【关键词】框架结构；强柱弱梁；梁系选择
建筑工程框架结构体系，因其能够提供较大的使用空间而深受建筑师的喜爱，所以框架结构体系是建筑结构设专业结计人员经常碰到的结构型式，笔者运用在“剪力墙结构的暗柱配筋两种方法”一文中提出的“结构杆系最佳组合”设计理论，再通过多年实际工程设计，对建筑框架结构设计概述了几个方面，形成文字发表，以文会友，企望推动学术发展。
1. 建筑工程框架结构特点是“强柱弱梁”，设计时一定要贯彻实现“强柱弱梁”的目的
建筑结构设计人员在设计框架结构开始的时候，就要想着把建筑框架结构的“强柱弱梁” 的设计理念优越性贯穿到底。在布置框架结构的框架柱和框架梁两大杆系时，要充分运用“杆系最佳组合设计理论”的使用。因为框架柱主要是受压构件，所以在布置框架柱时每次计算后要注意框架柱的轴压比和配筋面积。如果轴压比太大，就最好采取加大截面或提高混凝土强度等级的方法使框架柱的轴压比减小一些；如果框架柱的配筋面积比较大但轴压比不大，这时还要去加大框架柱的截面，减小框架柱主要是因为受弯而导致的配筋面积增大的不利影响，笔者认为建筑结构设计人员最好把框架柱杆系的截面调到框架柱配筋计算的结果接近构造配筋，这样我们就尽可能做到了“强柱”的目的。在调整框架梁杆系的截面时同样结合框架梁的计算结果去调整，一般情况下框架梁的配筋率可调到1.6～1.8%之间比较经济合理，如果计算的框架梁面积配筋率低于1.6%，建筑结构设计人员就可以适当再减小框架梁杆系截面，保证框架梁的配筋率在1.6～1.8%；如果框架梁的配筋率超过了1.8%，那么建筑结构设计人员就可以适当放大框架梁的截面可使配筋率维持在1.6～1.8%范围内。只要框架梁的配筋率维持在1.6～1.8%范围内。这样框架结构中的框架梁截面就不会因为配筋率过低而导致框架梁截面过大，框架梁就会在设计上要“弱”一些。
2. 框架梁在梁杆系选择上，也要根据具体情况选择不同的梁杆系
如果框架的跨度是6.0m*8.0m的框架结构，那么在布置次梁时，笔者认为最好选择单方向布置，且要把次梁布置在跨度比较短的框架梁上是比较经济合理的。如果框架结构的跨度是8.0m*8.0m，那么在布置次梁时笔者认为最好双向布置十字次梁或者根据荷载情况可选择布置井字梁。当然在布置次梁时除了考虑结构的合理性与经济性外，还要结合建筑的使用功能去布置，比如最好在建筑隔墙的位置布置次梁，这样就会避免建筑房间内出现次梁，影响建筑使用功能。
3. 在框架柱配筋时请注意
在设计框架柱面积时首先要检查此框架柱是否是短柱，如果是短柱就要按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第6.4.2条规定去设计。其次要结合建筑的平面和立面看框架柱之间是否设置了通窗，如果有设置就要注意此框架柱的箍筋加密区高度了，要保证箍筋加密区高度到窗台高度。
4. 框架梁配筋时请注意
框架梁配筋出现各种不同配筋情况比较多，为了更合理经济的对框架梁配筋进行设计，建筑结构设计人员需掌握以下几点：
（1）节约钢材的原则，例如笔者设计过的一个二级框架结构的一框架梁的计算输出配筋如图1：
这个时候结构设计人员配拉通面筋时可以用220、218、216，相应的支座分别为420、518、616；无论是那一种配筋都可以满足计算要求，但仔细研究发现，只有采用拉通筋是216时才最节约钢材，节省造价。
（2）避免在框架柱支座处出现太多钢筋直径种类。如一框架梁计算结果输出如下图2。
当框架梁拉通面筋选用222时，中间支座的左端面筋选用822，4/4即可满足计算要求，中间支座的右端面筋可选用422，也可选用222+218.这两种配筋方法比较看来422是比222+218节省了一点，但鉴于左边支座已经采用最合理的配筋方案了，所以在配右边支座钢筋时为了避免在支座处出现多种类直径的钢筋而不能使支座钢筋拉通而最好选用422。况且框架柱节点核心区如果有许多刚筋锚入，会导致框架柱节点核心区的混凝土也不容易浇筑密实，给施工质量留下隐患。
（3）在满足计算配筋的情况下尽可能选用细而密的钢筋。图2中的第一跨的底筋配筋可选用220，也可选用316，虽然这种配筋方法所需的钢材量基本相同，但是笔者认为此时底筋最好选用316，因为选316时就可以减少钢筋的间距，更有效的防止裂缝的出现。
5. 笔者的心声
【关键词】高支模 施工技术 质量控制
中图分类号：O213.1 文献标识码：A 文章编号：
明确高支模的概念。
本人以为，所谓高支模，就是大型框架结构的建筑运用高度长达5米及以上的钢管架设及模板工程施工的统称。一般高支模是要经专家论证后进行实施的。我在工程实践中时常接触高支模。一方面从理论规定上讲，一有住建部的建质[2009]87号文，《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》的通知中说明：
搭设高度5m及以上；搭设跨度10m及以上；施工总荷载10kN/m2及以上；集中线荷载15kN/m及以上；高度大于支撑水平投影宽度且相对独立无联系构件的混凝土模板支撑工程为危险性较大的分部分项工程。
搭设高度8m及以上；搭设跨度18m及以上；施工总荷载15kN/m2及以上；集中线荷载20kN/m及以上的为“超过一定规模的危险性较大的分部分项工程”。（注意：“此类需要专家论证”）。二有住建部的建质[2009]254号文，《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》的通知中说明：高大模板支撑系统是指建设工程施工现场混凝土构件模板支撑高度超过8m，或搭设跨度超过18m，或施工总荷载大于15kN/㎡，或集中线荷载大于20kN/m的模板支撑系统。另一方面从工程施工技术上讲，施工单位应依据国家现行相关标准规范，由项目技术负责人组织相关专业技术人员，结合工程实际，编制高大模板支撑系统的专项施工方案。并经过专家论证方可实施。。
明确高支模规范。
目前编制高支模施工方案的规范大致有:《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ 130-2001（2002年版）；《建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范》JGJ128-2000；《木结构设计规范》GB 50005-2003；《建筑施工模板安全技术规范》 JGJ162-2008；《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）；另外再加上不同地区的相关规定或行业标准就可以了。
优选高支模方案。
（一）一般来说，一份高支模方案包括：
1.编制依据 ；
2.工程概况 ；
3.方案设计；
4.施工部署 ；
5.施工工艺 ；
6 .安全技术措施；
应急预案和具体预防措施及安全事故应急预案，等等。在实际工程中经常遇到如何优选高支模的问题，可以通过方案对比，选用斜拉钢桁架作为支模平台进行支模施工的方法。
高支模方案有：
1.钢管脚手架满堂落地搭设方案：对于高度20以下的普通高支模架，施工单位常采用钢管脚手架满堂撑支模的方法。
2.依附高层结构主体的钢管三角斜撑架支模方案： 该方案特点是不落地搭设，利用了已有一定强度的混凝土主体结构能卸载传力的特点，较省材省力。但高空悬挑搭设支模架的难度增大，高空作业多，极易发生坠落事故。
3.悬空斜拉钢桁架支模方案：采用普通槽钢、角钢等型钢加工制作桁架，钢桁架制作后由塔吊整体安装就位。 经过方案比较，在高层连体和悬挑结构中采用悬空斜拉钢桁架支模方案是优选方案，该方案既方便施工，又将模板支架上的所有荷载尽快传至已有结构。 工程实践证明，这是一个避免超高支架落地支模，防止支架整体失稳坍塌，解决高支模施工的安全可靠、有效、经济的方法。
四、高支模施工过程中应注意的事项要求。
本人在工程实践中体会到：高支模 架体与模板的刚度、强度、稳定性极其重要。尤其是模板支撑架体的刚度、强度、稳定性是高支模施工的保证。要确保钢管的厚度、强度，扣件的握裹力、扭力。确保扣件不松滑、不崩裂。现在的扣件的质量不敢百分之百打包票，应防止其质量出问题，出事故。应根据架体承载力做好杆件计算。混凝土浇筑时一定要分步分层、决不可任由操作者用输送泵图省事集中堆载。
注意七点要求：
1.对模板支架的构造要求：
（1）梁板模板高支撑架可以根据设计荷载采用单立杆或双立杆；
（2）立杆之间必须按步距满设双向水平杆，确保两方向足够的设计刚度；
（3）梁和楼板荷载相差较大时，可以采用不同的立杆间距，但只宜在一个方向变距、而另一个方向不变。
2. 对立杆步距的设计：
（1）当架体构造荷载在立杆不同高度轴力变化不大时，可以采用等步距设置；
（2）当中部有加强层或支架很高，轴力沿高度分布变化较大，可采用下小上大的变步距设置，但变化不要过多；
（3）高支撑架步距以0.9--1.5m为宜，不宜超过1.5m。
3. 对整体性构造层的设计：
（1）当支撑架高度≥20m或横向高宽比≥6时，需要设置整体性单或双水平加强层；
（2）单水平加强层可以每4--6米沿水平结构层设置水平斜杆或剪刀撑，且须与立杆连接，设置斜杆层数要大于水平框格总数的1/3；
（3）双水平加强层在支撑架的顶部和中部每隔10--15m设置，四周和中部每10--15m设竖向斜杆，使其具有较大刚度和变形约束的空间结构层；
（4）在任何情况下，高支撑架的顶部和底部（扫地杆的设置层）必须设水平加强层。
4. 对剪刀撑的设计：
（1）沿支架四周外立面应满足立面满设剪刀撑；
（2）中部可根据需要并依构架框格的大小，每隔10--15m设置。
5. 对顶部支撑点的设计：
（1）最好在立杆顶部设置支托板，其距离支架顶层横杆的高度不宜大于400mm；
（2）顶部支撑点位于顶层横杆时，应靠近立杆，且不宜大于200mm；
（3）支撑横杆与立杆的连接扣件应进行抗滑验算，当设计荷N≤12kN时，可用双扣件；大于12kN时应用顶托方式。
6. 对支撑架搭设的要求：
（1）严格按照设计尺寸搭设，立杆和水平杆的接头均应错开在不同的框格层中设置；
（2）确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差小于《扣件架规范》的要求；
（3）确保每个扣件和钢管的质量是满足要求的，每个扣件的拧紧力矩都要控制在45-60N.m，钢管不能选用已经长期使用发生变形的；
（4）地基支座的设计要满足承载力的要求。
7. 对施工使用的要求：
（1）精心设计混凝土浇筑方案，确保模板支架施工过程中均衡受载，最好采用由中部向两边扩展的浇筑方式；
（2）.严格控制实际施工荷载不超过设计荷载，对出现的超过最大荷载要有相应的控制措施，钢筋等材料不能在支架上方堆放；
（3）浇筑过程中，派人检查支架和支承情况，发现下沉、松动和变形情况及时解决。
【参考文献】
[1] JGJ 162-2008.《建筑施工模板安全技术规范》
[2] GB50017-2003，钢结构设计规范
[3]陈绍蕃.钢结构稳定设计指南.北京:中国建筑工业出版社. 2004.
关键词：大采高，液压支架，液压装车平台，工作面撤除
1 设计构想
我矿南一901综采工作面安装的是ZY10000/27/56型液压支架，该支架总长为7.9米，总重量为37吨，根据综采工作面撤除的需要，撤除的液压支架在撤除过程中，要在底板上滑行3米左右的距离，转向后需要装车。。我矿传统的撤除工艺为使用回柱绞车撤除支架，之后转向装车。现有的技术设备难以满足该型设备撤除的需要，针对此难点，设计了此液压装车平台。
2 液压装车平台的设计根据
2.1 液压装车平台宽度的选择
根据液压支架的长度为7.9米，宽度为1.75米，工作面撤除时，支架顶梁前端距工作面煤壁即梁端距为3.5米，支架撤除时，首先要将支架向前撤出，撤出的长度至少达到支架的重心超过邻架的架脚，这样支架才能，根据实测，支架的重心在支架底座前端向后3米左右的位置，根据支架长度为7.9米，宽度1.75米的尺寸，确定支架对角线长度为8.1米，即支架转向时的长度为8.1米，也就是说，当支架在撤出后，转向时，支架会加长8.1－7.9＝0.2米，支架撤出后，应该距煤壁保持至少0.1米的距离，故支架撤出的距离为3.5－0.1－0.2＝3.2米，该尺寸能够满足支架撤出转向的需要。支架架脚到支架梁端的距离为2.9米，因此，支架架脚距工作面煤壁为2.9+3.5＝6.4米，平台推移时，至少保证平台距煤壁0.5米以上的距离，另一次平台距架脚至少保持0.5米以上的距离，再根据支架转向的要求，最终确定了平台的总宽度为5.125米。。
2.2 液压装车平台长度的选择
如图所示，在支架抽出转向过程中，从撤出部分到装车部分之间的距离至少保证8.3米的距离，装车部分的长度根据支架的装车长度确定为4米，因此，此装车平台的总长度为12.3米。
由于该平台的长度和宽度都比较大，满足不了装车、井下运输的要求，因此设计为分体式。在满足副井和井下大巷运输的条件下，将平台分成9部分，装车后在井下现场组装。
2.3液压部分的设计
图1——1 支架撤出时在液压装车平台上的行走轨迹
支架撤出时，首先将支架推移框架推出，将400运输机链条与框架连接，另一端穿过平台滑轮下方的十字孔卡住，支架降架同时框架收回，将支架向前拉移，支架向前拉移一步后，将松弛的链条继续穿过十字孔，是链条缩紧，之后支架再向前拉移，直到支架拉到要求的距离为止。支架撤出转向拉到装车部分后，装车部分的4根液压立柱上的液压缸上各焊接一挂400运输机链条，链条的另一端用起吊钩钩住支架底座四角的起吊孔，4根液压立柱同时上升，将支架吊起，将平板车放到支架下方，4根液压立柱下落将支架落在车上，完成了支架装车的过程。。
平台的厚度为0.22米，即在保证装车的高度上尽量减小平台的厚度。
图1——2 ZY10000/27/56型液压支架装车平台
该平台在投入使用后，满足了支架撤出装车的要求，使支架撤出更加顺畅，大大提高了安全性能，为安全生产提供了保障。
关键词：液压支架，高产高效，工作面，煤矿
ZZS6000/17/37型四柱支撑掩护式液压支架是针对大同煤矿集团公司燕子山矿高产高效综采工作面研制的,该支架已在顶板不太破碎、采面条件较好的中厚煤层工作面得到推广应用。1998年,经山西省科委组织鉴定,该支架的支护性能已达到国内领先水平。
2 设计要求
(1)支架架型必须适应大同煤田中厚煤层“两硬”(硬顶板、硬煤)地质条件,支护强度>0.8MPa,支架抗顶板冒落矸石冲击能力要强,可靠性要高。
(2)支架有效支护高度应满足大同煤田大多数中厚煤层的开采高度要求,适用范围要广,配套性能要好。
(3)支架必须有较高的可靠性,其耐久性指标必须高于国家强制性标准1倍以上,力争向国际水平接近。
(4)支架自重控制在17t左右,以便于工作面设备搬家及降低支架造价。
3 技术措施
(1)优化架型,适应“两硬”的地质条件
大同煤田中厚煤层顶板较硬,直接顶和老顶冒落困难,冒落时块度较大。高产高效工作面由于移架速度快,如果放顶不及时,则采空区容易形成较大面积的悬顶,可能对支架造成冲击破坏。因此,选择了四柱支撑掩护式架型,如图1所示,采用紧凑型结构布置:①调整四连杆机构参数,最大限度地减少支架后部掩护梁的外露量,降低顶板冒落时大块矸石对支架冲击破坏的可能性;②支架后排立柱靠近顶梁后部布置,以提高顶梁后端的切顶能力,促使采空区坚硬的悬顶及时垮落。
该支架的结构形式,可减少顶板冒落矸石对支架的冲击破坏,并可提高支架的支护性能。
(2)合理确定支护高度,提高支架的适用性通过对大同煤矿集团所属井田中厚可采煤层的情况分析,确定支架的有效支护高度范围为2000～3500mm,该高度可涵盖多数中厚煤层的开采高度范围;并确定支架的顶梁长度、端面距参数,使支架能够与800mm和630mm两种截深的滚筒采煤机相配套。从而使该支架在未来相当长的一段时期内可以作为大同煤矿集团公司两硬条件中厚煤层的主力生产架型。
(3)采用楔型结构顶梁
顶梁是支架支护顶板的重要部件,其结构形式与工作面配套设备、顶板条件相互适应的程度对管理好顶板有着重要影响。与800mm截深电牵引采煤机(MG680WD型)、830mm大断面输送机(SGZ830/630型)相配套的ZZS6000/17/37型液压支架,其顶梁长度大,特别是顶梁前排立柱前部无支撑段长(2495mm)。论文格式，煤矿。论文格式，煤矿。若采用传统的铰接式结构顶梁,则前梁尖端对顶板的支护力不足,不利于顶板管理;若采用整体结构顶梁,则由于顶梁长度大,受井型条件限制,支架运输、搬家都困难。论文格式，煤矿。因此,ZZS6000/17/37型支架摒弃上述两种结构形式的顶梁,采用了兼具铰接式顶梁和整体顶梁双重优点的楔型结构顶梁,从而解决了在配套设备尺寸较大的情况下,顶梁能有效地控制顶板。论文格式，煤矿。
楔形结构顶梁利用机械自锁原理,通过调节顶梁体内楔形调节块的位置来调整支架顶梁的状态,使其前梁部分既能象铰接式前梁一样摆动,适应顶板的起伏变化,又有整体顶梁对顶板支护的效果,顶梁尖端支护力可达1902～2195kN。该型顶梁已获得我国第一个液压支架楔形结构顶梁国家实用新型专利。
(4)优化支架结构,提高支架可靠性
①优化支架结构参数,改进支架的受力分配,避免结构件承受不必要的外界载荷。在整个支护范围内,连杆的最大受力始终控制在支架工作阻力的1倍以下。
②优化支架四连杆机构参数,避免临界尺寸,将支架主要部件间铰接孔与销轴的间隙由传统的2mm减小到1mm以内,保证支架按设计的四连杆参数要求工作。
③采用抗拉强度为800MPa的高强度材料,提高了支架的可靠性,大大降低了支架的自重。
ZZS6000/17/37型支架样机在国家支护设备监督检验中心进行了型式试验,顺利通过模拟井下条件的耐久性试验,其主要技术参数为:
支架高度 1700～3650mm
支护强度 0.81～0.91MPa
工作阻力 6000kN
支架重量 17500kg
4结语
1996年7月,首批103架ZZS6000/17/37型液压支架在大同煤矿集团公司晋华宫矿投入井下工业性试验,试验期间,支架经受了工作面初次来压与周期来压的考验,其初撑力、工作阻力、支护能力、移架速度均满足了生产要求,顶板维护效果良好,工作面日产量可≥6700t,达到了设计目标。论文格式，煤矿。
至2003年,该支架已在大同煤矿集团公司大斗沟、马脊梁等5个矿井内使用,已成为该公司中厚煤层高产高效综采工作面的主力生产架型。论文格式，煤矿。目前该支架已广泛推广使用,经济效益和社会效益显著。
关键词：钢桁拱；悬臂拼装；有限元法；施工控制
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1引言
某高速公路大桥为主跨288m的连续钢桁拱桥，结合实际施工条件，该桥钢梁采用临时支墩搭设膺架半悬臂拼装法架设，并在中跨设置临时杆件代替柔性吊索对拱桁进行临时支承，该施工方法避免了吊索塔架悬臂拼装法的技术难点。但搭设膺架半悬臂拼装的施工方法具有辅助施工的临时结构规模庞大、受力复杂的特点，为了解大桥施工过程中的结构内力及线形的变化规律，确保结构受力安全和施工精度，使成桥状态的线形和内力满足设计和规范要求，有必要对该桥进行全过程的施工控制。本文主要介绍该桥施工控制，控制内容主要包括线形、应力、索力和抗倾覆稳定性等。
2工程概况
某高速公路大桥主桥是一座连续钢桁拱桥，跨径为（108＋288＋108）m。钢桁拱2片主桁桁间距为37m，主跨下拱圈矢高55m。2片主桁架拱之间设有纵、横向联结系，桥面板采用与下弦（或系杆）焊接的正交异性整体桥面板。主拱肋通过柔性吊杆与刚性系杆连接，传递桥面恒载和活载。主桁和桥面系钢材选用Q370qD，联结系钢材采用Q345qD。吊杆为OVMGJ15－27钢绞线整体挤压拉索，拉索抗拉强度标准值为1860MPa。桥面总宽43.5m，设计荷载为公路－Ⅰ级，远期双向8车道。大桥立面布置见图1。
图1大桥立面布置
该大桥两边跨及中跨钢梁均采用临时支墩搭设膺架半悬臂拼装法从两侧边跨往中跨双向架设。其主要施工过程如下：利用塔吊和架梁吊机在支架上架设边跨钢梁；利用中跨临时墩、临时立柱和架梁吊机架设中跨系杆、桥面和钢桁拱肋，吊杆按照无应力长度安装；拱肋合龙后，拆除临时墩和临时立柱，张拉吊杆，铺装二期恒载，二次张拉吊杆，最后进行钢梁整体涂装。
为满足施工需要，对称于该桥中跨跨中设置6个临时支墩，大桥施工临时结构的总体布置见图2。中跨的临时支墩为Q235钢桁架式结构，立柱为1.5m钢管，基础采用1.5m的钢筋混凝土桩，混凝土强度等级C30。
图2 大桥施工临时结构的总体布置
3施工控制计算模型
采用桥梁结构分析软件MIDAS Civil建立大桥连续钢桁拱空间杆系有限元模型。钢桁拱和临时结构的钢结构杆件采用梁单元模拟，吊索采用桁架单元模拟。钢桁拱的P0和P3号边墩为纵向可动支座，P1号墩为纵向固定支座，P2号主墩为纵向可动支座；在钢桁拱施工过程中，临时支墩墩顶设置竖向只受压支座。基于以上模拟，全桥离散为6007个梁单元，58个桁架单元，3279个节点，该大桥钢桁拱计算模型见图3。根据该桥施工方案，大桥施工过程划分为45个阶段进行模拟计算，该大桥钢梁架设主要施工阶段见表1。计算荷载主要包括结构自重、爬坡吊机重量、临时施工荷载、吊索张力和环境温度等。
图3 大桥钢桁拱计算模型
表1 大桥钢梁架设主要施工阶段
施工价段 施工内容
1 搭设边跨和中跨临时墩
2 安装E0～E3节间，拼装爬坡架梁吊机
3 安装E3～E5节间
4 L4号临时支墩抄垫，L1～L3号临时支墩落架，拆除首节间临时杆件
5 在E0～E3节间施加压重，悬臂拼装E5～E10节间的杆件
6 拆除边跨临时墩，主墩纵向临时约束
7 拼装E10～E13节间，L5号临时支墩抄垫，安装支撑拱桁的临时杆件
8 拼装E13～E17节间，L6号临时支墩抄垫，安装支撑拱桁的临时杆件
9 南岸拼装至E17～E21节间，北岸拼装至E17～E20节间
10 合龙前位移调整
11 依次合龙下弦、斜杆和上弦，以及桥面系杆件
12 中跨合龙后拆除临时结构，完成体系转换，安装正式支座
13 吊索的一期恒载索力调整
14 桥面铺装，吊索的成桥恒载索力调整15成桥
由于该大桥所有钢梁杆件和柔性吊索均按预先计算确定的无应力长度进行工厂预制，因此在钢梁架设过程中，采用无应力状态法进行施工过程的分析和控制。
4施工控制成果分析
4.1线形
合理的制造预拱度是保证大跨度连续钢桁桥的成桥线形满足设计要求的重要前提条件，该大桥的竖向预拱度由恒载挠度＋1／2活载挠度组成，其预拱度的设计值与监控计算值见图4。由图4可知，预拱度值的监控计算结果和设计值的差值为＋3～－8mm，相差较小。
图4竖向预拱度的设计值与监控计算值
在钢梁每个节间拼装前、后，对钢梁的节点标高和纵、横向偏位进行监测，该大桥关键施工阶段桥面线形的实测值与理论值对比结果见图5。
图5大桥关键施工阶段桥面线形
由图5可知，南、北两岸钢梁在关键施工阶段桥面线形的实测值与理论计算值偏差较小；成桥后，钢梁节点标高的偏差均控制在±20mm以内，说明钢梁成桥线形与设计线形吻合较好。
4.2应力
4.2.1主体结构
根据监控计算结果，该大桥施工过程中主桁杆件的应力包络图见图6。
图6施工过程中主桁杆件的应力包络图
由图6可知，施工过程中，钢桁梁上弦杆最大组合拉应力为186.3MPa，下弦杆最大组合压应力为207.9 MPa，小于Q370qD的组合容许应力（252MPa）。横向联结系杆件的最大组合拉应力为85.9MPa，最大组合压应力为88.8MPa，小于Q345qD的施工阶段组合容许应力（240MPa），说明钢桁梁受力均满足规范要求。
钢梁架设施工过程中，在每个悬拼节间架设完毕、顶（落）梁和合龙前、后，对关键受力杆件进行应力监测，与监控理论计算结果进行对比可知：①架设过程中，钢梁各个关键受力杆件实测应力的变化规律与理论计算比较一致，实测值总体上略小于理论值。②在南岸钢梁架设至E20E21节间，上弦爬坡吊 机 前 轮 位 于A19时，上 游 侧 拱 上 弦 杆 件A16A17的实测最大轴向拉应力为125.4 MPa，小于理论值140.0 MPa；下游侧拱下弦杆件E17E18的实测最大轴向压应力为128.6 MPa，小于理论值136.0MPa。③连续钢桁拱中跨合龙、临时杆件和临时支墩拆除、正式支座安装后，下游侧拱下弦杆件A8A9的实测最大轴向拉应力为38.1MPa，小于理论值42.0MPa；下游侧拱下弦杆件E10E11的实测最大轴向压应力为88.1MPa，小于理论值96.0MPa。
4.2.2临时杆件
中跨钢桁拱拼装时，用临时杆件分别代替拱桁节点C13与节点E13处（距离拱脚48m）、节点C17与节点E17（距离拱脚96m）处的柔性吊索，以支承拱桁的悬臂。监控计算时，把临时杆件按照实际结构形式建立在整体有限元模型中，进行施工过程分析。根据计算结果可知，临时杆件最大组合拉应力为69.5MPa，最大组合压应力为78.3MPa。临时杆件组合应力均小于Q345qD的施工阶段组合容许应力240MPa，受力满足规范要求。
4.2.3临时支墩
对于该大桥北岸钢梁纵移工况，当考虑钢梁纵移引起的水平推力时，在支反力与墩顶摩阻力共同作用下，需要将临时支墩的顺桥向墩顶位移限制在5cm以内，则临时支墩的钢结构的验算应力为162MPa，小于钢材Q235的容许应力（182 MPa）；稳定性验算也能满足规范要求。因此，在北岸钢梁分级纵移过程中，对L5号和L6号临时支墩的墩顶纵向位移进行实时监测，将其严格限制在4cm以内。当临时支墩墩顶偏位接近限值时，及时利用墩顶千斤顶反向顶推复位，将临时支墩墩顶复位，以确保钢梁的顺利合龙。
4.3索力
在中跨钢梁架设过程中，吊索按照设计无应力长度与钢桥面同步安装，结合桥面线形对吊索索力进行适当张拉和调整；在中跨钢梁合龙并完成成桥体系转换后，根据吊索实际索力和钢梁的桥面线形，对所有吊索进行一期恒载索力调整；在桥面铺装及防撞护栏等二期恒载施工后，根据索力测量结果，对个别吊索进行最终的索力调整。该大桥成桥吊索索力实测值和理论值对比见图7，由图7可知，成桥索力实测值与理论值的偏差均在±10％以内。
图7成桥吊索索力实测值和理论值对比
4.4抗倾覆验算
该大桥边跨钢桁梁采用半悬臂拼装法施工，根据施工荷载和边界条件，对钢桁梁的整体抗倾覆稳定性进行验算，计算工况为边跨和中跨最大悬臂状态的最不利架设状态。根据验算结果可知，边跨钢梁架设至主墩前，需要在边墩附近的E0～E3节间施加一定的配重。边跨钢梁施加配重后，架设主墩前的抗倾覆系数K＝1.43＞1.3，中跨钢梁最大悬臂状态的抗倾覆系数K＝2.48＞1.3，均满足规范要求。
5结语
某高速公路大桥为主跨288m 的连续钢桁拱桥，该桥钢梁采用临时支墩搭设膺架半悬臂拼装法架设，为了解施工过程中的结构内力及线形状态是否满足设计要求，指导施工，运用无应力状态法，采用桥梁结构分析软件 MIDASCivil建立空间模型对该桥进行全过程施工控制。施工控制结果表明：在施工过程中各阶段线形、应力、索力、钢梁抗倾覆稳定性等控制指与理论分析结果基本一致，成桥的线形和内力状态与控制的预期目标吻合良好。
参考文献
［1］秦顺全．桥梁施工控制—无应力状态法理论与实践［M］．北京：人民交通出版社，2007．
［2］高阳，何本万，陈金州．东平水道大桥的施工监控［J］．桥梁建设，2011，（1）：71－74．
关键词：分析；隅撑支撑；钢框架；抗震性能；转运站
Abstract: Knee braced steel frame is a new type of supporting structure, which is characterized by brace is connected with the column, and the other end of the beam is connected with girder, one end of a support oblique rod is connected with the bracket at least. This paper uses finite element software ETABS to evaluated the seismic performance of this structure system.
Key words: analysis; knee brace; steel frame; seismic performance; transfer station
中图分类号：TU2文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
隅撑支撑钢框架体系利用隅撑构件作为“耗能保险丝”，保证结构具有良好的刚度和延性，将塑性破坏控制在次要构件上，在保证结构主要构件不受破坏的同时也保证了支撑杆件不屈曲，有效地克服了偏心支撑的缺点。
1隅撑支撑钢框架结构
隅撑支撑钢框架结构是一种很好的抗震结构形式，可以广泛地应用于要求抗震设防地区的建筑中。如图1所示为典型隅撑支撑钢框架体系，其中1构件代表隅撑，2构件代表支撑，3构件代表框架梁，4构件代表框架柱。
图1典型隅撑支撑框架体系
Fig.1 Representative knee braced steel frames
2 隅撑支撑钢框架结构的计算模型
为简化计算分析，将隅撑支撑钢框架分解为两部分，一部分为主框架结构体系（梁和柱组成的框架，作为承重体系），另一部分为隅撑支撑体系（隅撑和支撑组成，作为耗能及抗侧力体系），这两部分协同工作。隅撑支撑框架的恢复力模型可用图2的曲线表示[1-2]。
图2 隅撑支撑钢框架恢复力曲线
Fig.2 Knee braced steel frames resilience curve
由图2可以看出KBF的恢复力曲线有两个关键点：隅撑屈服点和梁柱初始屈服点。根据Massood[3]及李庆松[4]的研究，可采用图3所示的简化模型分三步求解KBF的恢复力曲线。
(1) 结构初始抗侧移刚度
（1）
式中是主框架结构体系的抗侧移刚度；是隅撑支撑体系的抗侧移刚度。
(2) 隅撑屈服点（第一屈服点）
（2）
（3）
式中，和分别表示结构初始抗侧移刚度，隅撑支撑体系所受到的侧向荷载和隅撑支撑体系的抗侧移刚度。
(3) 梁端屈服点（第二屈服点）
（4）
（5）
式中和分别表示第一屈服点的屈服荷载和对应的位移；和和分别表示主框架结构体系所受到的侧向荷载及其抗侧移刚度。
3 工程概况和ETABS模型的建立
3.1 工程概况
国内某氧化铝厂，铝矿输送转运站，采用隅撑支撑钢框架结构，所有构件均用H型钢。其柱子为H500×300×11×18；梁为H250×150×6×8；支撑为H190×90×5×8；隅撑为H190×90×5×8；柱距为6m，层高为3m，共6层。
3.2 ETABS模型的建立
在用ETABS[5]有限元软件建立模型时使隅撑构件与框架梁、柱的连接设置为刚接，使斜支撑与柱脚、隅撑的连接设置为铰接，并且使得隅撑与框架的两对角连线平行偏心距取0.3，斜支撑连接于隅撑的中点以达到延长线通过框架梁与柱的交点的合理的设计要求；塑性铰分别设置于各构件上，并且距构件杆端的相对距离分别为0.05和0.95。隅撑支撑布置在1、3、5轴线框架上；沿X方向施加水平推力。
3.3 分析结果
(1)塑性铰的发展历程
在X轴方向施加逐步增大的水平推力至结构达到目标位移值为止，Pushover分析过程共进行了17步推覆分析，其中主要的荷载步有：
荷载步1，从塑性铰分布图可以看到，首先在中间跨布置的隅撑构件上出现粉红色的塑性铰，这表明这些隅撑构件刚刚进入屈服阶段，从而验证了隅撑支撑钢框架体系的第一屈服点发生在隅撑构件上的理论结果。
荷载步3，从塑性铰分布图可以看到最明显的特征是在包含隅撑的各榀框架中二、三层的横梁上出现了粉红色的塑性铰，此时结构承载力开始下降，这表明该部分框架梁刚刚进入到屈服阶段，同时表明该结构符合强柱弱梁的设计要求。
分析进行荷载步1和3时上述隅撑支撑钢框架结构中塑性铰的分布情况，从本例的分析结果可以看出用有限元软件分析的结果和理论分析的结果相一致。
(2)基底剪力-顶点位移曲线
通过分析结构X向基底剪力－顶点位移曲线图，即结构的能力曲线。曲线的最高点所示基底剪力约为11900kN、顶点位移约为196mm，此时的基底剪力为结构所能承受的最大值。该曲线可以近似为三段折线，第一阶段处于弹性阶段；第二阶段由于有些塑性铰已经形成并且刚进入屈服阶段，荷载－变形曲线放缓，此阶段是隅撑构件屈服阶段（第一屈服阶段）；第三阶段塑性铰向极限承载力方向发展，曲线斜率进一步放缓，即相对于基底剪力而言，顶点位移的变化率越来越大，此阶段是钢框架屈服阶段（第二屈服阶段），从图中可以看出分析结果和理论分析的恢复力曲线相一致，从而有力的论证了理论结果的正确性。
(3) 结构能力谱与需求谱
把曲线上的每一点转换后得到的能力普和需求谱族(需求曲线对应的阻尼分别为 0.05、0.10、0.15、0.20)放在同一个坐标内，两曲线的交点就是该水准地震下该结构的性能点。由此可以画出结构在小震、中震、大震下的需求谱族与能力谱曲线。
(4) 结构层间变形验算
图3为结构性能点处的楼层位移曲线和层间位移角曲线，小震下结构变形处于弹性阶段，由图可知在结构性能点处，最大层间位移角为1/625，小于《建筑抗震设计规范》GB50011－2001规定的钢框架结构弹性层间位移角限值 [θe]=1/300；大震下结构变形处于弹塑性阶段，在结构性能点处，最大层间位移角为1/172，小于规范规定的钢框架结构弹塑性层间位移角限值[θe]=1/50，所以该结构在X方向满足抗震设防要求。
图3 结构性能点处的位移曲线和层间位移角曲线
Fig3 Story displacement and drifts curve for performance point
4 结论
通过有限元软件建立模型分析的结果表明：
（1）隅撑支撑钢框架结构的破坏过程与理论分析得到的恢复力曲线相一致；
（2）隅撑支撑钢框架结构符合强柱弱梁的设计要求；
（3）隅撑支撑钢框架结构的层间位移角符合《建筑抗震设计规范》的要求。
由此可以得知隅撑支撑钢框架结构是一种具有良好抗震性能和较大抗侧移刚度的新型耗能抗侧力结构。
参考文献
[1] M.Nakashima, K.S.aburi, B.Tsuji.滞回阻尼结构能量的输入和逸散特性[J].地震工程与工程振动, 1997, 13(2): 91-99.
[2] 周云,邓雪松,黄文虎.装有铅橡胶复合阻尼器结构的减震研究[J].地震工程与工程振动, 1998, 18(4): 103-11.
[3] MASSOOD Modid, PEYMAN Khosravi. Non-linear analysis of disposable knee bracing[J]. Computers&Structures, 2000, 75: 65-72.
[4] 李庆松,黄真,陈龙珠.钢结构斜隅支撑体系弹塑性计算方法研究[J].计算力学学报,2005,22（3）: 360-365.
【关键词】光伏支架；结构方案；优化设计
目前，在全球能源供应紧张和环境问题日益严重的情况下，经济和社会的可持续发展受到了巨大挑战，发展和利用清洁而安全的可再生能源受到了广泛重视。虽然目前已经实现利用的可再生替代能源种类较多，但从可用总量上看，水能、风能、潮汐能都太小，不足以满足人类需求。太阳能作为一种资源丰富，分布广泛且可永久利用的可再生能源，具有极大的开发利用潜力。特别是进入21世纪，太阳能光伏发电产业发展非常迅速。太阳能光伏发电在不远的将来不仅要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体，将给能源发展带来革命性的变化。根据欧洲联合委员会研究中心（JRC）的预测，到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，其中太阳能发电占到60%以上，充分显示出其重要的战略地位。
太阳能光伏组件支架是固定太阳能电池板的重要部件，在获得太阳能电池板最大发电效率的前提下，保证支架的安全可靠性是光伏组件厂家需要考虑和研究。根据不同形式的太阳能光伏发电的需要，支架系统一般分为单立柱太阳能支架、双立柱太阳能支架、矩阵太阳能支架、屋顶太阳能支架、墙体太阳能支架、追踪系统系列支架等若干规格型号，同时按照不同的安装方式又分为地面安装系统、屋顶安装系统和建筑节能一体化支架安装系统。
1.荷载取值
1.1风荷载
为使光伏组件能接受最大的光照辐射，它通常被设计为与水平面成一定倾角，不可避免地承受风荷载作用。同因为光伏组件及其支架系统还具有受风面积大、自重轻等特点，使风荷载成为了光伏系统承受的主要荷载。无论是顺风时对支架结构强度和变形的要求，还是逆风时对基础抗倾覆的要求，都是光伏支架设计时起控制作用的条件。因此，合理的风荷载取值是光伏支架设计的重要内容。
由于光伏发电站的设计使用寿命通常为25年，因此可取重现期为25年的风荷载值作为基本风压进行计算。考虑到国内缺乏指导光伏支架设计的规范，为保证支架结构的安全性，参考国外类似规范以指导设计。文中采用25年一遇的风荷载基本组合对光伏支架进行结构设计，同时采用42m/s瞬时风速对应的极大风荷载组合进行校核。
1.2荷载组合
光伏支架承受的主要活荷载包括风荷载、雪荷载和施工检修荷载。考虑到光伏支架为紧贴地面且重量较轻的柔性结构，地震荷载的影响较小，因此通常采用不考虑地震作用效应组合。
2.理论计算
典型的光伏支架，由次梁（U型导轨）、主梁、立柱和支撑组成。其中次梁和主梁为受弯构件，立柱和支撑则一般为受压构件。主梁的受力状态也可通过静力学方法计算得到。与普通钢结构的受弯构件类似，主梁和次梁的挠度也不宜超过一定的容许值。类比普通钢结构中重要性相近的受弯构件，主梁和次梁的挠度容许值可分别取为L/250和L/200。前后立柱和支撑主要承受轴向拉力或压力。考虑到光伏支架的荷载本身较小，而钢结构的轴向承载能力普遍较高。因此这些构件的选用通常不由强度要求控制。
3.数值模拟
3.1模型概况
为验证上述程序的正确性，采用通用钢结构计算软件SAP2000建立了三维的光伏支架数值模型，模型中次梁和主梁均采用C型钢，截面尺寸分别为C40×60×10×2.5和C60×40×20×2.5。由于两截面的背部均开孔，因此构件截面扣除了孔洞的影响，由于实际情况中，光伏板安装在檩条上。光伏板上的风荷载和雪荷载的传力路径应为：板-檩条-主梁。为保证模型的传力路径一致，模型中没有建立光伏板的模型。而视光伏板为单向板，将相应的荷载分配到檩条上。
3.2模拟结果
通过计算得到了光伏支架在各种荷载组合下的受力状态。通过对理论计算值与数值模拟值的比较可知：两者的偏差较小，均在5%以内。且理论计算值均大于数值模拟值。因此，理论计算结果具有较好的准确度且偏于安全，可用于指导光伏支架的工程设计。
4.经济性分析
地面光伏发电站常见的光伏组件排列方式有两种，即竖向双层光伏组件排列和横向四层光伏组件排列。以尺寸为1956mm×992mm，容量为275Wp的光伏组件为例，在相同的长度范围内，两者能安装的组件块数相近。前者需要的构件根数较多、但构件截面面积较小，后者的构件根数较少且不需要柱间支撑，但同时截面面积较大。以2.8m跨度为例，由于两者前后立柱的钢材规格一致，故表中仅比较了主、次梁及支撑的材料用量相同条件下竖向双层排列方式主、次梁及支撑的用钢量比横向四层排列方式的用钢量少7.8%。因此在不考虑其他影响因素的条件下，前者较后者具有更好的经济性，可作为地面光伏发电场的推荐排布方式。
5.应用前景
当前国际能源形势相对严峻，各国都在极力寻找可以代替常规化石能源的新能源。此外核能发电的安全性让人质疑，风能水能受地域和季节影响较大，然而太阳能作为取之不尽，用之不绝的清洁能源备受关注和加以利用。随着全球大型地面、屋顶太阳能光伏系统的广泛推广与应用，太阳能光伏发电在电力供应中成为必不可少的发电源泉之一，同时为了保证光伏组件系统的可靠、安全、稳定的运行，必须要求太阳能组件的各个部件具有良好的抗风、抗雪压、耐腐蚀等性能。本文设计的太阳能光伏组件支架安装不仅满足抗风、抗雪压、耐腐蚀等性能，而且完全可以适合于地面矩阵太阳能、屋顶太阳能系统。此太阳能光伏组件支架在未来的光伏发电应用中具有良好的应用前景。
本文根据常规太阳能光伏组件支架的缺点，结合太阳能发电特点，设计了一款新型的太阳能光伏组件支架。光伏组件支的独特设计结构使该组件具有可以根据不同地域而角度可调，从而能够充分利用当地的太阳能资源，达到最大的太阳能组件的发电效率。同时对该光伏组件的连接方式、材质选型以及支架载荷受力分析加以详细的分析与实践，使其具有良好的抗震、抗风、抗雪压、耐腐蚀等物理性能，使光伏组件应用于更加广泛的地域。
6.结束语
本文以现行其他规范为指导，参考国外其他规范的要求，建立了光伏支架结构计算的理论方法，得到了以下结论：
1）合理的风荷载取值是光伏支架设计的重要内容，可采用25年一遇的风荷载基本组合对光伏支架进行结构设计，同时采用42m/s的瞬时风速对应的极大风荷载组合进行校核。
2）基于静力计算理论开发的优化设计程序经数值模拟验证，具有较好的准确度且偏于安全，可用于指导光伏支架的工程设计。
3）经济性分析结果表明，竖向双层光伏组件排列方式的经济性优于横向四层光伏组件排列方式。前者可作为地面光伏发电场的推荐排布方式。
参考文献：
[1]李俊峰，王斯成，等.2011中国光伏发展报告[M].北京：中国环境科学出版社，2001.
[2]中华人民共和国建设部.GB50009-2001建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.
关键词：多学科；本体模块化；建模和集成；液压支架
1 引言
产品设计特别是复杂产品的设计，往往涉及多个学科，需要不同学科的设计人员跨领域进行合作，不同领域、不同学科的设计人员有不同的知识背景，如何为设计人员统一概念术语以利于更好的沟通也是当前面临的一个问题。利用本体对多学科的产品设计知识进行建模并集成，可以解决设计知识在语义级别上的统一性，提高了知识的共享和重用性。
液压支架是煤炭开采中的重要支护，它能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。液压支架设计过程中涉及到了许多如机械、力学、液压、电气等多学科的知识，是知识密集的设计活动。利用本体对液压支架设计知识进行管理，进行多学科本体建模和集成，便于液压支架设计设计知识的共享和重用，是智能化知识管理的一个实践。
2 本体技术
本体的概念最初起源于哲学领域，用于研究客观世界的本质。目前，比较常用的本体概念是：本体论是对概念化对象的明确表示和描述[1]。本文所提出的基于液压支架设计的多学科本体构建与集成主要是利用了OWL语言、Protégé本体编辑工具和Protégé的插件Prompt来实现。
2.1 OWL
W3C(World Wide Web Consortium)总结了RDF(S)和DAML+OIL等几种语言的开发经验，于2004年正式推出OWL(Web Ontology Language)[2]。OWL作为W3C的推荐标准已经得到广泛认可，成为目前最为流行和使用最为广泛的本体描述语言。
2.2 Protégé
Protégé[3]由美国斯坦福大学医学院医学信息中心开发，是一个免费的、开源平台，向越来越多的用户提供了领域模型和基于知识的应用程序的本体构建工具。
2.3 Prompt
Prompt是一个半自动、交互式的本体集成工具。知识专家90%的操作可以依据PROMPT的提示完成，用户调用的74%以知识为基础的操作都在PROMPT开始时给于提示。
3 多学科本体构建
3.1 本体模块化技术
Bao Jie和Doina Caragea等人[4]为了改善本体的可重用性和选择藏功能，提出了本体的模块化（module）思想。液压支架设计涉及到了机械、电气、液压、控制等多领域，它们共享液压支架设计这一论域，但却是不同的概念模型。液压支架设计本体中主要的几个学科子本体，如图1所示。
图1液压支架设计本体中主要的几个学科子本体
3.2 多学科本体建模方法
本文在对本体构建方法学进行研究的基础上，根据多学科的领域特点，借鉴模块化技术的思想，提出了一种模块化生命周期法。该方法学继承了Menthontology的生命周期思想，融入了模块化技术。利用该方法构建多学科本体的过程，如图2所示。
注：矩形表示一个子过程，椭圆表示这些过程的输入输出集合，箭头表示信息流，虚线表示迭代。
图2模块化生命周期本体构建法
1）需求动因分析
首先要明确建设该本体是为了解决什么问题的，其次是有什么人来操作该本体。
2）领域分析和学科子领域分析
领域分析也就是领域的概念化，按照学科划分学科子领域。学科子领域分析主要是识别学科子领域中的概念、个体、关系和属性，并根据领域特有的分类关系建立领域初始的本体结构。
3）学科子本体表示
根据领域的特性及类的特点，选择合适的本体构建工具，并根据其所支持的语言，选择合适的本体建模语言表示领域中的类、实例以及类与类、类与实例、实例与实例之间的各种关系。
4）学科子本体的集成
学科子本体构建完成后，对学科子本体进行集成构成多学科本体。
3.3 基于液压支架设计的多学科本体构建
为了验证本文提出的多学科本体构建方法，构建了液压支架设计计算过程中的力学子本体、结构学子本体、液压控制学子本体，并将这些学科子本体集成构成了液压支架设计计算本体。在Protégé中建立的三个子本体的属性关系如图3所示，类和类层次如图4所示。
图3三个学科子本体的属性关系
图4三个学科子本体的类和类层次
3.4 基于液压支架设计的多学科本体集成
本文在本体模块化思想的前提下，将本体划分为多个学科子本体，在开发学科子本体前进行了全面的领域分析，各学科子本体之间关系明确。在Prompt中提供了五种本体集成形式：Compare、Map、Extract、Move、Merge。本文采用的是Merge。集成后的液压支架设计计算本体的类层次和属性关系分别如图5，图6所示。
图5 液压支架设计计算本体的类层次图6 液压支架设计计算本体的属性关系
5 结论
关键词： 发动机悬置； 紧固件； 夹紧力； 稳健性； DOE
中图分类号： U463.33；TB115.1文献标志码： B
引言
汽车动力总成悬置系统指动力总成（发动机、离合器、变速器及附件等）与车架或车身之间的弹性连接系统.随着汽车工业的发展，能源利用率不断提高，汽车设计向着大扭矩、轻型化、经济化方向发展，不断采用小型、大功率发动机和轻量化的汽车材料，使得动力总成传递至车身上的振动幅值加大，很大程度上恶化轿车的振动特性，严重影响车辆的乘坐舒适性和车内噪声.因此，动力总成悬置的设计面临更多的问题，也越来越重要.[1]
紧固件是将2个或2个以上零件（或构件）紧固连接成为一件整体时所采用的一类机械零件的总称，通常包括紧固件、螺柱、螺钉和螺母类等零件.紧固件是动力总成悬置紧固件的常用形式，是动力总成悬置系统的重要组成部分.紧固件的设计形式、型号和材料等级等都会影响到紧固件的连接效果，具体表现为紧固件的滑移、松脱和断裂等.造成紧固件问题的根本原因是在汽车行驶过程中，不同的载荷条件造成紧固件的夹紧力的衰减.[2]
如何设计紧固件的打紧扭矩，以达到汽车在使用寿命内紧固件不会出现问题是需要考虑的重要问题.在采用扭矩法对紧固件进行拧紧时，需依据拧紧扭矩与夹紧力之间的关系确定拧紧扭矩的大小，因此获取这二者之间更为准确的关系对紧固件连接件的可靠性、安全性以及连接质量具有重要意义.通常，拧紧扭矩的50%用以克服紧固件支撑面的摩擦扭矩，40%用以克服螺纹配合面的摩擦扭矩，只有10%左右形成最终预紧力.[3]
在汽车轻量化成为发展趋势的今天，设计最轻且最安全的发动机悬置系统是最终目的.在发动机悬置和紧固件的设计前期，使用有限元仿真分析时满足强度耐久以及紧固件防松要求，但在后期的台架试验和道路试验中，出现发动机悬置支架开裂甚至断裂、紧固件松脱断裂的现象时有发生.关于紧固件的夹紧力与打紧扭矩的关系及其计算方法，紧固件支撑面的有效半径等关于紧固件本身的研究很多[45].
归根结底，紧固件的主要功能是通过最终的夹紧力实现其传递力和扭矩的功能.因此，本文只关注紧固件最终产生的夹紧力大小的波动、紧固件的打紧顺序以及紧固件的处理方法等对发动机悬置系统仿真精度的影响，并基于得出的结论，对发动机悬置支架进行方案改进，最终满足台架试验和道路试验的疲劳耐久要求.
1紧固件夹紧力对计算结果的影响
1.1计算模型的建立
设计产品一般要经过单轴拉伸、单轴疲劳、多轴疲劳和道路耐久等试验验证.支架前期计算满足要求，但在z向单轴拉伸试验时发生断裂（见图1）.为方便与试验对比，分别考虑4种有限元建模方法，基于Abaqus软件进行仿真计算（见图2）.
方法一为不考虑固定钢板和紧固件夹紧力，支架的紧固件安装面直接约束.
方法二为考虑固定钢板，紧固件安装面和钢板Tie连接，不考虑紧固件夹紧力.
图 1支架单轴拉伸试验
（a）方法一
（b）方法二
（c）方法三
图 2建模方法
方法三为考虑紧固件夹紧力和固定钢板，紧固件夹紧力按照M10紧固件的夹紧力45 kN进行计算.
方法四为在方法三的基础上，把紧固件夹紧力提高到90 kN.
1.2计算结果对比
以上4种状态的计算结果对比见表1，可以得出以下结论：紧固件夹紧力对支架紧固件周围的区域的强度有重要影响，与试验结果较为接近.因此，在前期的计算分析中，如果支架紧固件周围有较大应力区域，需要考虑紧固件夹紧力的影响.支架应变云图见图3.
表 1单轴拉伸计算结果方法加紧力/kN支架最大主应变/%一00.33二00.33三450.91四900.87
图 3支架应变云图
2紧固件打紧顺序对支架强度影响
在安装过程中，同一型号的紧固件打紧顺序具有不确定性，这种打紧顺序的不同，必然会造成先打的紧固件影响到后打的紧固件，使后打的紧固件需要克服更大的消隙力.因此，在设定的打紧扭矩下，紧固件夹紧力会降低，造成夹紧力在六西格玛设计的基础上更大范围地波动.这种夹紧力波动的影响前文已经做过研究，因此此处只考虑3个紧固件都打到43 kN的夹紧力下，3个紧固件打紧顺序对支架强度和紧固件滑移的影响.3紧固件打紧顺序见表2.
3紧固件夹紧力波动对支架强度的影响为研究紧固件夹紧力波动对悬置支架强度的影响，选择基于台架试验的z向单轴拉伸工况进行分析计算，模型见图8.基于前文结论，3个紧固件采用同时打紧的方法.图 8模型建立
3.1紧固件的六西格玛设计
为保证紧固件设计的稳健性，紧固件必须进行六西格玛设计.在发动机支架设计定型后，螺纹长度和夹持厚度已经确定，紧固件的型号也确定下来.针对该悬置选取的紧固件，在紧固件夹紧力试验中，选取6个紧固件样本，得到六西格玛设计下紧固件夹紧力的波动范围为37～49 kN，平均夹紧力为43 kN，负三西格玛夹紧力为37 kN，三西格玛夹紧力为49 kN.紧固件在打紧过程中，最终产生的夹紧力具有波动性和随机性，见表3.
3.2紧固件DOE试验设计
通过DOE方法研究紧固件的夹紧力波动对发动机悬置强度以及紧固件滑移的影响.主要研究目的为紧固件夹紧力变化对支架强度及紧固件滑移的影响规律，因此可以省略DOE设计中的有关流程，见图9.
3.2.1变量和相应
在紧固件打紧的过程中，影响紧固件夹紧力的因素有很多，如紧固件直径、螺纹间距及升角、夹持厚度和摩擦因数等，此处主要关注紧固件达到某一夹紧力状态下，其夹紧力波动对发动机悬置支架强度和疲劳耐久的影响，因此只选取紧固件的夹紧力作为唯一的设计变量；选取3个紧固件的夹紧力37，43和49 kN为3个设计参数；选取悬置支架的最大主应变和紧固件的滑移量为响应.
图 9DOE简化流程
3.2.2参数化模型建立
在DOE试验过程中，选取3×3共9个样本点的正交矩阵，建立参数化模型，9个模型参数见表4.
3.3计算结果
基于以上参数模型，批处理计算得到悬置支架的计算结果.主要关注夹紧力波动对强度和紧固件滑移的影响，其中，最大主应变决定该支架在该夹紧力条件下会发生断裂，滑移量的大小决定紧固件是否发生夹紧力衰减和松脱，因此，只提取支架的最大主应变和支架法兰面的滑移量作为研究对象（见图4和5）.
研究发现，随着夹紧力增加，支架的最大主应变和滑移量整体有减小的趋势，见图10和11.3个螺栓夹紧力都为37 kN时，最大主应变最大，滑移量最大，相对支架和紧固件来说是最严重的状态.
4结论
在动力总成悬置支架设计开发过程中，紧固件的开发同样重要，必须在设计前期对二者同时开展设计与仿真计算工作，以达到后期快速满足台架试验与道路试验的要求，节省成本.
通过研究，可以得到以下结论.
（1）在前期支架的有限元分析中，紧固件的建模是否考虑夹紧力的影响能够影响对仿真结果的判断，尤其是紧固件周围有应力相对较大区域的时候.
（2）夹紧力的波动对支架的强度、疲劳耐久和紧固件的滑移等产生一定的影响，采用六西格玛设计时的最小夹紧力进行计算，对支架和紧固件是最安全的设计.
（3）在有限元仿真中，紧固件的安装顺序对支架强度、疲劳耐久和紧固件的滑移等影响不大，紧固件的同时加载是最安全的分析方法.参考文献：
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[2]李维荣. 螺纹紧固件防松技术和试验方法研究[D]. 安徽： 合肥工业大学， 2005.
[3]王宁， 李宝童， 洪军. 螺栓支承面有效半径的影响因素[J]. 西安交通大学学报， 2012， 46（4）： 132136.
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