可以首先分析各参量对镜体质量和1g重力条件下镜面最大变形量的影响。因此，在进行结构优化分析之前，先确定影响较小的结构尺寸参量，降低计算规模，再对影响较大的结构尺寸参量进行多变量优化。
3反射镜组件有限元分析
对经过分析和优化设计后的主镜组件进行有限元分析，在建立结构的有限元模型时，以六面体Hex6单元为主，以提高分析精度和效率。利用有限元分析软件，分析得到主镜组件在重力和温度影响下的变化结果，Fig.8Thefirst-orderfrequencyofprimarymirror由分析结果可以看出，主镜组件在重力和温度变化作用下，表征面形变化的PV值和均方根(rootmeansquare，RMS)值，以及表征位置变化的位移值和转角值均能满足设计要求，1阶频率为80．03Hz，满足卫星对载荷特征频率大于60Hz的要求，因此，主镜组件结构具有较好的力学适应性、温度适应性和动态刚度。
4力学振动试验
为了验证上述有限元分析结果的正确性，以及对实际加工装配后的主镜组件结构的稳定性有一个客观评价，对主镜进行了1g正弦扫频试验，测试结构的实Fig.9Vibrationtestofprimarymirror际模态，如图9所示。振动响应曲线如图10所示，纵坐标表示对测点加速度响应值Ma求以10为底的对数。从响应曲线可以看出，主镜组件的实际1阶频率为73．06Hz，动态刚度较高，且与有限元分析误差不到10%，说明了有限元分析结果精度较高。Fig.10Responsecurveof1gsinusoidalvibration
结构设计论文篇（5）
采用行星针轮摆线啮合付的一齿差原理和结构的液压马达，又称它为外行星传动机构，它的产生对开拓液压技术应用范围将是一次重大的突破。它的技术优势明显，具体可分为：优化的液压机械技术、优化的结构创新设计和具有领先的应用技术和较大的拓展性技术。对此可进行不断的开拓和创新。
可以预见，此结构在不久的将来，应用范围一定会越来越广，对解决中国能源的紧迫感有重大作用。应用此技术对国民经济发展中节能、节省资源和降低制造成本也会产生一定的影响，对扩大液压机械的应用开拓是一项重大的贡献。本课题研究内容和任务，就是以一种新型结构的液压泵和马达液力转换能量方式，取而代之是一种大功率，高效率，小体积，低价格的马达。
关键词：摆线马达液力转换机构配油机构孔销机构
TheStructureDesignOfExtrasolarplanetscycloidMotor
Abstract
Rapiddevelopmentofscienceandtechnologyoftoday,machineshavelargelyreplacedhumanlabor,liberatingthepeopleoftheclassmanualforfurtherindustrialdevelopmentintostreamsofmomentummoretotheprogressofmankindmadeanindeliblerole.However,whilethemachineryintheindustrialdevelopmentofmankindhaveapivotalrole,wehaveanewprobleminfrontofus,howdopowersource,Howcanwemakebetteruseofthenaturalresourcesaroundus?Wanghumanprogressinthefaceoftheladderisajointseriesofemergingissues--howtogenerateaconstantsupplyofpower?Tosolveaseriesinvolvingthesourceofpower,motors,motor,theinternalcombustionengine,aseriesofpumppowergeneratoronthebreedandhealth.Hydraulicmotorsisliketheheart,asteadysupplyofenergyconversionandenergy.ForthedevelopmentofITindustrieshasmadeindeliblecontributions.Usingneedlesroundcycloidplanetarymeshingpayatoothdifferenceprincipleandstructureofhydraulicmotors,alsocalledextrasolarplanetsdrive,Itsappearanceonthepioneeringapplicationofhydraulictechnologywillbeamajorbreakthrough.Itstechnicaladvantagesareobvious,concretecanbedividedinto:optimizationofhydraulicmachinerytechnology,theoptimumstructurewithinnovativedesignandtheapplicationofleadingtechnologyandthedevelopmentofmoretechnology.Thiscanbecarriedoutcontinuouslyandinnovation.Itcanbeforeseenthatthisstructureinthenearfuture,theapplicationwillbecomewider.Chinatosolvetheenergyofurgencyamajorrole.Applicationofthistechnologytothedevelopmentofthenationaleconomyenergy,saveresourcesandreducethecostofmanufacturingwillhaveadefiniteimpactHydraulicmachinerytoexpandtheapplicationdevelopmentisamajorcontribution.Theresearchcontentandthetaskistoanewstructureofthehydraulicpumpmotorsandhydraulicenergyconversion,Insteadofahighpower,highefficiency,smallsize,lowpriceofmotors.
Keyword：cycloidmotorHydraulicConverterDistributionoilsectorKongmarketingagencies
液压马达
20世纪，由于电力工业的飞发展，工业领域中满目所见、充耳所闻皆是电马达的旋转和轰鸣，因此，人们大大忽视了液压马达的存在。
其实，电马达由于受磁饱和的限制，在每平方厘米上只能产生数十牛顿的电磁力，其数量级仅为0.1MPa；而液压马达的工作压力通常为10MPa数量级，两者相差几十甚至数百倍。因此，电此，电马达扭矩很小而转速很高，一般都要通过减速机构方能驱动负载。
液压马达，尤其是低速大扭矩马达，均可直接驱动负载。液压马达力密度大，在同等功率输出情况下，其重量、尺寸仅为直流电马达的5%~20%，相对质量很轻，所以转动惯小，启动、制动、反向运转快速性及低速稳定性好，并可方便地实施无级调速，这些令电马达无法相比的优点，使得近20年来液压马达和液压技术在全世界都得以迅速地推广应用和深入普及，人们在实践中也越来越感到液压马达的重要性。
世界上经济技术发达国家，一贯重视液压马达的研究、开发、制造和应用，并不断进步和获得新的成果，而且论著颇丰。相比之下，我国由于技术基础较为薄弱，人们的认识水平也远远不及先进国家，国人对于液压马达的论述专著极为罕见，对于液压马达实用技术方面专著更可谓“蹋破铁鞋无觅处”。
到目前为止，液压马达的种类已是层出不穷，有高速液压马达，低速液压马达，摆动液压马达，还有如定量液压马达，变量液压马达，单作用液压马达，多作用液压马达等，而摆线马达则是属于低速液压马达中的子种类——多作用液压马达中的一种，而单单摆线液压马达也分为好多种：双定子叠加式盘配流摆线液压马达，集成式摆线液压马达，BMR（2）轴配油摆线液压马达，BM式摆线液压马达，外形星针轮式摆线液压马达。
摆线齿轮马达BM是我国机械部重点企业、江苏省液压气动密封件协会大批量制造的行星转子式摆线齿轮液压马达。它是一种利用行星减速机械原理的内啮合摆线齿轮马达。这种马达自1955年发明以来，随即传入我国，以其独特的优点获得迅的发展。这种优点表现为：结构简单、体积小、质量轻、转矩大，单位质量功率远比其他类型的液压马达。另外，这种马达的转速范围宽、使用可靠、低速稳定性好、价格低廉。目前全世界的年产量已超过百万台，被广泛应用于塑料机械、工程机械、农业机械、煤矿机械、起重运输机械、渔业机械及专用机床等设备中。而且，采用传统机械能量转换方式，不但要储备一定功率，变速时对主机部击很大，影响其寿命，又多耗约7%油料。本课题研究内容和任务，就是以一生中新型结构的液压泵和马达液力转换有量方式，取而代之。这种新型结构的液压马达，为一齿差“外行星针轮摆线的传动原理机构，能满足船舶大范围性能的工况要求，其特点：可选各主参数值范围大，比功率值大。总效率，体积小，重量轻和价格低。”
此摆线马达是一个小体积，大功率的摆线马达
液压马达习惯上是指输出旋转运动的,将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置.
从能量转换的观点来看，液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件，向任何一种液压泵输入工作液体，都可使其变成液压马达工况；反之，当液压马达的主轴由外力矩驱动旋转时，也可变为液压泵工况。因为它们具有同样的基本结构要素--密闭而又可以周期变化的容积和相应的配油机构。
但是，由于液压马达和液压泵的工作条件不同，对它们的性能要求也不一样，所以同类型的液压马达和液压泵之间，仍存在许多差别。首先液压马达应能够正、反转，因而要求其内部结构对称；液压马达的转速范围需要足够大，特别对它的最低稳定转速有一定的要求。因此，它通常都采用滚动轴承或静压滑动轴承；其次液压马达由于在输入压力油条件下工作，因而不必具备自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的起动转矩。由于存在着这些差别，使得液压马达和液压泵在结构上比较相似，但不能可逆工作。
液压马达按其结梅类型来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其它型式。按液压马达的额定转速分为高速和低速两大类。额定转速高于500r／min的属于高速液压马达，额定转速低于500r／min的属于低速液压马达。高速液压马达的基本型式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速较高、转动惯量小，便于启动和制动，调节(调速及换向)灵敏度高。通常高速液压马达输出转矩不大所以又称为高速小转矩液压马达。低速液压马达的基本型式是径向柱塞式，此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式中也有低速的结构型式，低速液压马达的主要特点是排量大、体积大转速低(有时可达每分钟几转甚至零点几转)，因此可直接与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大为简化，通常低速液压马达输出转矩较大，所以又称为低速大转矩液压马达。
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目录
前言5
1．概述7
1．1液压马达7
1．3摆线马达的相关问题8
2．摆线及其相关的问题14
2．1问题的提出14
2．2摆线的定义与研究历史14
2．4摆线的两个重要性质16
2．5摆线的其他有关方面17
3．摆线轮的结构与工作原理及其分析计算19
3．1概述19
3．2啮合原理20
3．3摆线轮的啮合特性22
3．4摆线针轮作用力的理论分析27
3．5摆线针轮的齿面接触强度的理论分析30
4.摆线轮机构及其相关部分机构的方案设计及其计算33
4．1参数方案选择设计33
4．2实际参数设计计算37
5．其它部分设计分析42
5．1参数选择分析与计算42
5．2柱销与孔的作用力分析44
5．3螺栓分析与计算46
5．4轴承的设计计算49
5．5壳壁主要部分的设计计算52
5．6封密装置的设计分析53
结束语55
结构设计论文篇（6）
2停车场主要单体结构设计总结
停车场内房屋结构安全等级为二级，结构设计使用年限为50年。根据《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223－2008，除变电所为重点设防类外，其余均为标准设防类建筑［7］。根据《建筑抗震设计规范》GB50011－2010，本实例工程属于抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度0.05g，地震设计分组为第一组［8］，结合地方管理规定和场地地震安全性评价报告，场区特征周期0.35s，地震影响系数最大值0.0765，场地土类别为Ⅲ类。工程材料选择:主体结构混凝土等级采用C30，地下室结构采用P6抗渗等级防水混凝土，二次浇捣构件(如构造柱和圈梁等)混凝土等级采用C25，钢梁钢柱采用Q235B钢材。主要建筑单体结构布置和基础选型如下:综合楼建筑面积约7000m2，总高度为22.35m，五层钢筋混凝土框架结构，局部有地下室，柱网布置开间7.8m，进深7.2m，抗震等级四级，主要柱截面600×600，主要梁截面300×700。选用直径500预应力混凝土管桩桩承台基础，持力层粉质粘土。
运用库建筑面积2万平方米单层工业厂房，采用门式刚架结构，钢柱钢梁抗震等级四级，柱网跨度15m+28m+26.4m+26.8m，柱距离6m，主要柱截面H600×350×8×16，主要梁截面H(1000～700)×350×12×20。柱下基础选用直径400预应力混凝土管桩桩承台基础，轨道道床基础选用直径400预应力混凝土管桩桩筏基础，持力层粉质粘土。洗车库和污水处理站为一层钢筋混凝土框架结构，局部两层，抗震等级四级，主要柱截面500×500，主要梁截面300×800。选用直径400预应力混凝土管桩桩承台基础，持力层粉质粘土。变电所为两层钢筋混凝土框架结构，其中一层为半地下室电缆夹层，抗震等级三级，主要柱截面400×400，主要梁截面300×900。选用直径400预应力混凝土管桩桩承台基础，持力层粉质粘土。人行天桥独柱钢筋混凝土框架结构，柱网布置跨度7m+13m+12m+8.5m，抗震等级四级，主要柱截面500×1200，主要梁截面400×1200。选用直径600钻孔灌注桩桩承台基础，持力层粉质粘土。
3结构设计难点分析
(1)根据场地地质概况的描述，本场地淤泥及淤泥质土较厚，新填土达4m深，场地地面沉降不稳定，柱下基础和库房内无砟整体现浇道床，对基础沉降极其严格，选用何种加固处理措施，是结构设计难点之一。
(2)运用库为大跨度工业厂房，采用何种结构体系，是本工程结构设计难点之二。考虑施工周期和经济指标，本工程采用钢梁钢柱门式刚架结构体系。
(3)刚架梁梁连接节点计算时，高强螺栓计算中和轴位置的确定是本工程结构设计难点之三。查阅相关资料，中和轴位置的确定有两种假定:①中和轴在受压翼缘中心，假定模型:在弯矩作用下，把梁根部截面弯矩简化为作用于梁上、下翼缘的力偶，同时把梁受拉翼缘和端板作为独立的T形连接件看待，忽略腹板的扶持作用。此假定螺栓受力与端板厚度关系很大，设计计算较为繁琐;②中和轴在端板形心，假定模型:高强螺栓外拉力总是小于预拉力，在连接受弯矩而使螺栓沿栓杆方向受力时，被连接构件的接触面一直保持紧密贴合，认为中和轴在螺栓群的形心轴上。根据《端板连接高强度螺栓群中和轴位置研究》试验论文结果，螺栓群中和轴介于其端板形心与受压翼缘内侧中心线之间，当所受弯矩越小，则中和轴越接近端板形心轴，越大则越接近受压翼缘［9］。
4配合施工遇到的问题分析
(1)围墙开裂。分析原因:新填土4m高，围墙距离护坡边仅1m，施工工期较紧，施工单位无法用大型机械分层碾压，填土密实度达不到设计要求。解决措施:①围墙基础选用刚性较大条形基础，防止不均匀沉降，此方案施工较快，造价便宜。②选用换填处理或水泥搅拌桩加固围墙基础下新填土，减小不均匀沉降量，此方案施工周期较长，造价偏贵。综上所述，本工程选用第一种解决措施。
(2)运用库库内柱式检查坑，轨道下混凝土短柱出现偏柱、歪柱等现象。分析原因:短柱设计由结构和轨道两个专业，施工也分别由两家单位施工。解决措施:①混凝土短柱设计为钢柱，直接安装。②混凝土短柱由一家施工单位施工。建议日后设计采用第一种解决措施。
(3)人行天桥柱下管桩无法施工。分析原因:人行天桥跨轨道设置，场地内轨道区域下被地路专业设计水泥搅拌桩加固。解决措施:①天桥柱下基础改为钻孔灌注桩;②检验水泥搅拌桩加固后地基承载力，如不够采用，采用CFG桩加固后采用柱下独立基础。结合现场工期需要，本工程采用钻孔灌注桩基础方案。综上所述，结构设计时，充分运用结构设计难点分析结果，指导结构设计;配合施工时，遇到以上问题，经分析原因，采取我们选用的处理措施，得到明显改善效果，保质保量，按时完成土建施工。目前，本工程已投入使用2年，没有出现任何问题，得到业主单位一致认可。
5结构设计建议
(1)运用库库房内轨道道床为无砟整体现浇道床，对基础沉降极其严格，铁路规范要求控制在20mm以内，如果道床下地质情况不好，建议采用预应力混凝土管桩桩筏基础。
(2)运用库为一层钢结构工业厂房，采用何种结构形式，需根据结构计算和经济比较。结合本工程实例，试算比较后，得出如下经验:柱跨28m，采用混凝土柱+钢梁排架结构和钢梁钢柱门式刚架结构较经济，综合考虑施工工期，选钢梁钢柱门式刚架较适用。
(3)刚架梁梁连接节点设计时，综合考虑各种因素，高强螺栓群计算中和轴宜选端板形心。
(4)场地平整有大量新填土，新填土下有较厚的淤泥和淤泥质土，计算单桩承载力时一定要考虑桩侧负摩阻力。
(5)结合配合施工中的问题，建议结构设计时改进以下措施:①场地内高填方区围墙应做刚性较大的条形基础，以避免围墙不均匀沉降开裂;②运用库库内柱式检查坑，轨道下混凝土短柱出现偏柱、歪柱等现象，影响传力和结构安全，建议混凝土短柱设计为钢柱，直接安装即可;③被其他专业加固的场地区域，柱下基础结构设计时，建议选用钻孔灌注桩。
结构设计论文篇（7）
1.1.1载体材料目前催化器使用的载体有陶瓷载体和金属载体。要求三元催化器载体具有高的几何表面积、强度和氧化阻抗等，低的热容量、压力降和热膨胀系数，以及有效的废气热转换，且易于涂覆。图1示出陶瓷载体和金属载体的起燃温度比较图。从图1可以看出，陶瓷载体具有较好的起燃特性，排放控制效果也较好[2]。
1.1.2载体结构陶瓷载体采用高目数及薄壁结构能取得较好的净化效果。图2示出载体有效催化面积与目数的关系。载体目数增加对发动机的输出功率有一些影响，设计目标是尽量减少其对功率的影响，并达到排放要求。通过理论分析和试验研究，选用600cpsi/4mil结构，能够达到理想的效果。
1.1.3载体封装设计方案的选择主要从发动机舱空间大小、底盘空间布置、排放要求及成本控制进行考虑。在载体的选择上应尽量考虑采用圆形的载体，因为其气流分布的均匀性、催化剂的利用率、背压及封装工艺性都是最好的，但有时由于空间位置的关系还必须采用椭圆形或者跑道形载体。现有的载体封装方式分为蚌壳式、压入式和捆绑式，如图3所示。不同封装方式的底座平均压力也不相同，如图4所示。因增压器存在，催化器布置较为困难，催化器的布置较靠后，同时受空间限制，前级载体较小，前级背压可能会较高，很多情况下前级采用金属载体。金属载体背压与热容小，无需封装，可以直接焊端锥，相同催化器空间可获得更大的载体体积。
1.2贵金属涂层和涂覆工艺
1.2.1贵金属涂层贵金属的配比和用量对排放有较大影响。一般贵金属量越大，排放效果越好。手动及自动挡的载体涂层配比，如表1所示。
1.2.2涂覆工艺除了基本的设计外，还需借助隔离涂层技术，控制涂层成分的布置，保持催化器活性和耐久性。对于贵金属，特别是Rh，要避免因与氧化物（氧化铈）发生有害反应而生成低性能合金（如Pd-Rh），从而避免固态失活物（如铝酸盐）的形成，改善碱土的促进作用。采用特别的隔离涂层工艺，不仅使原子级的催化剂工程技术得以实现，使贵金属以原子态散布在特殊基层金属氧化物载体上，而且对贵金属功能有特别促进作用，可避免形成低性能合金，避免贵金属与基层金属氧化物生成化合物[4]。
2催化器模态分析
对该机型催化器前级进行模态振动分析。图5示出本机型催化器前级各危险点分布，表2示出前级中各危险点的分析数值。根据催化器前级在发动机上的实际安装状态，对其安装点进行约束及载荷加载，其约束位置，如图5中红圈部分所示。确定催化器约束点后对催化器进行模态分析，主要为了保证计算后的催化器模态高于发动机基础模态（大约在240Hz），避免与发动机产生共振而造成催化器损坏。同时为了观察前级催化器壳体在工作中的变化，一般对前6阶模态进行计算，如图6所示，用于壳体设计的参考。经过分析，在工作状态下其频率在2600Hz以上，主要表现为空腔部分的径向呼吸模态。
3排气系统CFD分析
3.1物理边界的确定图7示出催化器原始三维几何模型。通过抽取流体外壳及拉伸进出口边界，确定其物理边界。
3.2CFD物理模型及网格划分图8示出对排气系统建立的物理模型。各部件的内部结构完全按照实际结构进行构建，外部结构在不影响计算结果的情况下进行了适当简化。采用切割体网格对排气系统进行网格划分，主要由六面体网格构成，在保证计算精度的同时节约计算时间。
3.3初始参数及条件计算工况：排气管的流量为0.13kg/s，排气入口温度1173K（900℃）。
3.4边界条件设置1）入口边界：温度为1173K，将入口气流设定为均匀分布且沿入口轴线方向流动，介质为空气（因无确定的尾气物性数据，用空气近似代替），气体流量为估算值0.13kg/s；2）出口边界：经过前期的模拟试算表明，在较低压力状况下，出口压力的设置对排气系统的压力损失没有影响，对流出出口区域采用压力边界的形式，压力设置为500Pa；3）多孔介质：尾气在催化剂载体内是沿其孔道径向流动，因此，催化剂载体按各向异性多孔介质处理，即流体流经载体时只有沿轴向的速度和压力损失。表3示出排气系统背压计算结果。由表3可以看出，连接管段压力损失约占一半，对背压的贡献最大，是需要改进的主要地方。图9示出排气系统背压分布图，如图9红框所示，这部分弯管是管段压力损失的主要来源，也是优化的主要目标区域。图10示出排气系统背压局部图。图10中红框部分为压力损失较大的区域：前级催化器收缩端接口部分。
3.5流动不均匀性指数气流在载体截面上的流动均匀性影响到气体在催化剂载体中的停留时间，对催化剂的催化效率有很大影响。同时，流动均匀能有效减少压力损失。图11示出载体端面气流分布图。在这里，用催化剂载体截面上流体速度不均匀度指数D来评价在催化器截面上流动的均匀程度。D越小，表示流动越均匀，D越大，流动分布越不均匀。取催化剂载体入口端1cm处计算，得出：前后级催化载体不均匀指数分别为：0.252，0.431。
3.6优化方案结合优化工作，进行综合改进，改变进口段实现平滑过渡，增加管径，将后端催化器扩张管和收缩管改为锥形，如图12所示。
3.7改进结果图13示出催化器优化后排气背压分布图，其计算结果，如表4所示。经计算，改进后排气背压降低28.9-22.9=6kPa，前后级载体流动不均匀性指数分别为：0.385，0.266。可以看出，改进后前载体内流动不均匀性略有升高，后载体不均匀性下降。图14示出优化后载体端面气流分布图。从图14可以看出，通过优化，载体端面流场分布明显改善。
结构设计论文篇（8）
一、USB接口背景
在早期的计算机系统上常用串口或并口连接设备。每个接口都需要占用计算机的系统资源(如中断，I/O地址，DMA通道等)。无论是串口还是并口都是点对点的连接，一个接口仅支持一个设备。因此每添加一个新的设备，就需要添加一个ISA/EISA或PCI卡来支持，同时系统需要重新启动才能驱动新的设备。
USB总线是INTEL、DEC、MICROSOFT、IBM等公司联合提出的一种新的串行总线标准，主要用于PC机与设备的互联。USB总线具有低成本、使用简单、支持即插即用、易于扩展等特点，已被广泛地用在PC机及嵌入式系统上。
二、USB总线优缺点
1.优点
（1）使用简单
所用USB系统的接口一致，连线简单。系统可对设备进行自动检测和配置，支持热插拔。新添加设备系统不需要重新启动。
（2）应用范围广
USB系统数据报文附加信息少，带宽利用率高，可同时支持同步传输和异步传输两种传输方式。一个USB系统最多可支持127个物理设备。USB设备的带宽可从几Kbps到几Mbps(在USB2.0版本，最高可达几百Mbps)。一个USB系统可同时支持不同速率的设备，如低速的键盘、鼠标，全速的ISDN、语音，高速的磁盘、图像等(仅USB2.0版本支持高速设备)。
（3）较强的纠错能力
USB系统可实时地管理设备插拔。在USB协议中包含了传输错误管理、错误恢复等功能，同时根据不同的传输类型来处理传输错误。
（4）总线供电
USB总线可为连接在其上的设备提供5V电压/100mA电流的供电，最大可提供500mA的电流。USB设备也可采用自供电方式。
（5）低成本
USB接口电路简单，易于实现，特别是低速设备。USB系统接口/电缆也比较简单，成本比串口/并口低。
2.缺点
USB技术还不是很成熟，特别是高速设备。市场上现有的USB设备价格都比较昂贵，但随着USB技术的日益成熟，设备的不断增加和广泛应用，其价格将会有所降低。
三、USB系统拓扑结构
一个USB系统包含三类硬件设备:USB主机(USBHOST)、USB设备(USBDEVICE)、USB集线器(USBHUB)，如图1所示。
（1）USBHOST
在一个USB系统中，当且仅当有一个USBHOST时，USBHOST有以下功能:
管理USB系统；
每毫秒产生一帧数据；
发送配置请求对USB设备进行配置操作；
对总线上的错误进行管理和恢复。
（2）USBDEVICE
在一个USB系统中，USBDEVICE和USBHUB总数不能超过127个。USBDEVICE接收USB总线上的所有数据包，通过数据包的地址域来判断是不是发给自己的数据包：若地址不符，则简单地丢弃该数据包；若地址相符，则通过响应USBHOST的数据包与USBHOST进行数据传输。
（3）USBHUB
USBHUB用于设备扩展连接，所有USBDEVICE都连接在USBHUB的端口上。一个USBHOST总与一个根HUB(USBROOTHUB)相连。USBHUB为其每个端口提供100mA电流供设备使用。同时，USBHUB可以通过端口的电气变化诊断出设备的插拔操作，并通过响应USBHOST的数据包把端口状态汇报给USBHOST。一般来说，USB设备与USBHUB间的连线长度不超过5m，USB系统的级联不能超过5级（包括ROOTHUB）。
四、USB总线数据传输
USB总线上数据传输的结构如图2所示。
从物理结构上，USB系统是一个星形结构；但在逻辑结构上，每个USB逻辑设备都是直接与USBHOST相连进行数据传输的。在USB总线上，每ms传输1帧数据。每帧数据可由多个数据包的传输过程组成。USB设备可根据数据包中的地址信息来判断是否响应该数据传输。在USB标准1.1版本中，规定了4种传输方式以适应不同的传输需求：
（1）控制传输（controltransfer）
控制传输发送设备请求信息，主要用于读取设备配置信息及设备状态、设置设备地址，设置设备属性、发送控制命令等功能。全速设备每次控制传输的最大有效负荷可为64个字节，而低速设备每次控制传输的最大有效负荷仅为8个字节。
（2）同步传输（isochronoustransfer）
同步传输仅适用于全速/高速设备。同步传输每ms进行一次传输，有较大的带宽，常用于语音设备。同步传输每次传输的最大有效负荷可为1023个字节。
（3）中断传输（interrupttransfer）
中断传输用于支持数据量少的周期性传输需求。全速设备的中断传输周期可为1~255ms，而低速设备的中断传输周期为10~255ms。全速设备每次中断传输的最大有效负荷可为64个字节，而低速设备每次中断传输的最大有效负荷仅为8个字节。（4）块数据传输（bulktransfer）
块数据传输是非周期性的数据传输，仅全速/高速设备支持块数据传输，同时，当且仅当总线带宽有效时才进行块数据传输。块数据传输每次数据传输的最大有效负荷可为64个字节。
五、典型应用
USB系统的典型应用如图3所示。
在图3所示系统中，显示器、Audio、Modem皆为全速设备，键盘、鼠标为低速设备。其数据传输为：
USBHOST通过控制传输更改显示器属性。
USBHOST通过块数据传输将要显示的数据送给显示器。
USBHOST通过控制传输更改键盘、鼠标属性。
USBHOST通过中断传输要求键盘、鼠标输入读入系统。
USBHOST通过控制传输更改Audio属性。
USBHOST通过同步传输与Audio设备传输数据。
USBHOST通过控制传输更改Modem属性。
USBHOST通过块数据传输与Modem设备传输数据
六、一个USBHOST接口的软硬件设计
市场上现已有很多公司提供的USB接口器件，如PHILIPS的PDIUSBD11/PDIUSBD12，OKI的MSM60581，NATIONAL的USBN9602，LUCENT的USS-820/USS-620，SCANLOGIC的SL11，等等。
同时也有很多带USB接口的处理器，如CYPRESS的EZ-USB，AMD的AM186CC，ATMEL的AT43320，MOTOROLA的PPC823/PPC850，等等。下面给出用SCANLOGIC的USB接口器件SL11HT实现嵌入式USBHOST的例子。
1.SL11HT特点
遵从USB1.1标准；
支持全速/低速传输；
支持主机/设备端两种模式；
3.3/5.0V供电；
片内包含256个字节的SRAM；
48MHz晶振输入。
当SL11HT被用作USBHOST接口时，对系统有以下要求:
由系统维护SOF帧数目；
由系统生成CRC5效验码；
要求系统中断潜伏期小于1.5μs。
2.SL11HT接口硬件框图
图4简单地给出了使用SL11HT扩展USB接口的框图，更详细的硬件连线图请见参考文献2,3。
3.USBHOST端软件结构
USBHOST端软件结构如图5所示。
（1）USB接口驱动程序
USB接口驱动程序需实现以下功能:
USB接口器件的初始化；
计算上层数据包的效验和，发送上层的数据包；
发送SOF帧；
接收从USB接口传送来的数据，并检查数据的有效性；
将接收到的数据送往上层。
（2）USB协议栈驱动程序
USB协议栈驱动程序需实现以下功能:
提供与设备驱动程序的接口；
读取并解析USB设备描述符，配置描述符；
为USB设备分配唯一的地址；
使用默认的配置来配置设备；
支持基本的USB命令请求；
连接设备与相应的驱动程序；
转发设备驱动程序的数据包。
（3）设备驱动程序
设备驱动程序需实现以下功能:
提供与应用程序的接口；
读取并解析USB设备特有的描述符，获得设备提供的传输通道；
结构设计论文篇（9）
大板就是单块面积比较大的板，如跨度大于6米的板；它是人们对建筑要求不断提高的需要，它带来了大面积房间，还很高效地解决了一些楼面复杂分隔小房间的问题。以往有墙的地方都设梁，大板省去了错综复杂的肋梁布置，给上下层不同布置的建筑在结构设计时候带来极大的便利。
笔者根据公司多年对大板结构的工程经验，认为大板的设计差异于小楼板有如下方面：隔墙荷载，边梁扭矩，楼面开洞和阳角构造等。由于阳角构造理论和技术已经比较完善，下面笔者将对前三者逐一说明。
一、隔墙荷载的取值
现在结构设计一般都采用程序计算，一般的，程序不能将隔墙荷载按实际情况输入，通常做法是把一块板中所有的隔墙重均摊到整个大板中去。在计算梁柱内力的时候，我们一般直接取均摊值做楼板恒荷载输入，而且不放大（注意个别梁的设计）。但是在计算楼板配筋的时候，把这部分均摊荷载放大一个系数1.0~1.5加入到恒荷载中进行计算。
根据分析《建筑结构静力计算手册》中局部荷载作用在楼板时的内力系数的规律，我们可以发现如下规律：
1，当长短跨长比Ly/Lx>1.0时，当隔墙离支座0～0.25Ly之内，则取荷载放大系数为0.5～1.0，当隔墙离支座0.25~0.5Ly之内，则取放大系数为1.0~4.74。
2，当隔墙平行于长跨时，离支座0～0.25Lx时取荷载放大系数0～1.0；当隔墙离支座0.25～0.3Lx时，取荷载放大系数为1.1；当隔墙离支座0.3～0.5Lx时，取荷载放大系数为1.1～2.45。
由上述，隔墙平行于短跨更不利。以上的数据均来自纯竖向力作用即忽略隔墙材料的抗剪强度。但实际工程中，隔墙的材料一般是砖或其它砌块，当中间有向下的挠度的时候，就会形成拱，把荷载往板边和明梁处导，这样对抗弯构件是有利的，所以其弯矩系数并不如上述那么大。
对此我们要寻求这个有利因素到底起到多大的作用，笔者用中国建筑科学研究院编制的计算软件“PKPM系列”中“SATWE复杂楼板有限元分析”程序对一个实际工程（该工程隔墙荷载布置比较不利）中按实际荷载的输入的板进行有限元分析；与此同时用《建筑结构静力计算手册》中楼板计算表格分析带隔墙楼板的内力。结果对比如下：
若取荷载放大系数为1.2计算：对于支座内力，手算的折减10％仍然比按有限元分析结果略大。对于跨中内力，如不对支座调幅，则手算的略小于按有限元分析结果，若考虑了支座调幅10％，则略大于按有限元分析结果。
若取荷载放大系数为1.5计算：对于支座内力，手算的支座处内力要比按有限元分析的大得多；而对跨中内力，手算的和按有限元分析的比较接近；若考虑支座调幅15%的话，手算的结果在支座和跨中处均比按有限元分析的结果大10％。
在本例中，隔墙荷载比较大，布置也比较不利；按上述结果对比的分析，笔者认为对于一般的结构，隔墙荷载取1.3～1.5对于构件来说是安全的。
二、边梁弹性扭矩的计算
边梁的弹性扭矩可以由次梁，楼板，及预应力引起。由次梁引起的扭矩就是次梁的梁端弯矩，次梁为线性，这里就不详细说明其计算方法。下面将对楼板板端弯矩和预应力作用引起的边梁扭矩提出计算方法并进行计算。
1、由板端弯矩引起的扭矩计算
模型：单跨板带边梁。
计算思路：用按有限元分析计算结果得到的边梁的扭矩与四周固支板的边梁扭矩作比较，得到一个系数β。则我们可以把梁的扭矩表达成Mt=βαqLo2La，其中α为四边固支板的板边支座弯矩系数，Lo为板的计算跨度，La为α所对应方向的梁长。则我们要解决的问题就是求出β到底取多大。
计算过程：
正确解：按有限元分析宽长比为0.50、0.75、1.0的三种板，梁板的截面大小均按实际大小取值，而荷载则为了方便计算只取恒载为1.0的面载。划分单元的时候分别按500mm与1000mm计算；其中按500mm划分的单元计算得到的结果用于计算比较时候应该除以2。经过有限元分析得到的板条端的弯矩即为板对梁的扭矩，该扭矩应该是分布扭矩，要计算梁端的扭矩时，应该把从梁中间到一个梁端的分布扭矩叠加。这样就得到了按有限元分析的梁的扭矩大小。我们把这个值称作B。
寻求简化的思路：因为我们不能去用有限元分析法来对每根边梁都作分析，这样会增加很多的工作量。于是，我们要根据已经有的数据来对梁的扭矩进行简化计算。我们可以用四周固支的板支左弯矩系数（已知数）乘以一个系数来求得梁的扭矩，这个系数我们把它称作β。这样我们的目标就转移到求β了。B=βαqLo2La。
求四周固支板的梁扭矩：我们假定四周梁是固定不转动也不发生位移的。这样我们分析板的竖向位移，跨中的中间应该是最大的，那么跨中板条的板条端部弯矩应该是最大的；而在梁端部，由于靠近支座的位移非常小，故在梁端板条的板条端部弯矩是最小的，我们认为它为0。那么我们就得假定板条端弯矩大小的分布，笔者假定它是按抛物线分布的。（笔者把板四周按固支约束进行有限元分析，其结果正好是验证了开始假定的按抛物线分布。）这样，梁端的扭矩就是从跨中到梁端板条端的弯矩的积分。我们把这个积分称作
A=∫0La/2[4αqLo2/La2+αqLo2]dx=0.667αqLo2La
经有限元分析，发现B=（0.15~0.4）A，则B=（0.1~0.28）A=βαqLo2La。其中β与梁截面与板截面的刚度比，配筋，荷载，跨度和板的长宽比有关。
简化计算：上面分析的是长短梁的一些值，但我们发现系数0.28/0.1=2.8，相差这么大，对我们计算过程中取值会带来较大的误差；另一方面，对长短不一的同一块板上的梁，我们要计算2次才可以得到两根梁的结果，比较麻烦。为了减小误差和简化计算，我们只好寻求一种简化的计算方法。经分析，发现较短梁的扭矩稍微小于较长梁的扭矩，所以我们可以只计算较长梁的扭矩，而把较短梁的扭矩偏安全的取较长梁的扭矩值。又发现较长梁端部的扭矩约为A值的0.15~0.20，所以有下列公式：
Mt短梁=Mt长梁=βαqLo2L长梁，其中，β=0.1~0.13
α为四边固支板的板边支座弯矩系数
β系数的取法：L长梁/L短梁越小、梁对板的线刚度越大就取较大值；如下图：
2、由整体现浇预应力楼板引起的扭矩计算
与梁整体现浇的预应力楼板，预应力钢筋锚固在边梁上，预应力相当于给边梁一个侧向力，这力会让边梁产生扭矩和侧弯矩。如果整块楼板都有预应力那么边梁就受到一个连续分布的侧向力。如图所示实线为支座处梁的位置，虚线为跨中处梁的位置，边梁发生一个角度为α的扭转。
下面根据实际情况分析α角。如图300mm×600mm的边梁，梁长Lo＝8m；板厚160mm，楼板为连续板，假定板长为50m，对称布置；C40砼，Ec＝32500Mpa，G＝Ec/2＝16250Mpa；预应力板的平均预压应力σc=2.0Mpa。
先假定梁的支座不动。根据对称性，我们可以认为边梁受到预应力板的影响长度为L＝25m，则混凝土板在边梁处受到的压缩位移为ΔL=Lσc/Ec=2×25000÷32500＝1.53（mm）
由图示几何关系得α＝1.53÷220＝0.7％，梁的极惯性矩Ip＝（bh3＋hb3）/12＝67.5×108mm4
所以可得梁的扭矩为MT＝α×G×Ip÷（Lo/2）＝0.7％×16250Mpa×67.5×108mm4÷4m
＝1.92×108（Nmm）＝192（kNm）
可见，由于预应力楼板引起的边梁的扭矩是比较大的；当然，这个扭矩在支座处是用一个倒L截面来承担的，而且在构件产生一定塑性变形之后会减小。
此外，图示力P在梁的侧面产生一个梁的侧向弯矩，其大小可根据Lo/2长的两端固支梁其中的一端支座位移等于楼板收缩量ΔL来估算；值得注意的是这里用到的梁的惯性矩应为宽度方向的。笔者认为这个侧弯矩会随着构件的发生塑性变形有较大的减小，这里就不做详细计算了。
由上述分析，在设计有预应力楼板整体现浇的时候，边梁应该在概念上考虑到预应力楼板对边梁的这个不利因素。笔者建议在设计的时候可以适当增加梁的宽度，适当增加外层箍筋和腰筋的配筋面积；结构允许时，可在与边梁垂直的框架梁上布置预应力筋以减小楼板对梁的相对压缩量ΔL，使得梁板均匀地受预应力作用。
三、楼板开洞的处理
大板上还要分隔房间，有可能存在象卫生间要局部降板厚，还有可能要做各种井道口，大板在设计过程中就需要处理许多开洞的问题，长边不大于1米的洞按《混凝土结构构造手册》设些无明梁的构造钢筋应该没有问题，但是对于长边大于1米甚至达2米以上的洞口，而且不好按构造手册上设置明梁的时候，不能仅放几根构造钢筋就行了，我们应该需要了解洞口附近应力分布情况。我用PKPM系列的SATWE有限元分析对这类结构做了有限元分析。发现：
洞口边上集中应力影响范围为洞口短边方向是短边长度的1.5倍，长边处则为短边长度的1.5倍与一半的长边长度中较大值。笔者认为这种内力分布比较合理。
如附图：当板在正弯矩区时，先按一块完整的楼板计算一遍，在计算板底钢筋的过程中；当计算x向的钢筋时，可以把a长度的板带弯矩叠加到矩形洞口上下各1.5b宽的板带承担。（弯矩可折减）若计算y向的钢筋，则可以把a范围的板带受的弯矩分担给洞口边Max（a/2,1.5b）范围的板带承担。若洞口离支座较近，则把主要钢筋集中配在远离支座的洞口边。
另外由于洞口在楼板的中间，不能从中间拉一条梁，所以可以沿洞口周围做个上反的小梁，作用主要是以免洞口周围应力集中造成楼板构件开裂甚至破坏，又可以当作其平行方向板带的加强肋，还可以提高其垂直方向钢筋的锚固效率。
结构设计论文篇（10）
1、引言
稳定性是钢结构的一个突出问题。在各种类型的钢结构中，都会遇到稳定问题。对于这个问题处理不好，将会造成不应有的损失。现代工程史上不乏因失稳而造成的钢结构事故，其中影响最大的是1907年加拿大魁北克一座大桥在施工中破坏，9000吨钢结构全部坠入河中，桥上施工的人员75人遇难。破坏是由于悬臂的受压下弦失稳造成的。而美国哈特福特城的体育馆网架结构，平面92m×110m,突然于1978年破坏而落地，破坏起因可能是压杆屈曲。以及1988年加拿大一停车场的屋盖结构塌落，1985年土耳其某体育场看台屋盖塌落，这两次事故都和没有设置适当的文撑有关[1]。在我国1988年也曾发生l3.2×l7.99m网架因腹杆稳定位不足而在施工过程中塌落的事故。从上可以看出，钢结构中的稳定问题是钢结构设计中以待解决的主要问题，一旦出现了钢结构的失稳事故，不但对经济造成严重的损失，而且会造成人员的伤亡，所以我们在钢结构设计中，一定要把握好这一关。目前，钢结构中出现过的失稳事故都是由于设计者的经验不足，对结构及构件的稳定性能不够清楚，对如何保证结构稳定缺少明确概念，造成一般性结构设计中不应有的薄弱环节。另一方面是由于新型结构的出现，如空间网架，网壳结构等，设计者对其如何设计还没有完全的了解。本文针对这些问题提出了在设计中应该明确在钢结构稳定设计中的一些基本概念，以及对新型钢结构稳定性研究应该了解的一些问题并且应该懂得如何解决这些问题。只有这样我们在设计中才能更好处理钢结构稳定问题。
2、钢结构稳定设计的基本概念
2.1强度与稳定的区别[2]
强度问题是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起地最大应力（或内力）是否超过建筑材料的极限强度，因此是一个应力问题。极限强度的取值取决于材料的特性，对混凝土等脆性材料，可取它的最大强度，对钢材则常取它的屈服点。稳定问题则与强度问题不同，它主要是找出外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态，即变形开始急剧增长的状态，从而设法避免进入该状态，因此，它是一个变形问题。如轴压柱，由于失稳，侧向挠度使柱中增加数量很大的弯矩，因而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度。显然，轴压强度不是柱子破坏的主要原因。
2.2钢结构失稳的分类[1]
(1)第一类稳定问题或者具有平衡分岔的稳定问题（也叫分支点失稳）。完善直杆轴心受压时的屈曲和完善平板中面受压时的屈曲都属于这一类。
(2)第二类稳定问题或无平衡分岔的稳定问题（也叫极值点失稳）。由建筑钢材做成的偏心受压构件，在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力，属于这一类。
(3)跃越失稳是一种不同于以上两种类型，它既无平衡分岔点，又无极值点，它是在丧失稳定平衡之后跳跃到另一个稳定平衡状态。
区分结构失稳类型的性质十分重要，这样才有可能正确估量结构的稳定承载力。随着稳定问题研究的逐步深入，上述分类看起来已经不够了。设计为轴心受压的构件，实际上总不免有一点初弯曲，荷载的作用点也难免有偏心。因此，我们要真正掌握这种构件的性能，就必须了解缺陷对它的影响，其他构件也都有个缺陷影响问题。另一方面就是深入对构件屈曲后性能的研究。
2.3钢结构设计的原则
根据稳定问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则并具体阐明了这些原则，以更好地保证钢结构稳定设计中构件不会丧失稳定。
(1)结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求
目前结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳，需要从结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件。这就是说，平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布置相一致。就如上述的1988年加拿大一停车场的屋盖结构塌落，1985年土耳其某体育场看台屋盖塌落，这两次事故都和没有设置适当的文撑而造成出平面失稳。
由平面桁架组成的塔架，基于同样原因，需要注意杆件的稳定和横隔设置之间的关系。
(2)结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致，这对框架结构的稳定计算十分重要[3]。
目前任设计单层和多层框架结构时，经常不作框架稳定分折而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时，计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数，自应通过框架整体稳定分析得出，才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件。GBJl7—88规范对单层或多层框架给出的计算长度系数采用了五条基本假定，其中包括：“框架中所有柱子是同时丧失稳定的，即各柱同时达到其临界荷载”。按照这条假定，框架各柱的稳定参数杆件稳定计算的常用方法，往往是依据一定的简化假设或者典型情况得出的，设计者必须确知所设计的结构符合这些假设时才能正确应用。在实际工程中，框架计算简图和实用方法所依据的简图不一致的情况还可举出以下两种，即附有摇摆拄的框架和横梁受有较大压力的框架。这两种情况若按规范的系数计算，都会导致不安全的后果。所以所用的计算方法与前提假设和具体计算对象应该相一致。
(3)设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合，使二者有一致性。
结构计算和构造设计相符合，一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋与它足够的刚度和柔度，对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。但是，当涉及稳定性能时，构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如，简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移，同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了。支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转，同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定分析所采取的边界条件。
2.4钢结构稳定设计特点
（1）失稳和整体刚度:现行规范通用的轴心压杆的稳定计算法是临界压力求解法和折减系数法。
（2）稳定性整体分析：杆件能否保持稳定牵涉到结构的整体。稳定分析必须从整体着眼。
（3）稳定计算的其它特点：在弹性稳定计算中，除了需要考虑结构的整体性外，还有一些其他特点需要引起重视，首先要做的就是二阶分析，这种分析对柔性构件尤为重要，这是因为柔性构件的大变形量对结构内力产生了不能忽视的影响，其次，普遍用于应力问题的迭加原理[4]．在弹性稳定计算中不能应用。这是因为迭加原理的应用应以满足以下条件为前提：
1）材料服从虎克定律变成正比；
2）结构的变形很小。
而弹性稳定计算一般均不能满足第2）个条件，非弹性稳定计算则两个前提都不符合。
了解了一些在钢结构设计中应该明确的一些基本概念，有助于我们在设计中更好地处理稳定方面的问题，随着新型钢结构体系地不断发展，我们对稳定问题的研究要求也不断地提高，之所以在设计中出现结构失稳问题，另一个重要原因就是我们对新型结构稳定知之甚少，也就是目前钢结构稳定研究中存在的问题。
3、钢结构稳定性研究中存在的问题
钢结构体系稳定性研究虽然取得了一定的进展，但也存在一些不容忽视的问题[5]：
(1)目前在网壳结构稳定性的研究中，梁-柱单元理论已成为主要的研究工具。但梁-柱单元是否能真实反映网壳结构的受力状态还很难说，虽然有学者对梁-柱单元进行过修正[3]。主要问题在于如何反映轴力和弯矩的耦合效应。
(2)在大跨度结构设计中整体稳定与局部稳定的相互关系也是一个值得探讨的问题，目前大跨度结构设计中取一个统一的稳定安全系数，未反映整体稳定与局部稳定的关联性。
(3)预张拉结构体系的稳定设计理论还很不完善，目前还没有一个完整合理的理论体系来分析预张拉结构体系的稳定性。
(4)钢结构体系的稳定性研究中存在许多随机因素的影响，目前结构随机影响分析所处理的问题大部分局限于确定的结构参数、随机荷载输入这样一个格局范围，而在实际工程中，由于结构参数的不确定性，会引起结构响应的显著差异。所以应着眼于考虑随机参数的结构极值失稳、干扰型屈曲、跳跃型失稳问题的研究。
从上面可以看出，我们的钢结构稳定理论还是不够完善，我们在设计中一般都是把钢结构看成是完善的结构体系，针对上述问题（4），我们可以看出在设计中我们没有考虑一些随机因素的影响。但是我们在考虑这些因素之前，应该弄清楚这些随机因素的来源，一般情况下把影响钢结构稳定性随机因素分为三类：
(1)物理、几何不确定性：如材料（弹性模量，屈服应力，泊松比等）、杆件尺寸、截面积、残余应力、初始变形等。
(2)统计的不确定性：在统计与稳定性有关的物理量和几何量时，总是根据有限样本来选择概率密度分布函数,因此带来一定的经验性。这种不确定性称为统计的不确定性，是由于缺乏信息造成的。
(3)模型的不确定性：为了对结构进行分析，所提的假设、数学模型、边界条件以及目前技术水平难以在计算中反映的种种因素，所导致的理论值与实际承载力的差异，都归结为模型的不确定性。
以上都是钢结构稳定设计中存在的问题，只有我们进一步地深入研究这些稳定，钢结构稳定理论将会进一步完善，如对于钢结构稳定设计中涉及到随机因素的影响，国外已经引入了钢结构稳定的可靠度设计，这也表明了钢结构稳定设计理论也在不断的完善。
4、结束语
钢结构稳定问题区别于强度问题。在实际设计中，设计人员应该明确知道结构构件的稳定性能，以免在设计过程中发生不必要的失稳损失。针对上述问题，本文提出了在设计过程中设计人员应该明确的一些基本概念；其次，随着新型结构的出现，设计人员对其性能认识的不足，从而导致构件的失稳,本文就这个问题阐述了新型结构现存的一些问题，并且针对一些问题论述了产生的原因。总之，只有深入了解这些问题，才会使得钢结构稳定理论设计不断地完善。
参考文献
[1]陈绍蕃.钢结构设计原理.科学出版社，2000.23-25.
[2]夏志斌,潘有昌结构稳定理论.高等教育出版社.1988.11-12.
[3]陈绍蕃.钢结构稳定设计指南.中国建筑工业出版社，1995.
[4]朱步范,罗建华.钢结构稳定性设计计算要点.新疆石油科技.l998年第3期(第8卷)－69－.
[5]卢家森,张其林.钢结构稳定问题的可靠性研究评述同济大学学报.
结构设计论文篇（11）
1土木工程结构设计概述
土木工程的结构设计在设计过程上大致可以划分为三个阶段，即结构方案阶段、结构测算阶段、施工图设计阶段。在结构方案阶段中，主要是根据要施工的地区的地质勘测报告设计相应的工程公安，包括抗震防裂程度、工程高度、工程结构形式等等。当工程设计方案相对确认下来狗，就根据方案的具体要求进行下一步的布置和测算工作。在结构测算过程中，主要是对工程负载的情况进行计算。包括外部负载和内部负载的计算。负载的计算主要根据负载的要求确定相应工程配件的使用，根据组合值系数和标准值系数的测定来确定施工参数，构造施工措施要求。对于内力的测算，来完成构件截面参数的确定。内力的测算要根据构件截面、负载值确定。这包括弯矩、剪力、扭矩等等。最后，根据构建的计算、要根据之前确定的内力计算的要求，保证测算构件是否达到了相关要求。这时也可针对需求对构件截面参数加以调整。在施工图设计阶段，就是根据前两步的结构方案设计阶段、结构测算阶段，进行施工图的设计。在此过程中要将设计者的要求和设计意图通过图纸表达出来，施工图是施工的依据，施工图中要包括建设项目各部分工程的详图以及零件使用、、结构部件明细表、验收标准方法等。民用的工程施工图应具备设计图纸、包括图纸目录必要的设备、材料表、工程预算书。施工图设计文件，应满足设备材料采购，非标准设备制作和施工的需要。
2土木工程结构设计中存在的问题
土木工程结构设计中存在的问题主要集中在两个方面、一方面是专业角度的问题、另一方面是安全角度的问题，下面将分别从这两个方面进行阐述。从专业角度来说在土木工程设计中，箱、筏基础底板挑板的设计过程、梁、板的跨度计算、摩擦角区域的处理、抗震缝距离的设计、基础板厚度的确定都需要进行测算考量。对于箱、筏基础底板挑板的设计，首先要假设出挑板可以将边跨底板钢筋进行调整，出挑板后，能降低基底附加应力，当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时，加挑板就可能采用天然地基。从土木工程建设角度来说，如果取消挑板，能够方便柔性防水的处理，在建设多层建筑时，结构设计中可兼顾到下层建筑。梁、板的跨度计算中，梁、板的跨度计算计算跨度，又叫计算长度，应当根据计算时要求、构件的组成形式、支承端约束刚度、支承反力等因素综合考虑，摩擦角区域的处理，内摩擦角，是土的抗剪强度指标，是工程设计的重要参数。基层开挖时，会应用到摩擦角区域处理的问题，如果魔草叫区域中边基地的土会受到影响较小，不会反弹。但中心部位，基土反弹情况较为明显，回弹部分需要人工进行清除。抗震缝距离的设计中，主要通过增加抗震缝的距离来对地震时产生的结构碰撞的风险降低。基础板厚度的确定要根据房间设计的不同大小来选定相应的基础板厚度。如果基础板的厚度都按照大房间的标准进行设计、势必会造成浪费。如果都按照小房间的标准进行设计则会造成安全问题。所以实际的应用中，通常是在大房间中垫聚苯，小房间设定基础板的厚度。从安全角度来说，目前土木工程设计中存在的问题有:(1)工程设计规范的安全水平比较低，与国际同类作业相比，由于没有设定规范的视屏问题，会造成工程施工的进行难度的加大，最终导致了施工质量较低;(2)工程设计规范的整体牢固性差;(3)土建结构工程的耐久安全性差、正确使用与维护意识相对较差。
3加强土木工程建设的建议和对策
从具体而言可以从两方面进行考虑:从设计的安全性上，应从管理首要保证设计的安全性，尽量选择资质等级较高、管理先进、实力雄厚的设计单位进行设计、这样就可以掌握先进的设计方法和设计理念，设计设备也会较好、设计人员的素质和专业能力强、设计经验丰富，设计出的建筑安全性较高。再设计时也要加强理论学习，使设计人员和施工人员对于设计理论和设计标准能够很好的掌握。对于设计过程中，涉及到工程造价、工程量的统计、计算、所以在此类工程量计算过程中，要严谨、认真，对于每一笔数据都要认真核对。设计图纸要详细，以便施工者能够根据设计图纸准确掌握设计意图，从而进行施工，这样能够降低因图纸问题造成的施工不明确的现象，避免了事故的产生。在施工过程中，要注意过程监管，设计单位与施工单位要保持联系，对于设计图纸中不明确的问题，要进行及时的沟通和设计核对，以便发现错误。设计人员对于施工人员提出的建议，要给予足够的重视。从土木工程行业标准角度来说，要根据全面性因素来对土木工程结构设计的方案进行评估。因为土木工程的方案是工程实施的基础，对设计方案的评估要满足安全性、经济型合理性。等等。可通过对设计方案屏蔽、论证的方法，提高设计的水平。设计过程中，不一味的追求标准图，虽然采用标准图能够减轻工作量，加快设计进度，但为了保证设计的安全性，设计人员应该认真的对设计方案进行审核，对于可能存在压缩费用的过程进行仔细的成本核算，在保证基础、满足行业标准的前提下，保证设计的合理性、高效性、创新性。
4总结
本文首先对土木工程设计的基本情况进行了概要阐述，根据工程设计的几个阶段展示了土木工程的工作范围和工作要求。之后提出了现阶段我国土木工程设计中还存在的问题，从具体设计过程和安全性两个角度提出了相关的问题。最后在此基础上，根据存在的具体问题对土木工程的建设提出了建议和相应的对策。本文的研究对我国土木工程结构设计的发展提供了一种新的思路。
作者:董旭 单位:徐州工业职业技术学院
参考文献:
［1］高宇．我国土建结构工程的安全性与耐久性分析［J］．吉林大学学报，2005．
［2］张林．土建结构工程的安全性与耐久性［J］．高新技术，2006．
