轻型应用

轻型应用（精选十篇）

轻型应用 篇1

轻型三角挂篮是桥梁施工中用来逐段推进混凝土箱梁模板的悬挂设备, 具有承载力大、自重轻、主要承重件刚度大、稳定性好、加工简单、装拆方便、施工便捷易控制、工人劳动强度低等特点。通过襄渝Ⅱ线铁路任河右线大桥的使用证明, 该挂篮性能良好、整体变形小安全可靠、操作方便、外观接缝平顺, 挂篮移动及就位调整速度较快, 一次只需3~4h, 有利于缩短梁段循环施工周期, 是全桥提前完工的一个重要保障措施, 在取得了良好的企业经济效益时, 也带来了巨大的社会效益。

2 轻型挂篮设计

2.1 设计原则

根据任河右线大桥主桥80m跨预应力混凝土连续箱梁采用悬臂浇筑施工这一需要, 再考虑到以后挂篮构件尽可能在多场合使用的要求, 我们确定轻型挂篮的设计原则如下:

1) 安全可靠, 重量轻, 尽可能利用型钢, 减少机械加工量;挂篮装拆要方便, 施工易控制、速度快, 工人劳动强度小。

2) 为保证箱梁外观接缝平顺, 承重系统的主要构件截面尺寸由刚度控制设计。

3) 挂篮设置定向滑道, 除滑道及内模外挂篮一次性整体前移到位。

4) 通用性强, 在适用不同的桥梁施工时, 挂篮的改造量要小。

5) 解体后最大构件重量不超过3t, 且运输上能满足公路及铁路运输的要求。

2.2 设计参数

1) 箱梁的结构参数:箱梁的节段长度为3~4m, 箱梁底板宽4m, 顶板宽7m, 梁段高变化范围为6~3.3m, 箱梁为单箱单室。

2) 设计荷载:箱梁节段混凝土设计控制荷载为799.4KN, 施工人群荷载为2KN/m2, 施工振动荷载为1.5KN/m2, 模板系统自重荷载300KN, 考虑施工及挂篮加工过程中的一些不利因素, 设计荷载中混凝土的重量乘以1.2倍, 即设计荷载为130t。

3) 设计变形:fm ax=L/600。

2.3 设计依据

1) 任河右线大桥施工图。

2) 《钢结构设计规范》 (GBJ 17-86) 有关规定。

2.4 简要说明

1) 挂篮底桁架:按简支与前后托梁承受均布荷载计算。

2) 底模托梁:按简支梁和承受纵梁传来的集中荷载计算。

3) 前上横梁:按简支梁和承受提升吊带、倒链等集中荷载计算。

4) 滑梁:按简支梁和承受模板以及相应混凝土自重荷载计算。

5) 提升吊带、前吊带、后吊带、精轧螺纹钢:按拉杆和承受各分配梁荷载分别计算。

6) 主桁架:按静定桁架内力分析。桁架前端荷载为挂篮底板吊带及各滑梁通过前上横梁传递来的荷载, 后端由锚固力荷载。

分2个状态验算:空载行走状态下平衡验算;浇筑混凝土时, 主桁架内力以及挠度、稳定性、抗倾覆安全系数验算。

7) 对横向联接系作整体稳定性验算;分走行时以及浇筑混凝土时分别作内力、稳定性验算。

8) 对各构件联结处螺栓应力、焊缝长度、节点板验算。

9) 对挂篮理论加载挠度进行计算。

2.5 挂篮的结构及其特点

轻型三角挂篮主要由上部承重系统、底篮系统、侧模系统、行走系统、锚固系统和工作平台等组成, 见图1:

2.5.1 上部承重系统

本部分主要由两片三角形平面桁架、横联、前上横梁3部分组成。

三角形平面桁架由通过螺栓连接的前后两段主梁、立柱、拉杆以及销子等组成, 通过2根16槽钢及节点板连接到两片三角形平面桁架的立柱组成空间桁架。三角形桁架各杆件受力明确, 且迎风面积减小, 增加了抗风力。考虑到主梁及立柱为压弯构件, 为保证三角桁架的稳定性及挂篮刚度要大这一设计要求, 主梁及立柱采用A3钢板将并行的两工字钢焊接成类似箱型梁的结构形式。

横联分为后端横联、上横联及中上横联。后端横联通过螺栓连接到后段主梁上, 上横联和中上横联通过螺栓连接到立柱上, 且中上横联左右两边伸长部分还通过侧斜拉杆与上横联斜拉, 以减小中上横联伸长部分的挠度。

前上横梁采用两条I32a工字钢制作, 通过螺栓固定在主梁的前端。

挂篮的三角桁架先运用SAP84结构计算程序进行各杆件的受力及变形分析, 然后再通过手工计算进行复核。考虑到加工及安装时会出现一些偏差, 三角桁架的立柱有可能出现不垂直或偏心状态, 故在建模时把立柱顶端向前或向后偏离10mm、并同时向侧边偏移10mm以模拟其最不利的受力状况。

2.5.2 底篮系统

底篮的主要承重构件由横梁及纵梁组成。前后下横梁采用2I32a工字钢组焊, 纵梁采用5.45m长的I28a工字钢组焊, 纵梁与横梁之间采用铰接, 以适应箱梁底板的变坡。

底模长4.2m, 宽4.0m, 面板采用5mm厚钢板, 肋板采用8根槽钢制作。

2.5.3 侧模系统

外侧模由侧模架和模板组成, 上下分两节。侧模架由[10槽钢形成桁架结构, 桁高0.7m, 桁间距1.0m;模板由5mm厚的钢板以及槽钢作肋制成, 侧模夹住底模, 通过调整底模的高程以适应不同高度的梁段, 这样外膜能循环使用, 大大节约了投资。外膜系底端通过拉杆固定在底模纵梁上, 中部用对拉筋与内膜相连, 顶部利用已成梁段上的预留孔将侧模锚固在已成梁段上, 另一侧利用斜拉杆固定在主构架上。外侧模通过吊杆调整垂直方向标高, 通过长度可调的侧模撑杆调整水平方向位置。外侧模通过侧模吊杆、侧模撑杆与挂篮上部承重系统及底篮系统连接, 实现整体前移。

由于箱梁截面变化较大, 内侧模采用可调式内膜架, 通过顶板调节内膜宽度, 通过竖带调节内膜高度。通过销子转动拆、立模快速方便、简单, 改善了箱梁内的施工条件。

2.5.4 行走系统

挂篮行走系统是通过2对支座来实现。将外侧模系后端固定在底模纵梁上, 前端用吊杆固定在主梁上, 后下横梁两端用精轧螺纹锚固到主桁中上横梁上, 侧模与底板、前、后下横梁下落;将备用支座安放到距已浇筑节段前端50cm处并锚固, 在支座底面垫一块3cm钢板, 用倒链牵引挂篮行走到位后, 将后支座钢板抽出, 支座移到一旁备用;最后按已浇筑节段长度将行走后锚前移并锚固。

2.5.5 锚固系统

锚固系分上下锚固区。上锚杆采用Ⅳ级φ25精轧螺纹钢与箱梁竖向预应力筋通过连接器连接在一起, 一侧主梁设4个竖向箱梁预应力锚固点, 且两侧对称锚固。在浇筑混凝土状态, 上锚杆作用在主梁上的上锚横梁提供挂篮所需反力, 防止挂篮向前倾覆;下锚是在已成梁段箱梁底板预留孔处将底模系后横梁锚固在已成梁段上。

2.5.6 工作平台

工作平台设在侧模系外侧、前上下横梁和后下横梁上, 用以调节模板、浇筑混凝土和张拉已成梁段时供施工人员通过。

3 轻型三角挂篮在任河右线大桥的应用简介

3.1 挂篮的制作与拼装

由于挂篮的上部承重系统拼装精度要求较高, 因此, 这部分构件在工厂加工, 并且先在厂内进行预拼装, 并逐个杆件编好号。其余构件由于大部分采用型钢制作, 在现场进行加工, 底篮系统作为一个整体也进行预拼装。

工地安装挂篮上部结构和侧模主要利用一台QT80EA型塔吊配合安装, 底篮利用梁上上两台8t卷扬机配合安装。安装时严格按照工厂编号进行, 顺序如下:测量放样→放置支座→预装三角桁架主梁→安装后上横梁→安装立柱及横联→安装斜拉杆及侧斜拉杆→终拧三角桁架连接螺栓→安装锚固系统→安装前上横梁→安装外侧模→安装底篮并就位→侧模就位固定。

3.2 挂篮的试验

挂篮的试验主要为了检验三角桁架各杆件的变形值以及其前端的挠度, 验证其承载能力, 确保挂篮的使用安全。挂篮的试验采用集中加载形式。试验时第一套挂篮在已浇筑好的梁面上安装并锚固, 前上横梁、底篮及模板系统暂不安装。

加载点设在前上横梁作用在主梁的支点处, 为此, 专门制作了两个反力架, 每个反力架通过4根Ⅳ级φ25精轧螺纹钢与箱梁竖向预应力筋连接在一起。采用两台YCW250型张拉千斤顶分别对两边主梁前端进行分级加载。试验得出的结论与设计值较为吻合。

3.3 挂篮施工

挂篮通过倒链牵引到位后, 首先复测挂篮的顺桥向及横桥向位置, 若有偏差通过螺旋千斤顶进行微调, 位置准确后再利用螺旋千斤顶将上锚杆逐根拉紧后用螺帽将锚杆锚固在锚梁上并锁紧上锚。

挂篮就位后, 接下来主要工序依次如下:底模就位并固定→侧模就位固定→安装钢筋骨架及预应力管道→安装内模→浇筑混凝土、等强化后再拆侧模及内模→张拉、压浆→底模下降→安装挂篮前移滑道→转换后锚系统→挂篮前移进入下一循环。

4 结语

任河右线大桥主桥预应力混凝土连续箱梁于2008年10月开始挂篮悬臂浇筑混凝土施工, 2009年3月主桥箱梁悬臂浇筑施工全部完成, 一个对称段悬臂浇筑平均周期为10d (其中客观原因耽误了不少) 。每个对称段标高实测值与控制值对比均小于10mm, 中跨实现高精度合拢, 两端全断面高程差在-3~+4mm, 满足设计要求的±15mm, 整个主桥混凝土连续箱梁达到了外形美观、接缝平顺的要求。挂篮的总重量与最大块件混凝土重量之比约为0.30, 实现了挂篮设计轻型化的目标, 且说明了挂蓝具有自重小、无平衡重;作业面开阔便于施工;结构简单、主要构件受力明确, 整体变形小, 移动就位方便快捷, 缩短梁段循环周期等特点。

摘要：介绍轻型三角挂篮的设计及其在襄渝Ⅱ线铁路任河右线大桥施工中的应用, 该挂篮具有承载力大、自重轻、主要承重构件刚度大、稳定性好、加工简单、装拆方便、施工便捷易控制、工人劳动强度低等特点。

关键词：三角挂篮,任河右线大桥,施工应用

参考文献

[1]交通部第一公路工程总公司主编.桥涵 (下册) .北京:人民交通出版社, 2000.

轻型应用 篇2

摘要：通过工程实例论述采用轻型动力触探法检测基槽地基承载力的方法，并对该方法提出了一些有益的建议。

关键词：轻型动力触探;承载力;地基;N10。

1 前言

轻型圆锥动力触探是利用一定的锤击能量(锤重10kg)，将一定规格的圆锥探头打入土中，根据贯入锤击数判别土层的类别，确定土的工程性质，对地基土做出综合评价。由于轻型圆锥动力触探设备简单，使用方便，可用于以下几方面的工作：

1)提供浅基础地基承载力、变形模量;

2)检验地基土的夯实程度;

3)检验基底是否存在下卧软层。

随着基建投资的加大，工程建设如雨后春笋般涌现。对于浅基础工程，通常用平板载荷试验检测地基承载力，需要消耗较长的时间、较高的人力物力。本文介绍的轻型动力触探实验能简便、快捷的`检测浅地基承载力，而且费用便宜。下面以工程实例论述轻型动力触探试验在基槽验收中检测地基承载力的应用。

2 工程概况

长沙市某楼盘，位于浏阳河畔，地势起伏相对较小，大部分是耕地和农田，耕地和农田的土质为耕植土和淤泥层(耕地0-30cm为耕植土，农田0-80cm为淤泥层，饱和、软塑-流塑，颜色为黑色-灰色)，底层土质为粉质粘土，颜色为灰色、硬塑。

3 轻型动力触探检测方法

3.1 设备

轻型圆锥动力触探设备。

3.2 试验要点

(1)首先根据场地情况进行选点开挖，挖至勘察设计确定的持力层，然后对该持力层进行连续触探。

(2)将探头和探杆安装好，保持探杆垂直，然后连续向下贯击，穿心锤落距为50.0±2.0cm，使其自由下落。在基底轻型触探试验表内记录打入土层中30cm所需锤击数(N10)，在地层较硬、锤击数较多时，采用分段记录，以每贯入10cm记录一次相应的锤击数，整理资料时按30cm所需的击数作为指标计算。

(3)遇密实坚硬土层，当贯入30cm所需锤击数超过50击时或贯入10cm所需锤击数超过30击时，即停止测试。

3.3 检测结果

工地现场基槽已开挖到持力层粉质粘土，通过现场随机选点触探，该楼盘第61栋和57栋的轻型圆锥动力触探结果如表1所示：

由于第57栋基槽开挖以后遭雨水浸泡，地基承载力明显受到影响，特别是面层(0-30cm)偏低严重，必须挖掉被雨水浸泡部分以后该地层方可作为持力层。

4 资料整理及成果应用

4.1 资料整理

(1)每完成一次轻型触探后，在现场及时核对所记录的锤击数及深度是否有错漏，并结合其它勘探资料，综合研究分析，去掉不合理的特异值。

(2)轻型触探不考虑杆长修正，根据每贯入30 cm所需的锤击数绘制N10-h曲线图。

(3)进行土层力学分层，根据N10-h曲线，考虑触探的临界深度及界面效应，即“超前”和“滞后”影响，一般触探曲线由软层进到硬层时，则分层界线定在软层最后一个小值点以下2-3倍探头直径处，由硬层进入软层时，则分层界线定在软层第一个小值点以上2-3倍探头直径处。 (4)删除个别异常值，临界深度影响值、超前和滞后影响范围值，按下式计算每层实测击数的算术平均值：

N10=∑N10/n。

式中：N10为平均击数;N10为第i个实测值;n为参加统计的总数。

(5)按《建筑地基基础设计规范》，确定地基土承载力标准值时实测锤击数应按下式计算：

N(N10)=N10-1.645σ

式中：σ为统计量标准差。

对于第61栋，N10平均值为55.8：N(N10)锤击数代表值为49.1。

对于第57栋，考虑到粉质粘土面层已受雨水浸泡，建议施工单位将该层挖掉，故统计结果不包括0-30cm数据。该栋N10平均值为48.9;N(N10)锤击数代表值为23.5。

4.2 应用轻型动力触探成果确定地基承载力

《建筑地基基础设计规范》中用轻型动力触探击数确定粘性土承载力标准值(fk)如表2所示。

根据上表采用内插法计算可知，第61栋的地基承载力约为390kPa;而第57栋的N(N10)锤击数代表值仅为23.5，比实测值中的最小值42小了近一倍，地基承载力按23.5推算显然不合理，按最小值推算约为325kPa。为了验证采用最小值的可靠性，在57栋选点进行平板载荷试验，根据平板载荷试验P-S曲线得到地基承载力极限值为达450kPa，说明根据最小值推算是合理的。

除规范规定的内容外，各地在应用N10确定地基承载力所依据的公式有所不同，这是由于各地区地质条件的差异决定的。长沙地区一般粘性土和新近沉积粘性土N10地基承载力特征值的回归方程为：fNk=25+4.18NN10(kPa)。

5 结语

通过轻型动力触探实验在长沙某工程基槽验收中的应用，笔者有如下体会：

5.1 通过轻型动力触探实验能简单方便的确定地基承载力。轻型动力触探实验既不象荷载试验需要消耗较大的人力物力，也不象室内土工试验需要较长的试验周期。

5.2 轻型动力触探实验采用规范法确定地基土承载力时，N10宜选用实测值和代表值中较大的一个计算地基土承载力。

轻型放顶煤回采方法应用 篇3

【关键词】综采；放顶煤；移溜；移架

0.概述

双鸭山矿业集团公司东荣三矿东八采区五片采煤工作面，走向800m，倾向平均在120m，煤层厚度5m，工作面采用走向长壁后退式轻型放顶煤回采方法。工作面长度120m，采高2.2m，放顶煤高度2.8m，循环进度0.6m，采放比1：1.27。

1.使用主要设备

（1）采煤机为MG-150/375-W型双滚筒采煤机。其特点是：采用多电机驱动、横向布置、液压无级调速无链牵引、机面高度低、装机功率大，具备截割硬煤、夹矸和爬坡的能力和过断层能力。它适用于煤层厚度 1.3～2.92 米，工作面倾角≤35°，底板不过于松软的综采或高档普采工作面，完成落煤与装煤作业。

（2）采用80部ZF2400/16/24BJ型轻型放顶煤支架，其特点是：支架结构简单，重量轻、运输、安装、维修方便、安全可靠、稳定性好、低位放顶煤效果好、 煤尘小等特点。适用煤厚5-12m，煤质硬度f<3，倾角小于25°。下端采用DZ-2.5单体支柱与2.8U型钢，组成的迈步走向抬棚支护。

（3）工作面运输采用SGB630/220型刮板运输机，其特点是：具有大输送量、大功率、高效率的优点，设有多种不同形式的挡板，与多种型号的采煤机相配套。它适用于缓倾斜中厚煤层工作面输送煤炭，可与多种滚筒采煤机、桥式转载机、可伸缩皮带输送机、单体液压支柱与绞接顶梁相配套，实现采煤工作面的采煤、装煤、运煤、支护等工序的高档普采机械化。下顺槽采用40T溜子搭接DSP1080/1000型可伸缩皮带机入煤仓。

2.日采设计

2.1落煤

工作面使用MC-375型双滚筒采煤机，采用上端头斜切进刀，下行割煤上行提空刀，放顶煤，往反一次进一个循环，循环进度0.6m。

2.2支护

工作面使用80部ZF2400/16/24BJ型轻型放顶煤支架，采煤机前滚筒割煤后，必须追机伸前探梁，拉架子滞后采煤机后滚筒4～6部进行。拉架后支架前梁端距煤壁不超过0.1m。当工作面顶板破碎、片帮、压力大时，要超前移架，拉架步距0.6m，支架必须保持垂直煤壁，顶梁平面接顶，达到初撑力。

2.3移溜

推前溜应后割煤20m，推溜保证溜子平直，移溜时溜子必须运转，移上、下机头时必须停溜，拉后溜必须单向进行，严禁从两头向中间拉，并且应滞后放顶煤10～15m。

2.4放顶煤

用尾梁上下摆动松动放顶煤，支架回收插板，摆尾梁放煤，放顶煤采用单轮间隔放煤，机头两部支架及机尾两部支架不放煤，既先由一个自下端头3号支架开始放煤，方至见矸为止，按照3、5、7、9的顺序间隔放煤。另一个滞后6-9m。按照4、6、8、10的顺序间隔放顶煤，放至见矸为止。放煤工必须掌握好本架放煤量，以不压后溜为准。工作面回采工艺流程为：割煤—伸前探梁—移架—推前溜—机组空刀上行—放顶煤—拉后溜。

3.回采时注意事项

（1）采高控制在2.2左右m，严禁超高或超低回采。

（2）补采推进15m时开始放顶煤作业。

（3）支架工要在机组割煤后，及时追机伸出前探梁并及时移架护顶，移架和割煤工序间隔9m。

（4）作业人员要站在支架立柱间面向煤壁进行操作。支架前方严禁行人，前移支架上下3m以内不得有与移架无关的人员。

（5）操作支架升降时，前后立柱升降高度应保持一致，后柱高度不得低于前柱30mm，顶架仰角不得超过1.50C。为防止立柱顶销被损坏，必须带压擦顶移架，同时观察上下邻支架间错茬量，防止咬架。使用好侧护板，严密维护顶煤，严禁顶煤在架间暴露，同时调整支架防止倒架。

（6）移下端头两部工作面支架前必须超前将下端头的迈步走向连锁棚子迈步前移，然后依次移动2#、1#支架。

（7）支架操作完毕后，必须及时支架操作手把打回零。

4.移溜注意事项

（1）溜子停止运行时不准移溜。

（2）移溜工作在机组上行时距机组后滚筒10-15m开始进行，溜子的弯曲段长度不得小于20m。

（3）推移溜子时必须3节以上同时进行。

（4）溜子的铲煤板距煤壁应在50-100mm为宜，要求溜子平直。

（5）保证溜子不出现超过30弯曲点，防止工作面溜子脱节。

5.防尘技术

在工作面布置三路高压（28MPa）供水管路，一路供采煤机的内外喷雾系统用水，；一路用于放煤口多喷嘴喷雾、液压支架联动的喷雾系统用水， 一路用于液压支架架间安装电液控制的喷雾装置截尘、各部转载点喷雾、破碎机喷雾用水。并对破碎机进行密封性防尘。

6.放顶煤安全技术措施

（1）生产班必须保证设计采高，支架后柱的伸出量不得低于500mm才能放项煤。

（2）下端头的单体支柱，U型钢梁及2#、1#支架不放顶煤，以维护下端头支护。

（3）割煤与放顶煤分开作业，“采不放，放不采”由下至上单间隔放煤，放煤口间距1.5m，如一次放煤不净，必须进行二次放煤，放至见矸石为止。

（4）放顶煤必须在移架后进行，插板收回后再放尾梁，以防止插板插在后溜内损坏设备。

（5）放煤时，要根据后溜内煤量，掌握好本架放煤量，防止煤量过大压住后溜。

（6）当顶煤坚硬不易冒落时，可多次往复升降支架，直到放下顶煤为止。

（7）如遇大块煤卡住放煤口时，可多次升降放煤尾梁用插板配合用撬棍、钩子处理，严禁放炮处理。

7.结束语

多端轻型高压直流输电模型应用 篇4

随着用电负荷的不断增加, 电网的规模越来越大, 轻型高压直流输电 (HVDC-Light) 采用绝缘栅双极性晶体管 (IGBT) 作为开关器件, 电压源换流器 (VSC) 技术, 脉宽调制 (PWM) 控制, 对有功功率和无功功率的调节和控制十分快捷方便, 很适合于新能源发电的并网[4]。

新能源以光伏发电和风力发电为例, 在多端轻型高压直流输电模型中, 系统侧VSC换流器采用定直流电压和无功功率控制, 主要作用为稳定直压, 提高功率因素;光伏侧和风电侧VSC换流器都采用有功功率和无功功率控制, 控制传输风力发电和光伏发电的电能传输。

多端轻型高压直流输电模型基于dq0坐标采用比例积分 (PI) 控制, 并设计相应的控制器, 通过仿真和试验证明了多端轻型高压直流输电模型在风力发电、光伏发电连接并网系统中可以很好的应用。

2 多端HVDC-Light 基本拓扑

多端HVDC-Light的拓扑如图1所示。系统侧、风电侧和光伏侧, 具有相同的结构, 都采用脉宽调制 (PWM) 控制方式。交流电抗器L用于换流器与交流侧能量交换, 同时也起到滤波的作用;直流电容器C的作用是给直流侧的直流电压提供支撑, 并减小直流侧的谐波。

其中Usa、Usb、Usc为交流系统三相电压的瞬时值, Uca、Ucb、Ucc为换流器三相电压的瞬时值, Udc为直流侧电压, L为连接电感, R为换流器损耗和L电阻损耗的等效电阻, idc为流出换流器的直流电流, idd为直流线路电流, 设Usa与Uca的夹角为δ1, Usb与Ucb的夹角为δ2, Usc与Ucc的夹角为δ3。

系统功率可以如下表示:

undefined式 (1)

undefined式 (2)

由式1可知, 当δ1>0时, P>0, 吸收有功功率而运行于整流器状态;当δ1<0时, P<0, 系统侧VSC换流器向交流系统送出有功功率而运行于逆变器状态。由此可知通过控制Usa与Uca之间的相位角δ1即可控制系统侧有功功率的方向和大小;同理, 光伏侧和风电侧VSC换流器可通过控制δ2和δ3来控制光伏发电和风电的有功功率传输。

由式2可知, 无功功率的传输方向由Usa-Ucacos δ1决定, 当Usa-Ucacos δ1<0时, Q<0, 系统侧VSC换流器从系统吸收无功功率;当Usa-Ucacos δ1>0时, Q>0, 系统侧VSC换流器向系统发送无功功率, 可充当无功补偿装置。因此, 通过控制Ucacos δ1的大小就可以控制VSC换流器吸收或发出无功功率及其大小。同理, 光伏侧和风电侧VSC换流器可以通过控制Ucacos δ2和Ucacos δ3的大小来控制光伏发电和风电无功功率的传输。可见VSC换流器还可以起到静止同步补偿器的作用。

3 多端HVDC-Light 解耦控制

由基尔霍夫电压定律可建立交流侧的电压方程为

undefined

设进行park变换的矩阵P和逆矩阵P-1分别为:

对式 (3) 进行park变换, 并进行整理后可得dq0坐标下的动态方程为:

忽略电阻R和换流器损耗后, 根据瞬时功率理论, 换流器交流侧的有功功率、无功功率和直流侧的有功功率可表示为

undefined

由 (7) 式可得

undefined

在直流侧由基尔霍夫电流定律可得:

undefined

将 (8) 式代入 (9) 式得

undefined

系统侧VSC换流器采用定直流电压和无功功率控制:

其中Udc为直流电压实际值, Udcref为直流电压指定值, Isq、Isd、Usq、Usd分别为系统电流电压park变换的值, Isqref为对应Isq的指定值, ω为对应系统频率的角速度, L为连接电感值, θ为系统电压锁相角度。

Udcref与Udc之差经过比例积分环节再与Isd相减, 通过解耦及park反变换所得调制波与三角载波波比较得到VSC的PWM开关脉冲来控制IGBT的开通和关断, 从而达到控制系统侧VSC的直流输出电压, 令Isqref=0就可以达到系统侧VSC单位功率因素整流的效果。

光伏侧和风电侧VSC换流器采用同样的有功功率和无功功率控制, 以光伏侧为例:

其中Iq、Id、Uq、Ud分别为电流电压park变换的值, Ivdref为对应Id的指定值, Ivqref为对应Iq的指定值, ω1为对应光伏发电侧频率的角速度, L为连接电感值, θ为系统电压锁相角度。

Ivdref与Id之差、Ivqref与Iq之差, 分别通过解耦及park反变换所得调制波与三角载波波比较得到VSC的PWM开关脉冲来控制IGBT的开通和关断, 来达到控制光伏侧VSC的有功功率和无功功率的效果。

4 仿真及实验结果

为了验证多端高压直流输电模型及其控制策略能够很好的应用于光伏及风电与系统并网, 根据图1在电磁暂态软件PSCAD/EMTDC建立起多端高压直流输电模型进行仿真试验, 仿真系统参数如下:

系统侧、光伏侧和风电侧的变压器额定容量均为100MVA, 直流电压参考值为0.7kV, 三角载波频率为6000Hz, 光伏发电模型和风电模型的额定功率设定为为100kW。

光伏侧和风电侧未并入系统和并入系统的图形比较见图4、图5、图6、图7。

通过仿真实验观察系统侧电压、系统电流、系统侧有功功率、无功功率, 光伏侧和风电侧的有功功率、无功功率分别在光伏和风电未并网和并网情况下的波形如图1、图2所示。在光伏和风电侧未并入系统时, 没有有功功率流入系统, 系统侧VSC采用定直流电压和单位功率因素控制, 观察波形可知系统侧有功功率和无功功率为0, 直流电压0.7kV稳定, 达到了控制效果;光伏侧和风电侧VSC采用有功无功功率控制, 光伏发电和风电的额定功率是100KW, 通过控制多端HVDC-Light装置, 让光伏侧向本装置发送30KW的有功功率和吸收40kVar的无功功率, 风电侧向发送45KW的有功功率和吸收20kVar的无功功率, 从系统侧的有功功率和无功功率波形可以得到, 光伏和风电模型发送的有功功率除了装置和器件损耗外全部由此装置送入系统, 光伏和风电模型所吸收的无功功率全部由此装置提供, 系统侧仍然呈单位功率因素状态, 而且从未并网到并网的过程中, 系统电流和直流电压状态变化平稳, 没有过高冲击或失稳情况出现。

5 结束语

通过对多端HVDC-Light在光伏风电并网应用的方针和分析, 可以看出其可以在允许的范围内灵活快速调节有功功率和无功功率, 并在调节过程中对系统的各个相关参数影响较小。调节多端HVDC-Light装置在功率输出不稳定的光伏发电和风电的并网中起到了很好的效果, 而且不会污染系统的电能质量。随着电力电子器件的发展, 多端HVDC-Light的传输容量会进一步增大, 随着光伏发电和风力发电的不断发展, 多端HVDC-Light也会得到广泛的应用。

摘要：介绍了应用于新能源并网系统的多端轻型高压直流输电模型的拓扑结构和运行原理。阐述了其控制算法, 采用EMTDC/PSCAD进行仿真, 并在实验平台上进行试验, 仿真实验结果证明了多端轻型高压直流输电模型在风光互补并网中可以有效的应用。

关键词：HVDC-Light,并网,新能源,单位功率因素

参考文献

[1]Asplund G, Eriksson K, Svensson K.DCtransmission based on vltage surce cnver ters[A].CIGRE COLLOQUIUM on HVDC and FACTS in-SOUTHAfica[C].1997.

[2]Sadek K, Pereira M, Brandt D P, etal.Capacitor Commutated Converter Circuit Configura-tions for DC Transmission[J].IEEE Tran.On Pow-er Delivery, 1998.13 (4) :1257-1263.

[3]张桂斌, 徐政, 王光柱.基于VSC的直流输电系统的稳态建模及其非线性控制[J].中国电机工程学报.2002, 22 (1) :17～22.

发展轻质材料和轻型结构 篇5

铝合金和工程塑料已广泛用于制造各种陆军武器构件。虽曾研究过用钛合金制造陆军武器受力构件，但因成本过高而未能得到应用，今后主要是发展低成本制造技术。纤维增强复合材料目前仍主要用于制造轻兵器及火箭导弹壳体等。为满足未来战场机动，尤其是空运空投、快速部署需要，将大力开发这类轻质材料的应用。2001年，美国将研究用钛合金代替钢制造装甲，减轻作战车辆质量，2004年M1坦克炮塔采用钛合金制造，可减轻质量5吨。2010年未来战场车辆、155毫米自行火炮和先进技术轻型榴弹炮(～2.3吨)、工程车辆的车体与炮架等重要受力件将采用纤维增强复合材料，大大减轻质量，如采用复合材料车体使车辆减轻33%。今后十年内，将重点开发低成本的先进纤维增强复合材料与结构制造技术和连接技术。

与此同时，将发展减振降噪阻尼材料、密封材料及磨擦材料，改善兵器的工作环境。例如，研究埋有制动器和主动消音材料的智能复合材料与结构，用于陆军车辆降噪防震；研究履带板橡胶失效机制，采用腈橡胶履带板，使履带寿命由1600公里提高到4800公里，质量减轻23%。

在坦克发动机方面，将研究单质陶瓷材料和增强陶瓷复合材料、陶瓷耐热涂层材料及隔热材料。研究单晶铸造γ相TiAl合金，使发动机质量减轻40％。

发展各种先进材料技术，提高武器的打击能力

在提高战场发射、推进能力方面，研究表明，钨合金弹芯侵彻均质装甲钢获得最大侵彻深度的最佳初速为2300～2500米/秒，侵彻反应装甲的最佳初速为3500米/秒。因此，亟需研究适应高初速大口径火炮动能的材料技术，使120毫米坦克炮的动能能达到140毫米火炮的性能水平，2005年动能弹能击毁未来反应装甲，并且满足身管长为54倍口径的21世纪155毫米先进野战榴弹炮系统提高初速、射速和增大射程的技术要求。2005～2010年开发大口径火炮身管耐烧蚀磨损材料技术(包括镀层材料和衬管材料)，延长120毫米、155毫米火炮身管使用寿命，如溅射喷射金属钽，耐磨性能为当前的镀铬层的8或10倍。研究高性能轻质电炮用复合炮管材料，为电热化学炮、电磁炮在2010年前后用于坦克炮、两栖装甲车辆用中口径炮、大口径舰炮提供材料技术基础。

在战术火箭推进系统方面，将通过材料技术研究，提高有效载荷，增大飞行速度，增大射程。如美国提出2005年使有效载荷提高25%，2010年前后提高100%，为此，2005年将针对近程、中程防空用灵活推进系统研究低成本TVC复合材料壳体和喷管材料，中程和远程防空用远距离推进系统的高刚度、轻质量复合材料发动机壳体；2010年将研究低成本的纤维或织物隔热材料和耐烧蚀碳/碳喷管材料；2015年研究地面火力支援用高密度复合材料发动机壳体，研究火箭弹药发射／包装一体化材料。

在反坦克弹药方面，目前国外现装备的120毫米高密度穿甲弹的穿甲能力约为600毫米RHA(初速1700米/秒)，而科研的水平已达850～900毫米RHA，但对付反应装甲的能力较差。针对未来反装甲需求，2005年，将开发大长细比(如L/D 40∶1)、高强韧(σb1600～1700兆帕、δ8～10%)的钨合金穿甲弹芯和轻质弹托与外套材料结构技术，同时研究具有绝热剪切效应的新型钨合金弹芯，以满足120毫米动能弹超高速发射和击毁未来反应复合装甲的要求。2010年研究包括未来加农口径电炮发射在内的超高速(2000米/秒以上)动能弹的结构/功能材料技术，以解决诸如安全发射、稳定飞行、消融等技术难题。2005年研究对付反舰导弹的超音速穿甲弹用高韧性钨合金(L/D小于8)，解决多层靶多次冲击问题。现装备的破甲战斗部的侵彻能力约为800～1000毫米RHA，有的高达1300毫米RHA，为了提高破甲能力，2005年将在继续研究高密度钼、钨药型罩材料的同时，研究具有特殊性能的药型罩材料技术，以适当降低射流头部速度，减小射流前部的能量，增大射流后部的质量和能量，满足攻击特种非均质装甲的要求。爆炸成型战斗部，2005年将研究对付轻、重目标的药型罩材料技术，尤其是钽、钼药型罩和形成大长细比（如L/D～6）杵体的药型罩材料技术（提高侵彻顶装甲的能力，如侵彻深度≥200毫米RHA）、多罩共轴药型罩材料技术、单罩形成串联杵体材料技术。研究攻击超硬加固工事或深度地下目标超音速穿甲弹芯材料与技术。

在增程精确制导弹药方面，将研究结构功能材料，如透波材料、电磁屏蔽材料、压电/热电复合材料、结构/烧蚀材料、高效隔热/反阳光辐射材料、阻尼/减振材料、弹体隐身材料技术等。

开发各种先进功能材料，提高武器战场感知能力

为了提高陆军武器装备的战场感知能力，将大力开展光电功能材料（如缺陷工程技术、梯度指数光学材料、红外探测器材料、CBD材料、智能材料、纳米材料等）研究；将通过开发能够提高传感器灵敏度和选择性，改进数据采集、分析和传输系统性能的材料和材料概念及新工艺技术，研究大块外延生长半导体、超导铁电体、压电体和磁性材料，提高传感器性能。据预测，2000年红外电磁传感器的感知距离增加50%、目标识别能力提高一倍；2005年采用超导电磁传感器，提高探测能力提高50%；2010年研制出经济的能重复生产的在350～500度电子设备上使用的SiC材料。

与此同时，将通过在生物仿真、物理、材料科学领域内的基础研究，发展新型探测器功能材料，如2000年研究光调制器用生物衍生物材料，2005年研究改进型非致冷红外探测器新材料，2010年研究基于嗅觉功能的新型探测器材料。又如，研究生物激励技术制造智能红外焦平面，以在战斗云雾中发现坦克。2000年研究自适应光机系统材料，2005年热电基冷却系统材料，2010年研究宽带传感器保护材料，以满足捕捉目标的高要求，使得坦克测距、目标指示和识别能力大大提高，比如，2000年使捕获暴露目标的距离增加67%，部分暴露的目标的距离增加50%，捕获坦克的时间缩短60～80%。

还将研究红外导引头整流罩材料，开发低成本的高效金刚石沉积和抛光技术，2000年使超音速红外瞄准与跟踪传感器的耐雨耐雾能力提高200%。

发展先进装甲防护技术，提高武器战场生存能力

预计到2015年，美国M1一类的主战坦克还将继续使用并加以改进，与此同时，将发展各种轻型地面车辆和两栖车辆。为提高战场生存能力，需要开发新型防护技术。为使乘员和设备在车体装甲被击穿后免遭击毁损伤和防中子、核能力及抗破片侵彻二次效应，将开发抗弹/抗爆震/抗辐射/多功能高密度高聚物(如高密度聚乙烯/凯夫拉)复合内衬材料技术。2000年～2010年研究战斗车辆、十字军自行火炮用的隔仓材料、油箱抑爆材料。

目前主战坦克首上装甲能防穿甲能力为600毫米RHA的穿甲弹、侵彻能力为1300毫米的破甲战斗部。为避免车体装甲被新一代反坦克弹药击穿，2005年将继续研究应用高性能超轻装甲材料，包括硬度HB600～700的装甲钢，新型铝合金装甲（尤其是提高海水腐蚀抗力），低成本钛合金装甲材料及钛合金陶瓷复合装甲材料，高密度高模量纤维增强编织结构复合装甲材料（包括复合装甲中树脂转移模塑技术，传感器纤维编织集合制造技术等）。继续研究陶瓷装甲SiC、AlN、TiB2、B4C和复合陶瓷如TiB2-TiN-AlN、TiB2-AlN、TiN-TiB2、TiN-AlN、SiC-AlN等陶瓷材料的抗弹性能以及结构约束因素对抗弹性能的影响，尤其是对速度大于2000米/秒的大口径穿甲弹的防御能力。

加强装甲防护材料基础研究，将开展梯度陶瓷装甲材料(如TiB-Ti/Ti)、超细晶粒陶瓷装甲材料、混合型纳米陶瓷装甲材料研究(2005年)，甚至利用生物仿真技术研究具有极硬层、极软层的轻型复合装甲(2005年)。整体式复合反应装甲材料技术的质量有效防护系数，目前抗穿甲的为2，抗破甲的为4，为进一步提高其双防能力，特别是抗未来更大威力的120毫米动能弹的能力，将继续研究内装式反应复合装甲材料技术；研究顶部轻型反应装甲，以抗威力更大的爆炸成型弹。已开展电磁装甲、智能装甲材料和结构研究，预计这类装甲在2015～2020年得到应用。目前法国采用10毫米RHA/5毫米A1/15毫米厚扁平线圈/绝缘层/主装甲的电磁装甲，用L/D20的钨合金杆以1600米/秒速度的侵彻试验表明，质量有效系数Em为2，与10毫米RHA/2毫米太安炸药/3毫米钢/15毫米玻璃/主装甲构成的反应装甲相同。

从不被发现或被发现而不被击中出发，主要研究应用主动防护系统。现阶段采用的主动防护技术多为软杀伤主动对抗技术，如信号特征抑制材料与技术。美国2005年将研制辐射率/反辐射率可控的低可观测性涂料或隐身材料，2010年研制能对背景和威胁作出自动反应的自适应涂料，降低武器的可见光、红外、雷达等信号特征。雷达和热信号特征在2000年时降低50%，到2005年降低70%。较远期则发展硬杀伤主动对抗技术、硬杀伤对抗材料技术，如研究发射式电磁装甲、智能型反应装甲等。

与此同时，将进行发展先进装甲和反装甲系统用新材料所需要的力学和数学研究，具体领域包括固体有限变形、冲击和侵彻问题，2000年重点是金属侵彻分析技术，2005年重点是复合材料侵彻分析技术，2010年重点是侵彻的全面分析技术。

针对未来单兵综合作战系统的要求，将研究面密度小于2.5克/厘米2的人体防护用超轻抗弹材料，质量比目前使用的减轻40%；研究低成本透明尖晶石陶瓷、氮氧化铝和玻璃/聚合物透明装甲，质量和厚度降低30%，并提高可见光和近红外透射率及对12.7毫米穿甲弹和破片的抗弹能力及耐磨性。2000年研究防激光材料和非线性光学材料,分别用于单兵、直瞄光学系统和传感装置。2005年前后研究能对抗低能光和射线威胁的防护材料。

结 论

在未来世界军事战略和现代军事技术革命的影响下，未来陆军武器将在机动与快速响应、终点毁伤效应、战场生存能力等获得大幅度提高的同时，也将具有信息化、智能化、远程化的特点。因此，未来陆军武器的高科技含量大大增加，高新陆军武器材料将获得大量使用。

轻型应用 篇6

关键词高速公路挂篮施工技术施工控制

中图分类号:U415文献标识码:A

挂篮是悬臂浇筑施工的主要施工设备,在施工中架设模板、安装钢筋、浇筑混凝土、施加预应力等工作均是在挂篮的工作平台上进行,挂篮结构、参数等选用的合适与否,会对施工进度和质量产生较大的影响,可以说,挂篮的设计与应用的研究是悬臂施工技术的一项至关重要的内容。

1 挂篮形式及关键问题分析

常用挂篮按构造形式分为精架式、斜拉式、三角形、菱形四种;按挂篮抗倾覆平衡方式可分为压重式、锚固式、半锚固半压重式三种;按其移动方式分为滚动式、滑动式和组合式三种。平行精架式又分为有平衡重挂篮和无平衡重挂篮,由于其自身荷载较大,目前在国内应用受到限制;弓弦精架式挂篮较轻,精高随弯矩变化而变化,受力较合理,但杆件数量较多,制作安装不便;斜拉滑动式挂篮采用无平衡重施工,重量较轻,但当桥梁跨度和高度都较大时,由于斜拉杆长度较大,其弹性伸长量增大,上、下限位装置的水平力随之增大,另外斜拉式挂篮多用在斜拉桥中,对连续梁、连续刚构桥梁施工需施工设计、布置斜拉杆,一般不采用;三角形组合梁挂篮和菱形挂篮受力明确、合理,结构简单,若三角形组合梁挂篮在纵移时省去平衡压重,这两种挂篮应是国内悬臂浇筑中首选的挂篮结构形式,其优缺点分别是:(1)菱形挂篮其主承重系与底篮及其他部分在前移时可同步一次性就位,减少了工序,而三角挂篮前移时分两次就位,先是挂篮主承重部分带动滑梁就位,然后是内、外模和底篮沿滑梁滚动就位。(2)菱形挂篮相对三角挂篮为箱梁顶面提供了更加宽敞的作业空间,改善施工人员的作业环境。(3)菱形挂篮外宽尺寸大于桥面宽度,当两幅桥分隔间距很小时,挂篮整体移动较为困难,而三角挂篮外宽尺寸均在桥面之内,对于左右幅分隔距离较小的桥梁就比较适合。

挂篮设计需解决的关键问题如下:(1)根据结构特点,选择合理并且符合施工实际的挂篮结构形式,既要重量轻,又要具有足够的刚度。(2)挂篮的后锚系统。锚固于已浇筑梁段的混凝土中。在下一梁段混凝土浇筑中,通过后锚装置克服浇筑混凝土产生的倾覆力矩,确保挂篮施工安全。(3)挂篮的行走锚固。挂篮的行走是决定挂篮施工进度及安全的关键因素之一,在行走的同时,要保证挂篮稳定,不倾覆,便于调节。为方便挂篮行走,宜采用无平衡重行走方式。(4)内、外模的移动和固定。内、外模的移动方式和固定方式,直接影响挂篮就位的速度、安全、施工进度及混凝土的外观质量。(5)挂篮必须满足梁段混凝土的浇筑作业,便于模板的安装以及预应力筋张拉、孔道压浆等施工作业。

2 自锚式轻型三角挂篮的结构形式

根据以上的分析及设计依据,在吸取国内几种挂篮优点的基础上,本文设计加工了自锚式轻型三角挂篮并对其应用性能展开了研究。

图1自锚式轻型三角挂篮

所设计的自锚式轻型三角挂篮由三角形承重主构架、行走系统、后锚系统、悬吊系统、模板系统及张拉作业平台组成。如图1所示,现将其各部分的具体设计详述如下。

挂篮承重主构架的下弦杆及斜拉杆均由2[28槽钢组成,材料采用16Mn钢,[€%l]=200MPa,[€%lw]=210MPa,[€%m]=0.6[ 6 ]=120MPa。

前上横梁、前下横梁及后横梁均由2 [40b槽钢组成,纵梁由2 [36b槽钢组成,均采用Q235钢材,E=2.1l05MPa,[€%l]=215MPa,[€%m]=125MPa。

前、后吊带均采用截面规格为15032mm的16Mn钢板条;当前吊带需接长时,采用2根截面规格为15020mm的吊带(采用16Mn钢板条)与1根截面规格为15032mm的吊带通过销轴联结;销轴采用规格为M50的40CrMo棒材,屈服强度825MPa,容许应力[€%l]=0.7825MPa=577.5MPa,容许剪应力[€%m]=0.6[€%l]=346。5MPa。

箱梁翼缘板模板及箱梁内顶模均采用1€%o32精轧螺纹粗钢筋吊杆吊挂,€%o32精轧螺钢筋采用40Si2Mov钢材,屈服强度750MPa,容许应力[€%l]=0.7750MPa=525MPa,容许剪应力[€%m]=0.6[€%l]=315MPa。

挂篮后锚系统采用6€%o25精轧螺纹钢筋,尽量利用桥梁已有的竖向预应力筋,€%o25精轧螺纹钢筋采用40Si2Mov钢材,屈服强度750MPa,容许应力[€%l]=0.7 €?50MPa= 525MPa,容许剪应力[€%m]=0.6[€%l]=315MPa。

3 挂篮的应用

3.1 挂篮试压

挂篮是悬臂浇筑施工中主要的设备,为保证施工安全、检验挂篮的承载能力、测定挂篮主构架的弹性变形线形关系并部分消除挂篮主构架的非弹性变形,在使用挂篮前要先在地面上进行承载能力的测试,以掌握挂篮的受力特性。

挂篮主构架试压的加载:挂篮主构架试验安排在己施工完成的7#台混凝土基础上进行,后锚处采用8根€%o32精轧螺纹钢筋硫磺锚固,加载采用两架100t千斤顶在前上横梁按设计承重进行分步加载,加载最大荷载按特大桥最重梁段混凝土重量15#梁段,重106 9t的14倍(1500KN)进行控制。对挂篮主构架进行试压试验时分三次加载,每次加载500KN,并稳载在1500KN,前两次加载时荷载持续时间不少于30mm,第三次加载时荷载持续时间不小于2h,测出其弹性下沉量(前上横梁处)及非弹性下沉量(可得到消除),弹性下沉量可作为立底模时提高预拱度的依据。每个千斤顶按250KN, 500KN,750KN加载。每次加载到位后持载30mm再进行观测,待观测后再进行下级荷载的施加;终极荷载施加就位后持载2h后再进行观测;终极荷载观测完成后进行卸载。加载和卸载时,注意两个千斤顶要同步进行。

挂篮主构架试压的观测要求:在前上横梁跨中和后锚位置上布设固定的观测点;在稳定的地方架设水准仪;加载前先进行观测点的初始高程H1观测;各级荷载施加完成后均进行测点高程H2观测;荷载卸载完成后再进行测点的高程H3观测。

试压成果:(1)经试压观测:本桥挂篮主构架观测点最大变形为16mm(其中非弹性变形在试压后认为已消除),由挂篮的变形线形关系可知本挂篮主构架在使用过程中均处于正常的弹性工作阶段。(2)首先根据通过观测点的初始高程H1与卸载后高程H3进行比较,计算出挂篮主构架的非弹性变形为8mm;(3)由各级荷载测点的高程H2与卸载后高程H3比较,计算出挂篮主构架的弹性变形。

3.2 挂篮安装

(1)0#段施工完成、预应力筋张拉完毕后,将解段挂篮轨道所在位置顶面清理干净,测量放样,铺设轨枕,利用竖向预应力筋固定好滑道。(2)安放主构架。每片主构架先在地面组装,然后吊装,锚好后锚并加临时支撑,两片主桁架安放定位完成后,再安装横联。(3)安装前上横梁、前下横梁及悬吊装置。(4)安装后横梁。借助倒链将其吊起,再装吊杆。(5)安装挂篮纵梁及底模板,并将底模板与纵梁联接固定。(6)安装外模。将外模用倒链临时吊住,吊起外滑移纵梁,使其穿过外模支撑衍架,前端通过吊杆固定在前上懂梁,后端利用滚轴及吊杆固定在己浇筑混凝土顶板上。(7)调整、上紧各吊杆,底模、外模就位,上好模板顶拉杆、底拉杆,即可开始钢筋作业。(8)绑扎好箱梁底板、腹板钢筋、预应力管道及预埋件后,安装内模,将内模后锚0#段顶板,前端悬吊于主桁前上横梁,校准、加固,完成挂篮的安装。(9)绑扎顶板钢筋、预应力管道及预埋件,检查台格后即可进行混凝土浇筑施工。

3.3 挂篮前移

利用挂篮浇筑完成一个梁段并完成纵向预应力钢绞线张拉后,按照以下步骤进行挂篮的前移作业。

(1)铺设轨道。先清理轨道所在位置箱梁顶面的杂物、放样、锚固轨道,然后安装纵移动力倒链,倒链前端挂在轨道上,后端挂在挂篮主构架的拉环上。

(2)松开模板。先松开侧模的顶拉杆、底拉杆及内外模间的拉杆,松开内、外模滑移梁吊杆,而后拆除底模后锚,放松底模前吊杆,使底模、侧模离开梁体10-15cm,利用内模架上的丝杆拉紧内侧模,使内模离开梁体。

(3)挂篮前移。检查底模、侧模、内模都完全脱离混凝土面后,施工人员离开模架,解除后锚杆,检查钣钩是否异常,无异常则拉动挂好的两个倒链使挂篮慢慢前移。挂篮前移时,外模、内模通过滑梁随主构架一起前移。在挂篮前移过程中,应使倒链同时拉动,同一“T”构的两个挂篮应对称前移,以防桥墩承受过大的不对称荷载。

(4)挂篮到位后,检查主桁位置是否准确,调整无误后即可将主构架尾部锚固好,进行挂篮的调整、安装工作。

3.4 挂篮维修、保养规定

经常检查挂篮杆件有无变形,模板面是否平整,螺栓有无松动,发现问题及时解决,保证施工安全。经常检查各部分尺寸是否准确,两桁间距、预留孔道是否正确。经常检查各部分受力情况,确保各杆件松紧一致,受力均匀。挂篮前移过程中,应有专人指挥,以保证两侧同步及前移安全。底模后锚千斤顶、主桁前上横梁上调节吊带高度的千斤顶在每次使用前都要进行仔细检查,并对其进行保养。挂篮移动就位后,首先作好固定及后锚工作,然后再进行其它作业。

4 结论

轻型钢结构金属屋面板的应用 篇7

关键词：低波纹屋面板,高波纹屋面,自攻螺丝连接,暗扣式连接,单板,复合板

随着金属屋面的广泛使用, 其防水和保温隔热的功能得到不断的改进和完善。从防水方面考虑, 从原先的低波纹屋面板, 发展到现在的高波纹屋面;从原先的采用自攻螺丝的连接方法发展到现在的暗扣式连接方式。从保温隔热方面考虑, 从单板发展到复合板。以上几个方面的发展, 逐步满足了业主对选择金属屋面的要求, 从而进一步推动了金属屋面的应用和发展。

1 低波纹屋面和高波纹屋面

按板型构造分类, 金属屋面板可分为低波纹屋面板和高波纹屋面板。这两者的区别在于肋高不同, 从而排水效果也不同。高波纹屋面板由于屋面板板肋较高, 排水比较通畅, 一般适用于屋面坡度比较平缓的屋面, 通常屋面坡度为1∶20左右, 最小坡度可以做到1∶40。而低波纹屋面板一般用于屋面坡度较陡的屋面, 常见的屋面坡度在1∶10左右。屋面的漏水是金属屋面系统中的隐患问题, 也是一个比较棘手的问题。轻钢结构与普通钢结构的不同之处, 在于其允许结构产生较大的变形, 主要体现在梁的挠度和柱的侧移。一方面, 如果梁的挠度太大, 会导致屋面积水, 而积水现象的发生, 又进一步加剧了梁的挠度, 从而导致漏水更加严重。另一方面柱顶侧移太大, 会导致屋面板的连接部位发生错位现象, 从而引发漏水, 漏水的部位很难确定, 并且可能改变, 所以维修十分困难。针对这些情况, 为防止金属屋面板的漏水, 最好采用高波纹屋面板, 或尽量使屋面坡度大一点。

压型钢板长度方向的搭接端必须与支承构件 (如檩条, 墙梁等) 有可靠连接, 搭接部位应设置防水密封胶带, 搭接长度不宜小于下列限值:

2 螺丝暴露式屋面和暗扣式屋面

按连接形式分类, 金属屋面板可分为螺丝暴露式屋面和暗扣式屋面。螺丝暴露式屋面中, 屋面板通过自攻螺丝与檩条固定在一起, 并在自攻螺丝周围涂上密封胶。对于高波压型钢板, 连接件间距一般为700-800mm, 对于中低波压型钢板, 连接件间距一般为300-400mm。暗扣式屋面板连接时应在檩条上设置与压型钢板波形相配套的专门固定支座, 固定支座与檩条用自攻螺钉或射钉连接, 压型钢板搁置在固定支座上。这种连接方式存在以下几个问题:第一, 自攻螺丝暴露在外面, 会出现生锈现象, 影响屋面美观;第二, 施工时由于数量较多, 很难发现密封胶漏涂现象, 从而导致该处漏水;第三, 由于密封胶老化问题, 时间一长就会出现漏水;第四, 屋面板侧向连接顺着流水方向, 与屋面板横向连接相比, 更易造成漏水。实际应用情况表明, 这种连接的屋面, 基本上都会出现漏水现象。为解决这一问题, 最近几年出现了暗扣式连接的屋面板, 屋面板侧向连接直接用配件将金属屋面板固定于檩条上, 而板与板之间以及板与配件之间通过夹具夹紧, 从而基本消除金属屋面漏水这一隐患问题, 所以这种屋面板很快得到了广泛采用。

3 单层压型钢板屋面和复合板屋面

从保温隔热角度考虑, 金属屋面板既可以采用单层压型钢板, 也可以采用复合板。压型钢板是目前轻钢结构最常用的屋面材料, 采用热涂锌钢板或彩色涂锌钢板, 经辊压冷弯成各种波形, 具有轻质、高强、抗震、防火、施工方便等优点。但单层压型钢板很薄, 包括涂层在内, 厚度也仅为0.5~0.6mm左右, 常见的型式就是前述的低波纹和高波纹屋面板两类, 这样的板不能满足保温隔热要求。若在设计时选用这样的屋面板, 必须在屋面板下面另设保温层, 下托不锈钢丝网片, 或者再设计一层屋面内板, 在屋面内外板之间再填塞保温材料, 例如玻璃纤维保温棉、岩棉等, 一般保温棉的容重为, 厚度应根据保温要求由热工计算确定。对于一般的工业厂房, 可选用50~100mm的厚度, 对于有较高隔热要求的生产车间或办公楼, 还可以考虑吊顶;对于冷库或保鲜库等对隔热有特殊要求的建筑, 应适当增加保温棉厚度。满足保温隔热的另一个措施是直接选择保温隔热比较好的复合板。复合板有工字铝连接式和企口插入式两种。这种板材外层是高强度镀锌彩板或镀铝锌彩色钢板, 芯材为阻燃性聚苯乙烯、玻璃棉或岩棉, 通过自动成型机, 用高强度粘合剂将二者粘合一体, 经加压、修边、开槽、落料而形成的复合板。它具有一般建筑材料所不能具备的优良性能, 既具有隔热、隔音等物理性能;又具备较好的抗弯和抗剪的力学性能。

复合板的主要特点表现在以下几个方面:

1) 重量轻, 体积小, 与传统的砖石结构、钢筋混凝土结构相比, 重量减轻15~30倍, 体积减少2~5倍。

2) 复合板面层及夹芯保温材料均为非燃材料, 采用阻燃粘结剂, 具有良好的耐火性。

3) 复合板的隔音性能优越, 其隔音强度可达到41~56分贝, 随夹芯保温材料及厚度的不同而变化, 而普通的砖、砼的隔音强度仅为38~44分贝。

4) 复合板的夹芯保温材料的低导热系数, 决定了复合板具有良好的保温隔热性能, 寒冷地区或对保温隔热有特殊要求的建筑物, 可根据需要增加保温材料的厚度。

随着钢结构市场的扩大, 特别是住宅钢结构的发展, 对金属屋面的材料及使用功能不断提出新的要求, 从而进一步推进了新型板材的研制和新工艺的开发, 总的发展趋势是轻质高强, 同时又具有良好的防水性能和较高的保温、隔热和隔音效果, 另外还须美观耐用、施工方便。

参考文献

[1]轻型钢结构设计指南实例与图集.编辑委员会.轻型钢结构设计指南实例与图集, 2000.

[2]钢结构设计手册.编辑委员会.钢结构设计手册, 2008.

[3]柴昶, 宋曼华.钢结构设计与计算, 2006.

[4]严正庭, 佳隆.最新钢结构实用设计手册, 2003.

轻型应用 篇8

“平改坡”,即在不改变原有的建筑主体结构及基础的情况下,通过在平顶的旧房上加盖斜坡屋顶,以改善原有房屋的漏水问题,同时美化建筑并提升其节能性能。为了最小程度地增加原结构承受的载荷大小,“平改坡”要求坡屋顶采用质量轻的建筑材料。

1999年,上海市政府开始大规模改造市政旧房,最初几年的“平改坡”采用钢结构形式。2006年,在上海市市政旧房改造项目中,加拿大卑诗省林业厅林业发展投资处,加拿大木业协会携手上海市房屋土地资源管理局开始采用加拿大现代轻型木桁架体系。这种木桁架体系质量轻、安装施工方便,成本也比钢结构有竞争力。

1 两栋居民楼的“平改坡”样本

上海市政府选择了吴兴路两幢6层居民楼作为应用轻型木桁架体系“平改坡”方案的首个改造对象(见图1)。这两幢居民楼均为20世纪七十年代建造,主体为砖混结构及预制楼板屋面。

改造工程是以轻型木桁架体系作为木结构坡屋顶,在原有结构上浇筑女儿墙预留插筋以连接新旧结构。该项目设计符合国内建筑规范,并经过上海市建委、科技委、房地局、住宅发展中心、质监总站及建筑设计院等专家评审。该项目展示了木桁架“平改坡”的技术特点,多方专家综合评定后做出了总结报告,对轻型木桁架体系应用于上海市“平改坡”的可行性与推广价值给予了肯定,使木桁架体系成为市政旧房改造工程的新的可行方案。

在规范、标准方面,除了国家木结构设计规范,还有上海市于2009年1月公布的《轻型木屋架体系预算定额》,2012年8月1日起实施的,住建部发布的行业标准《轻型木桁架技术规范》JGJ/T2652012。此外,同济大学编制出版了《轻型木屋架平屋面改坡屋面建筑构造》图集介绍,河北、江苏等也出台了地方性的木屋架规范和规程。轻型木桁架“平改坡”已在上海、山东、江苏、河北、新疆等省(市、自治区)商业化推广。

2 轻型木桁架“平改坡”的优势

在北美及加拿大等地,轻型木桁架体系坡屋顶技术已经发展成熟并广泛应用于民宅、公共建筑以及商业建筑。对于在混凝土或砖石结构上安装轻型木桁架屋顶的房屋,通过简单的安装连接即可将屋顶与墙体连接起来.可满足各种形状特殊的结构体系,构成与众不同的屋顶形状。

随着现代木结构建筑的推广应用,由轻型木桁架体系构成的坡屋顶以其轻质高强、施工方便快捷、对用户的影响小等优点,成为“平改坡”的一个很好选择。

木材是唯一的可再生建材,轻型木桁架体系的应用对“平改坡”具有以下优势。

1)与钢材、混凝土等主要建材相比,木材生产中的能耗与污染最小,排放的温室气体最少;同时,木材的天然孔隙结构,使其在使用过程中的保温隔热性能更出色。木结构的这一天然优势符合全球环保理念,也符合中国绿色节能建筑的发展方向。

2)轻型木桁架体系的结构特性及采用的连接方式,使其能够在地震和强风来临时分散能量,结构性能优越。

3)轻型木桁架体系采用各种尺寸规格材的杆件,经齿板连接而构成,在工厂预制,生产快捷,方便大规模生产,且制作工艺专业精确,有质量保障。

4)轻型木桁架体系质量轻,安装方便,施工现场无需大型机械设备,人工即可完成吊装及安装,方便在人口密集的“平改坡”住宅小区施工。

5)轻型木桁架体系的安装施工不涉及混凝土湿作业,减少噪声污染与建筑垃圾,且大大加快施工进度,对居民正常生活影响小。

因此,将轻型木桁架应用于“平改坡”,可以结合轻型木桁架与坡屋顶两者的优点,达到同时满足使用功能、外观要求及环保的目的。

而相关的国家标准已经系统地对轻型木桁架作出详细规定,在轻型木桁架工程的设计、施工、验收等方面都有章可循,这也将推动包括轻型木桁架体系在内的木结构建筑的快速发展。

3 何谓轻型木桁架

轻型木桁架体系是轻型木结构建筑中普遍采用的屋顶形式,桁架是采用各种尺寸规格材杆件,经齿板连接桁架上弦、下弦及模板而组成的三角形的结构框架。金属齿板由不同等级及不同厚度的镀锌钢板制作。这种结构可增加强度重量比,能使传统的框架结构跨度增大,除了载荷布置与支座位置的限制,桁架可设计成各种形状(见图2)。

4 轻型木桁架体系的材料使用

4.1 木材

根据《木结构设计规范》GB 500052003规定的结构规格材。

1)上弦杆与下弦杆规格材的等级不应小于Ⅲc,横截面不小于38mm×89mm。

2)腹杆任何等级的规格材,截面不小于38mm×64mm时,规格材等级不应小于Ⅲc。

3)木基板材当支撑板的间距大于600mm时,木基结构板厚度不应小于120mm。

其中“Ⅲc级SPF规格材(云杉松-冷杉)”指材质缺陷应满足:①不允许腐朽;②在构件任一面任何150mm长度上所有木节尺寸的总和不得大于所在面宽的1/2;③任何1m材上平均倾斜高度不得大于120mm;④髓心不限;⑤连接部位的受剪面上不允许有裂缝;连接部位的受剪面附近裂缝深度不限;⑥允许表面有虫沟,不得有虫眼。

4.2 齿板

根据《木结构设计规范》GB 50005-2003规定的镀锌薄钢齿板,应符合《碳素结构钢》GB700-2006的碳素钢Q235或《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2008高强合金钢Q345,镀锌金属齿板的镀锌量不应小于275g/m2。

5 木桁架如何与原有结构连接

木桁架与原有建筑的连接面起到将木屋盖的力传到原有主体建筑的作用,设计时主要考虑竖向荷载及水平荷载作用。其中竖向荷载包括木屋顶及木面瓦的自重,活荷载、雪荷载以及由风荷载或地震荷载产生的竖向分量;水平荷载主要包括风荷载或地震荷载产生的水平分量。

这些力通过屋面覆面板传递至檩条,再由檩条传至木屋架,最终通过屋架与原有结构的连接部位如木剪力墙或钢连接件传递至原有结构圈梁。因而,对于目前进行平改坡工程的上世纪七八十年代的砖混结构房屋而言,混凝土圈梁成为木桁架屋顶与下部砖混结构连接的主要部位。

轻型木结构与混凝土结构及砌体结构的连接方式多种多样,国内木结构规范推荐的两种做法为:一种是在钢筋混凝土结构或砌体结构上放置采用规格材制作的底梁板,然后将桁架放在底梁板上与混凝土梁进行连接;另一种做法是在原有混凝土圈梁上砌筑混凝土卧梁或木剪力墙,然后将木桁架与混凝土卧梁或木剪力墙相连。原有结构与新增结构之间一般采用锚栓或金属连接件进行连接,可通过钻孔并在孔内使用结构胶粘剂固定置入螺栓,或在混凝土结构成型前预埋锚栓或金属连接件来实现。

由于木桁架自重轻,易在地震作用产生的倾覆力矩作用下而引起端部的上拔,或在大风作用下由屋盖的吸力引起上拔。因而在连接部位设置抗拔连接件以抵抗向上的拔起,增强结构整体性,加强抗震及抗风能力。

6 木桁架如何防火

木桁架“平改坡”在建筑节能和建筑防火方面也采取了措施。首先在坡屋面规格材的空隙内填加了岩棉,岩棉具有保温、隔热、隔声和防火的多种作用。可使用部分的内部空间采用石膏板作为面板,能更好地防止火灾的发生。不可使用部分的木桁架表面全部经防火涂料处理。在两种不同形式的木桁架变化处,增设木骨架组合墙体,墙面采用石膏板作为面板,同时也具有防火分区的功能。

7 结语

拉索在轻型钢结构设计中的应用 篇9

1 工程概况

厦门集美大桥收费站拉索结构, 因为横跨八车道和中间隔离带, 跨度达51米。

设计初期, 考虑做普通钢结构或者钢结构桁架形式, 整个结构厚度太大, 即使按照三十分之一跨度考虑, 也要达到1.7将近2米;若再考虑上下外包装饰面层的厚度, 整个结构就会显得粗壮笨重。

经过多方探讨和结构计算选型, 主设计师姜宇最终采用拉索式轻型钢结构形式;整个结构采用12根SNS/S-7x19双护层彩色拉索, 最终整个结构厚度才0.8m, 考虑完上下装饰面层也只有0.9m的厚度, 完成后整个结构显得轻盈简洁, 效果良好, 如图1、图2:

2 拉索结构在轻型钢结构设计的确定

施工人员通过对轻型钢施工程序的分析, 在满足设计要求的前提下, 施工人员借助拉索技术的先进性来保证结构安全系数, 以此来减小对轻型钢的负面影响。

首先施工人员利用专业知识对此进行模拟施工计算, 如:以筒体、实腹墙的顶部水平位移均小于5mm, 即L/5000, 锚固索的框架柱的顶部水平位移小于10mm, 即L/2500。楼板梁柱索节点变形幅值可以控制在L/1000以内, 这样从某种技术上可以满足钢筋砼裂缝控制的要求。

3 拉索在轻型钢结构中的技术

大规格拉索应用在轻型钢结构设计工程是核心技术的部分, 在这技术中主要包括:拉索安装、拉索张拉设计、工装系统设计、张拉程序及索保护等众多技术难点。

一般拉索采用公称直径7mm, 从而为了避免轻型钢在设计中出现问题, 因此分别采用:PES (C) 7-265、409、499三种规格拉索。但面临拉索规格超出常规, 其制作、运输、安装以及保护的难度非常大的问题, 我们在施工中要小心谨慎的进行。

3.1 对轻型钢铸的节点进行高精度安装

由于铸钢节点在安装上难度大、数量偏多, 因此对位置精度要求随之很高。铸钢件必须在工厂加工安全运到现场后, 有安全人员进行检查, 合格后进行签名、方可高空作业, 进行安装。

在安装中需要注意铸钢件节点, 它分别有张拉端、锚固端。因此在按位置安装节点时, 在高空很难校正其设计位置, 设计人员为方便安装和校正, 采用拉索在地面制作一个安全平台, 而平台主要由20cm厚钢板组成, 而在平台上的高精度主轴线, 可以延伸刻画到钢板的侧面, 工作人员做好明显的定性标记, 在平台上焊接一个立柱, 在焊接同时, 立柱顶部焊接铸钢件节点, 按图纸对铸钢的设计位置进行一系列的调整, 最后保证立柱、铸钢件间必须采用连接板螺栓进行连接, 而螺栓孔必须为长圆孔, 这样方便工作人员可调节铸钢件的标高, 借助拉索将拼装好的平台板与铸钢件做为一个整体吊装, 在基本就位后的前提下进行调整水平标高, 然后再运用微动的工具放置全站仪进行观测, 在观测的结果下, 顺便把刻画在钢平台侧面的轴线精确调整到准确位置, 必须是在铸钢节点轴线偏差不大于3mm、标高偏差不大于2mm, 这样才会完全符合要求, 保证施工的安全性。

3.2 拉索安装的条件

拉索分轻型和重型两种, 重型拉索索体刚度大, 人力是难以搬动, 加上拉索具有30m长, 致使在现场作业施工过程中无法转弯。同时在安装高度上的要求是最高点为屋顶35m, 由于受塔吊高度和承载力的约束限制, 在技术上根本无法直接使用塔吊从上往下传索, 因此只能在拉索安装范围内的地面上进行安装, 只有这样才能避免压坏地下结构。

采用八十吨重的汽车吊把拉索吊至上节点;采用适合塔吊的方法, 这样不仅在起重时能控制范围内的短索, 而且索吊至上节点处要在索端部系上粗麻绳来引导穿设。同时可以在辅助锚的作用下, 使疲劳荷载大大降低。

3.3 轻型钢结构设计拉索的张拉

在轻型钢结构设计当中拉索一般是一百二十根, 分三个区, 而每个区分有若干段, 而每区段约四或十根, 每张拉索力非常大, 一次张拉到位。一般分拉索上节点张拉、拉索下节点张拉。由于拉索是工程的核心命脉, 从技术角度来讲, 实施难度非常大, 还有施工情况多样复杂, 与整个工程质量、施工安全密切相关, 风险系数较大。

拉索的张拉在轻型钢结构设计基本原则: (1) 单向结构在轻型钢结构设计相对独立; (2) 在轻型钢结构设计单跨最多同时张拉10根拉索; (3) 在轻型钢结构设计以“先内跨再悬挑”原则进行施工。

4 拉索在轻型钢结构设计中的监测

在轻型钢结构设计中包括:施工阶段监测、运营阶段监测。其中的施工阶段监测:是对拉索的拉力、结构的变形进行技术的监测

4.1 在轻型钢结构设计中对拉索实施的监测方案拉索拉力监测方法

拉索在轻型钢结构设计是非常重要的构件, 因为它间接的影响整个结构在施工中的成型, 也会降低结构整体的安全系数, 为此必须加强对拉索的应力进行监测, 一般有两种方法:

(1) 在拉索上安装智能索, 可以避免在不利于荷载组合下选择智能索的准确位置。

(2) 采用锚固端铸钢节点应变监测, 这样可以对智能拉索的监测结果进行智能标定, 来保障在轻型钢结构设计的安全性

5 结语

轻型钢结构设计中拉索技术应用于各种各样的大型工程, 为此, 作为施工人员需要综合考虑索结构、钢结构和砼结构的安全性、协调变形等, 防止意外发生。施工人员和设计者要在工程实施方案交流的基础上, 结合施工进行模拟, 最后进行总结, 应用索张拉工况顺序、拉索的安全安装、张拉控制的防腐、施工监测等一系轻型钢结构设计中的拉索施工新型技术, 充分解决在施工所出现的种种障碍, 从而推动拉索在轻钢结构中的进一步应用。

摘要：随着我国各项工程的飞速发展, 拉索在轻型钢结构设计得以很大的应用, 然而拉索在安装施工过程, 还需要注意一些相关的问题, 既要保证施工安全, 又要确保施工符合相应的要求, 发挥它的最大作用。为此, 本文结合案例, 就轻型钢结构设计施工中的问题进行分析, 希望能为同行提供一些建议。

关键词：拉索,轻型钢结构设计,应用

参考文献

[1]秦杰, 沈世钊.预应力索拱结构施工技术与试验研究[J].工业建筑, 2006 (5) .

[2]秦杰, 李国立, 李继雄, 李建国, 刘向阳.预应力索拱结构施工仿真与施工技术研究[J].施工技术, 2004 (11) .

[3]张勇.邹志荣.李建明, 胡晓辉.日光温室相变空心砌块的制备及功效[J].农业工程学报, 2010 (2) .

[4]刘建, 周长吉.日光温室结构优化的研究进展与发展方向[J].内蒙古农业大学学报 (自然科学版) , 2007 (3) .

轻型应用 篇10

文昌油田群位处南海,由五座生产平台和一艘十万吨级FPSO组成。油田采用集中供电的方式,使用三台索拉(SOLAR)公司生产的金牛座(TAURUS)额定功率为6050kW的透平发电机组,发电机集中安置于海洋石油116油轮。

发电机发出的电力从油轮经单点电滑环及两条海底电缆首先输送到文昌19-1A平台,19-1A平台作为电力中转站,分三路外输电力:一路通过隔离变压器输送到19-1B平台;另外两路通过10.5/35KV升压变压器将电能输送到另外三个远端平台。

油田各生产装置较分散且相互之间距离较远,海底电缆总长度约为95KM。其中文昌19-1A及文昌19-1B平台距油轮较近,分别为2Km和6Km,海缆较短,产生的容性无功可以忽略不计,但文昌15-1A平台、文昌14-3A平台和文昌8-3A平台三个平台距离较远,海缆过长,由于油田最高的电力等级仅为35kV,送电时产生的操作过电压对系统带来的影响不可忽视,有可能发生长距离海缆空投导致海缆击穿故障。

由于文昌油田群失电停产事故后或者台风来临停产时,需要采取黑启动措施,其中重要的环节便是将空载线路合闸到电源上去,即长距离海缆空投。该操作在线路上会产生操作过电压,可能导致海缆击穿进而导致整个黑启动过程失败直接影响油田恢复生产。

文昌油田群总共发生过三次海缆击穿,每次海缆故障都为单相接地故障,引起变压器中性点接地电阻灼烧及保护动作跳闸。

2 直流输电技术简介

高压直流输电(HVDC)技术始于20世纪60年代,随着电力电子器件和控制技术的飞速发展,采用IGBT、IGCT等元件构成电压源型换流站来进行直流输电成为可能。由于这种方式的功能强,体积小,可以减少换流站的滤波系统,省去换流变压器,简化换流站结构,而称之为轻型直流输电(HVDC Light)。该技术采用基于可关断型器件的电压源型换流器和PWM技术进行直流输电。

2.1 轻型直流输电的技术优势

轻型直流输电采用可控关断型电力电子器件和PWM技术,它与传统直流输电相比,主要有以下技术优势:

2.1.1功率范围传统的HVDC主要运行于大的功率范围,一般在几百MW,而HVDC Light输送的功率可以从几MW到几百MW,尤其在中小功率有独特优势。

2.1.2对功率的控制正常运行时,VSC可以同时且独立地控制有功功率和无功功率,控制更加灵活方便。而传统HVDC中控制量只有触发角,不可能单独控制有功功率或无功功率。VSC不仅不需要交流侧提供无功功率,而且能够动态补偿交流母线的无功功率,稳定交流母线电压。这意味着故障时,如VSC容量允许,那么轻型直流输电系统既可向故障系统提供有功功率的紧急支援,又可提供无功功率紧急支援,从而既能提高系统的功角稳定性,还能提高系统的电压稳定性。轻型直流输电系统在潮流反转时,直流电流方向反转而直流电压极性不变,与传统的HVDC恰好相反。这个特点有利于构成既能方便地控制潮流又有较高可靠性的并联多端直流系统,克服了传统多端HVDC系统并联连接时潮流控制不便、串联连接时又影响可靠性的缺点。

2.1.3由于VSC交流侧电流可以被控制,所以不会增加系统的短路功率这意味着增加新的轻型直流输电线路后,交流系统的保护整定基本不需改变。

2.1.4 VSC通常采用PWM技术,开关频率相对较高,经过低通滤波后就可得到所需交流电压,可以不用变压器,从而简化了换流站的结构,并使所需滤波装置的容量也大大减小。

2.1.5模块化设计使轻型直流输电的设计、生产、安装和调试周期大大缩短同时,换流站的占地面积仅为同容量下传统直流输电的20%左右。鉴于目前油田的工况下无法消除操作过电压,基于以上直流输电技术上的优势,以及综合考虑各方面因素,决定采用荣信电力电子股份有限公司的轻型直流输电装置在19-1A平台至15-1A平台全长38.6km的海缆试验远距离海缆直流输电,其中海缆为湖北永鼎红旗电气有限公司生产的3*120mm2的聚交联乙烯电缆,其中B相击穿,作为接地极使用。

2.2 轻型直流输电的系统结构

本次采用VSC的轻型直流输电是一种以电压源换流器、可控关断器件和脉宽调制(PWM技术)为基础的新型直流输电技术。这种输电技术能够瞬时实现有功和无功的独立解耦控制、可向无源网络供电、换流站间无需通讯、易于构成多端直流系统。其系统构成如图1。

主要工作元器件:

2.2.1 电压源型换流器VSC电压源型换流器的桥臂是由大功率的可控关断型电力电子器件IGBT和反并联二极管组成。

2.2.2直流侧电容器直流侧电容是VSC的直流侧储能元件,缓冲桥臂开断的冲击电流、减小直流侧的电压谐波,并为受端站提供电压支撑。同时,直流侧电容的大小决定其抑制直流电压波动的能力,也影响控制器的响应性能。

2.3 工作原理

轻型直流输电采用电压源型换流器和PWM技术,其基本工作原理是由调制波与三角载波比较产生的触发脉冲,使VSC上下桥臂的开关管高频开通和关断,则桥臂中点电压uc在两个固定电压+Ud和-Ud之间快速切换,uc再经过电抗器滤波后则为网侧的交流电压us。在假设换流电抗器无损耗且忽略谐波分量时,换流器和交流电网之间传输的有功功率P及无功功率Q分别为:

式中:UC为换流器输出电压的基波分量;US为交流母线电压基波分量;δ为UC和US之间的相角差;X1为换流电抗器的电抗。由式(1)和式(2)可以得到换流器稳态运行时的基波相量图。有功功率的传输主要取决于δ,无功功率的传输主要取决于UC。因此通过对δ的控制就可以控制直流电流的方向及输送有功功率的大小,通过控制UC就可以控制VSC发出或者吸收的无功功率。从系统角度来看,VSC可以看成是一个无转动惯量的电动机或发电机,几乎可以瞬时实现有功功率和无功功率的独立调节,实现四象限运行。

2.4 功率单元结构

功率单元的前端与变压器连接,接收变压器供给功率单元的能量,由具有相同结构和功能的多个功率单元的直流侧串联形成直流电源,该直流电源再经直流电缆或海缆将电能输送至用电端。

2.5 控制系统

为了提高运行的可靠性,限制任一控制环节故障造成的影响,将轻型直流的控制系统大致分成系统级控制、换流器级控制和触发级控制等层次。分层设计能够简化设计任务,增强控制系统的灵活性。现场中央控制机与24个单元采取总线通讯的方式,CPU板的F28335DSP芯片将采集到的数据进行处理计算,然后将调制数据,控制数据下发至PWM板,PWM板将接收到的数据经过FPGA芯片进行处理,同步发送至PWM所连接的单元,每块PWM连接12个功率单元,并将单元信息反馈至CPU板。通讯方式采用10M光纤通讯,所有信息由通讯板的CPULD芯片进行处理。

3 现场实际运行效果

在我油田此电力系统构成如下:输入高压侧电压为三相,50Hz,10.5kV±10%,经过IGBT整流为±10kV DC,其中单个单元模块整流为890V DC,12个正极单元先串联后与12个负极单元串联后并联给海缆供电,电压等级为±10kV,经过38.6km海缆传输给逆变侧,逆变侧也分12个正极单元与12个负极单元先串后并,逆变后经过变压器转换为三相,50Hz,400V电压,电压谐波失真<2%,dv/dt<1000V/us,电流谐波失真<2.5%,直流分量<1%,使用的输入和输出变压器容量为4000kVA,设计带载能力3.2MW,半容量运行时输出功率1.6MW,当某个正极单元或负极单元检测出故障时,自动切换到半容量运行状态,此时故障单元所在极停止运行,单极与接地极带载运行,提高系统供电的可靠性。经过带载测试,限于测试设备有限,最高带载电流达到2250A,运转一小时正常。

直流输电投用后对平台电气设备的影响:大部分设备运转正常,但由于某些设备对脉冲波反应敏感,也造成了一些设备无法正常工作。

4 结论

通过调试与试运行,这套轻型直流输电设备已经在我油田成功投入运行,其设计带载能力3.2MW,其中单极运行时最高带载能力为1.6MW,完全满足15-1A平台的正常生产、打井作业需要,开创了国内海上油气田的远距离直流输电的先河。

此次直流输电的成功实现为海上油气田的远距离输电提供了更多的方案选择,与交流电缆输电相比,同样截面的导线,直流输电能输送更大的功率,并且有功损耗小,没有充电功率和集肤效应,不会因为海缆过长导致操作过电压,以及容性海缆导致发电机进相运行对发电机的不利影响,同时减少了电缆的投资和损耗,系统结构简单,每根导线都可以作为一个独立回路运行,在单极运行时,可以利用大地和海水与单极构成回路。

对于海上油气田,此系统占地面积小,工作效率高,可以利用单相故障电缆进行改造,减少了海缆修复以及铺缆船等的费用,具有很好的经济效益,并且供电可靠,故障时能迅速恢复,保障了生产的安全。

十二五期间,随着国家进军海洋战略的深入,深海油气田的不断开采,我们可以看到直流输电系统在中小型电力系统中,中距离和远距离输电项目中将有着广阔的应用前景。

参考文献

[1]文昌油田作业区编“文昌油田群长距离输电系统运行管理报告”,2010,8.

[2]Ronny Herms Wihelm Rusche,Infineon FF450R17ME3technical information,2010,6.