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展和应用,为了使结构外观轻盈,避免大量杆件给人以复杂的感觉,也逐渐开始采用钢缆索体系以及缆索和桁架相结合的体系。(2)支承结构美国芝加哥的观览车的支承结构是由两个铁塔组成,每个铁塔由4根柱子及斜撑组成。~、、质量45t的轮轴把两个铁塔连接起来,观览车就支承在这个轮轴上。以后建造的摩天轮多数沿袭了世界上第一座摩天轮的支承结构,但也有一些摩天轮采用了新的支承结构。英国“伦敦眼”的主支承结构是一个倒v型塔,由两根底部铰接的柱子组成,同时设置缆索从—侧拉住摩天轮,防止其向一个方向倾斜。(3)驱动系统世界上第一座摩天轮是通过电气驱动的,早期建造的摩天轮多采用电气驱动。在英国“伦敦眼”中采用了先进的液压驱动摩擦轮传动装置,并设置了减速机构,这种驱动系统具有体积小、质量轻、维护保养方便、能耗省、运行成本低、设备安全、可靠性高等特点,现阶段建造的摩天轮多采用这种驱动方式。、构件运输方式、现场条件的不同,可以有不同的施工方法:如高空散装法,地面拼装、整体吊装法,或者地面组装、高空拼装法。当先把塔架完成后再安装摩天轮时,根据结构体系的不同还可以采用侧旋转法、两侧并进法和中心旋转法等[31。英国“伦敦眼”结构的施工方法是先把轮缘的钢管桁架结构分成3部分预先在工厂完成组装,然后运至现场组装成整体,在安装缆索导入预应力后迸行整体吊装就位。单侧旋转法和两侧并进法适用于柔性摩天轮体系。单侧旋转法是边施工摩天轮的轮缘及缆索边进行单侧旋转的施工方法,;两侧并进法是从两侧同时进行旋转,避免了大量的高空作业,。.6.:..,是指首先把支承塔和摩天轮的轮轴安装就位,然后充分利用塔设置工作平台,或者用吊车从中心向周圈逐圈安装摩天轮的杆件,在日本的一些已建成的摩天轮就采用了中心旋转法,。.7.:..,国外摩天轮的设计与制造工艺技术,在以下三个方面有了重大的突破。(1)大转轮的钢索轮辐结构技术采用钢索轮辐结构使大转轮的重量大大减轻,这项技术的成功和成熟,为建造超大型摩天轮创造了条件。试想转盘直径在200米以上的超大型摩天轮上,桁架式的轮辋圈就有400多吨,甚至达到1000吨,如果仍然使用支撑钢梁作为轮辐的话,***的重量就更要成倍的增加,这对于支架承载、基础要求,以及摩天轮的安装运行都会带来一系列很难解决的问题。因此,超大直径转盘的巨型摩天轮必须摒弃钢支撑结构的轮辐,采用钢索固定结构。然而,钢索轮辐安装、调整比较困难,要保证巨大***在运转中的平稳、无抖动、无晃摆,首先应保证***的均衡性,大***的不圆度和不平面度(或翘曲度)都会造成运动的不稳定性。从理论上讲钢索轮辐在安装时,可以从经向和侧向两个方面调整轮辋,把***调整到尽可能精确的程度,而刚性轮辐的钢支撑就无法进行这种安装调整工序。钢索轮辐在较大的风压下,常常会容易发生轮辋的球面变形,有一定频率的节点振动。~般要求***边缘的极限变形量(也就是晃动量)%,%以下,游客的晃动不稳定感消除了。尤其是当。吊舱”.:..北京科技大学硕士学位论文到顶端减速区时,一般的观览车都会产生晃动现象,但现在即使在大型摩天轮上也都能得到解决了。【2)内置自稳定系统的全景观光密封舱技术早期的轿舱都是使用挂在***边缘的吊厢,,特别在风力影响下,不稳定性更加明显。吊厢的乘员数量一般也只能在4-10人范围内,无法大幅度地增加额定乘员的数量。吊厢式的观光舱在运动到顶端时,它不可能持续保持在大转盘的边缘外面,而是悬挂到了轮缘的内侧,自然会影响观光者远眺的视野。吊厢式座舱结构比较简单,但由于上述弊病的存在限制了摩天轮技术的发展。现在,出现了具有内置自稳定系统的全景观光密封舱后,轿舱始终固定在轮辋外侧随***转动,依靠自身内置的伺服电机随机调整系统达到自稳定的效果,使舱体时刻保持水平位置,。从此,悬挂的吊舱变成了位置固定而通过自我调整达到稳定的新颖密封舱,大大提高了摩天轮的稳定性。而且,这种密封舱容量大,可以载客25-40~舱,一台巨型摩天轮,完全有可能达到同时承载800-.-2000人的能力。采用这种密封舱可以360度全景观光,有空调冷暖通风设备,有安全监控、消防报警和各种保护装置,有闭路电视、播音和照明系统,为游客提供了安全可靠、舒适享受的游乐观光环境。这种密封舱的问世,成为摩天轮设计制造突破性进展的一个重要标志。(3)现场拼接、调整、吊装和固定等成套安装系统工程技术摩天轮庞大的身躯,不可能整机出厂,整机安装,必须分部件制作,甚至有的部件还必须拆成几段,进行分段制作,例如大转轮的桁架轮辋,就可以拆成若干个弧段分别制作,然后分部件、分段运输到现场,进行最后的拼装。拼装过程只能在转轮平放的状态下进行,,建一个临时的基础平台,完成组装、调整。最后采用翻转的起吊方式,把摩天轮竖立到确定的位置上。完成包括基础在内的现场安装系统工程,需要解决许多技术上的难点。随着一个个巨大的摩天轮的建立,现在摩天轮的现场拼接,调整、吊装、固定等整套技术已趋于成熟。因此,今后建造超大型的摩天轮已经不会再被安装的难点所困扰了。随着世界范围内建造摩天轮的新高潮到来,摩天轮的建造也将朝着新的趋势发展,主要体现在:(1)直径更大、高度更高。从摩天轮第二个发展阶段末期到第三个阶段发展初期,摩天轮的直径、高度比以前都有了长足的发展。如英国“伦敦眼”直径为135m,南昌摩天轮的直径为153m。.9一:..北京科技大学硕士学位论文(2)现代摩天轮的发展更注重人的舒适性。早期的观览车轿厢内几乎不设空调、音响、电扇等设施,现代的观览车轿厢越建越豪华,将来包括KTV包房电影院软厢、酒吧茶座等都有可能搬到空中去。(3)与周围景观的结合,不但注重人们白天的享受,还注重夜晚的灯光照明效果。摩天轮用可编程序控制器控制变幻莫测的五彩灯光,将成为公众集会的硕大屏障,也将成为政府、企业重大礼仪活动和庆典场所的首选。(4)从早期与游乐园相结合,到成为—个独立的建筑,最后再到与其他功能的结构相结合。早期的摩天轮大多数根植于游乐园,离开游乐园则难以获得较大的发展。1995年在日本神户港湾的观览车是首次把摩天轮建立在游乐园之外。天津慈海桥工程中的摩天轮则首次把摩天轮与桥梁两种不同功能的建筑结合在一起。与其他功能结合在一起的复合建筑会是摩天轮发展的一个趋势。。由于****惯上对稳定状态熟视无睹,描述稳定状态时更多的是以不稳定现象或失稳现象来反衬。稳定,实质上可分为三类:第一类是结构体内的几何稳定;第二类是结构受外部约束后的稳定,即约束的充分性;第三类是外部约束充分的结构的弹性或弹塑性稳定。这三个问题构成了广义稳定问题。简单地讲结构的稳定问题是广义稳定问题。因此,在结构稳定分柝中主要研究的是不平衡现象,也就是研究结构运动[41。失稳的真正含义是几何突变,即在任意微小的外力干扰下物体或结构的几何形状发生极大的改变。在撤除了这个任意微小的外力后,物体或结构并不恢复到原来的几何形状。事实上稳定的定义并非统一,关键在于将这种现象放在哪一种理论系统中研究。一种被广为接受的解释是:失稳的发生意味着稳定平衡向不稳定平衡的转移而达到一个新的稳定的平衡。可能发生平衡转移的那个瞬间即为临界状态。关于稳定平衡或不稳定平衡的定义及其判断成为我们关注的重点。从力学上讲,当局部杆件发生失稳时,应力急剧下降,相邻构件必须承担起本由失稳构件承担的荷载,使得应力发生重分布。如相邻构件能够承担重分布的荷载,则结构是稳定的,否则结构是不稳定的[51。在经典的线性结构分析中,常假设结构的变形非常微小,甚至可以忽略,所以平衡方程可按变形前的几何位置建立,从而结构的荷载—位移关系为线性的。由于失稳将引起结构几何形状发生明显改变,所以在结构稳定分析时,,:..北京科技大学硕士学位论文响,平衡方程必须按变形后的位置建立,这时结构的荷载—位移关系为非线性的,因此实际结构屈曲前和屈曲后分析都必须采用非线性分析的方法。这是稳定分析和经典结构分析最大的不同点嗣。结构的稳定性能可以从非线性的荷载—位移关系曲线中得至4完整的概念,因为曲线上的每一点都代表相应的平衡状态,曲线上的每一点均满足平衡方程、协调方程和本构方程,因而该曲线又称为平衡路径。在平衡路径上,若荷载随位移的增加而增加,则平衡状态是稳定的;若荷载随位移的增加而降低,则平衡状态是不稳定的伪。(1)—位移龌线,当压力达到临界荷载Per后,分叉的平衡路径n关于竖轴对称。结构屈曲后并未丧失继续承载的能力。从设计的角度看,这类结构具有屈曲后强度,即具有承担大于屈曲荷载的承载能力。所以这种屈曲破坏是有预兆的延性破坏。初始缺陷使平衡路径变为虚线I形式,并使结构的刚度下降更快,产生更大的变形从而影响结构的正常使用,结构的实际屈曲方向取决于初始缺陷的方向。轴压杆和中面受压的薄板的失稳属于这一类。r。\甄夕\\昼//’7/(2)不稳定的对称分叉失稳’—位移曲线,当压力达到Per后,分叉的平衡路径亦关于竖轴对称,但结构丧失了继续承载的能力。在达到理论上的屈曲荷载Pcr前,微小的干扰就可能使这类结构由屈曲前的稳定平衡状态(点A)跳跃到非临近的屈曲平衡状态(点B),而不经过理想的分叉点,所以这种屈曲又称为有限干扰屈曲。这类结构一旦发生屈曲,刚度迅速降低而产生较大的变形,没有屈曲后强度,故不具有承担大于屈曲荷载的承载能力,所以这种屈曲破坏是没有预兆的脆性破坏。初始缺陷使平衡路:..北京科技大学硕士学位论文径变为虚线I形式,它不但降低了结构的刚度,而且使结构实际的极限荷载Pll远小于Pcr,、承受均匀外压力的全球壳、矢跨比较高的拱、拉线塔的整体失稳属于这一类。薄壁型钢方管压杆在一定条件下也表现出类似特性。P。、乡弋BPu,一|。i△(3)—位移曲线,当压力达到Pcr后分叉的平衡路径不对称于竖轴,这种分叉失稳,虽然屈曲后平衡路径有一枝是稳定的(出段b但在此之静,平衡路径耍经过不稳定的分叉点a,而在该点处结构也可能向相反的方向(∞段)屈曲,所以这类结构的失稳没有屈曲后强度。初始缺陷使平衡路径变成虚线l形式,不再像理想杆件那样具有分叉点,临界荷载对应于曲线上的极值点。屈曲方向及稳定性取决于初始缺陷的方向,在设计中,可以人为地控制初始缺陷的方向,使其屈曲变形沿稳定枝一侧发展,从而可以避免发生脆性的跳跃型失稳。r型框架和平面桁架的整体失稳属于这一类型。.:..北京科技大学硕士学位论文‘4)—位移曲线,平衡路径为一条有极值点的非线性曲线。一加载,平衡路径便开始弯曲,在达到Per以前,结构刚度随荷载的增加而降低。当荷载达到Per时,结构会突然跳跃到另一具有较大位移的稳定平衡状态。跳跃失稳经过很大的变形后跳跃到另一个稳定平衡状态。但实际工程中不允许出现这样大的变形所以应该以临界荷载作为承载的极限。从设计的角度看,这类结构的跨高比越大,。扁壳、坦拱、|/跳跃Pcr/厂、\‘/、。我国最常用的钢材为Q235和Q345两种钢号,]。:(1)钢材的弹性模量E=206MPa,它是钢材材料层次的刚度,它对结构的稳定起着重要的作用。保证钢材的质量,不仅要保证它的强度指标,保证弹性模量不低于规定值也是保证结构稳定极限承载力的重要措施。(2)钢材屈服强度工=235MPa,决定了弹性阶段的范围,同时它是用应力表示的稳定极限承载力的上限。与这个应力对应的应变占。=._,=,/E。.13.:..北京科技大学硕士学位论文(3)钢材具有非常好的延性。应力-应变曲线上有一个水平段。由于很多构件在进入极限承载力前材料不会进入强化阶段,这个水平段使得我们在进行理论研究时可以采用材料是理想弹塑性的假设。强化开始的应变记为咯,它一般为巳的11倍左右·(4)强化阶段应力继续上升,强化模量瓦对碳素钢通常为弹性模量的1/40-1/30。旧极限抗拉强度对Q235为375MPa。钢材拉断时的极限拉应变g,,=18%-20%。岔妻i0勺,1020改%)￡,对研究稳定性来说,刚度因素是第一位的。2、钢构件内的残余应力钢构件内的残余应力是在构件轧制