管道结构设计范文

导语：如何才能写好一篇管道结构设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

大伙房水库输水应急入连工程是由大伙房水库向大连市输水的一项大型输水工程,输水管线由大伙房水库输水(二期)工程之鞍山加压泵站引出,年输水量为3×108m3。

本工程由两部分组成:碧流河水库北段工程和碧流河水库南段工程。

碧流河水库北段工程输水线路全长163.26km,其中;

鞍山加压泵站。隧洞前输水管线长121.37kin,管线管材主要采用预应力钢套筒混凝土管(以下简称PCCP),管线穿越高速公路、省国道、铁路、大中型河流等采用钢管,管径为DN2800。

输水隧洞长14.12km,为城门洞型断面,隧洞断面尺寸(B×H)为3.2m×3.48m,

隧洞后输水管线末端输水管线长27.77km,管线管材主要采用预应力钢套筒混凝土管(以下简称PCCP),管线穿越省国道、大中型河流等采用钢管,管径为DN2400。

对该工程采用的PCCP管材设计应用了美国供水工程协会ANSI/AWWA C304-99标准配套的设计程序“VDP”进行了结构设计计算。

2、设计方法简介

根据AWWA C304-99标准,采用极限状态设计方法对PCCP管进行设计,既考虑管材的预应力状况,也考虑外载(we。wt,Ws)、管重(Wp)和水重(Wf)及工作压力(Pw)瞬时压力(Pt)检验压力(Pft)的综合影响,保证管材的使用可靠性,从弹性和强度极限上提供足够的安全储备设计。计算程序采用AWWA C304-99配套设计软件UDP和本院自编软件CDP,规范要求的最小钢丝面积作为钢丝初始面积核对管体各项极限状态的指标要求,如果不能通过验算条件钢丝面积自动累加,直到满足要求。

需要说明的是根据AWWA C304的默认要求,预应力钢丝张拉控制应力固定为钢丝抗拉强度的75%,并且:

当预应力钢丝只有一层时钢丝的应力松驰系数如下:

R=0.111-3.5(As/Ac)

(AWWA C304式6-30)

多层缠丝钢丝应力松驰系数如下:

内部第一层缠丝:

其他层缠丝:

由于本工程要求fsg=0.7fsu,AWWAc304没有给出当fsg=0.7fsu时钢丝应力松驰系数的算法,根据中国标准GBS0010《混凝土结构设计规范》第6.2.1条规定:

当ocon≤O.7fptk时钢丝应力松驰值:

σL4=0.125(σcoll+fptk-0.5)σcol3(式中口conll口为fsg、fptk即为fsu)

当O.7fptk

σ14=0.2σcon÷fptk-0.575)σCon

当σCOil=0.7fptk时钢丝应力松驰值σ14=2.5%σcon,当口con=0.75fptk寸钢丝应力松驰值σ14=3.5%σcon,由此可见,当fsg=0.7fsu时钢丝应力松驰值应比当fsg=0,75fsu的钢丝应力松驰值小,按fsg=0.7sfs计算更为保守,因此本报告不再寻求fsg=0.7fsu时钢丝应力松驰系数的算法,其差值作为合理安全储备。

3、设计条件选取

以下各参数为设计中易为忽视的部分。

3.1管道内压

现场试验内压为工作压力+O.3MPa;瞬时压力为工作压力的40%;管道上部覆盖土层厚度2、4、6m三种,与不同的工作压力进行组合。

3.2　管基包角

管基中心角选取90°。虽然在施工中采用120°包角施工,但受承包人施工经验、回填材料等多种因素影响。包角部位回填压实质量存在不稳定情况,因此设计中仍然按90°考虑,多出部分作为施工安全储备。

3.3　相对湿度

户外设计相对湿度:本工程各标分别取RH=52%、50%、60%。虽然业主在关于明确PcCP管结构设计问题的意见中明确了PCCP管材结构设计力学参数中的相对湿度按照RH=60%计取,但考虑到各标段环境温度不尽相同,且其对管道的设计影响较小,因此对上述取值是可行的(只要不大于60%,数值越大越偏于保守)。

3.4　土壤特性

土壤特性系数Ku=0.15,为饱和表土的最大值。Ku=0.19,为无粘性颗粒材料的取值,偏于保守,尤其是覆土较深的管道,计算土荷载偏大。根据AWWA M9规定当设计无资料时可以取Ku=0.15。

3.5　沟槽型式

管道埋设全线均采用上埋式。主要是因为大直径PccP管铺设线路一般较长,沿线工程地质情况复杂,沟槽开挖宽度很容易超出沟埋式的要求。采用沟埋式设计虽然可以节省部分造价,但对结果影响不大。采用统一的埋设型式,可以简化设计,也便于施工管理。

4、设计原则

本工程二标、三标结构设计采用美国混凝土压力管协会AWWA C304标准配套程序UDP设计软件,该软件系统默认钢丝直径及抗拉强度均为英制规格且无公制选项,预应力钢丝张拉控制应力固定为钢丝抗拉强度的75%,而招标文件明确为70%,因此承包商采用如下等效预压应力的方法进行换算:

按此换算方法,多数情况下是可行的,但是,AWWA C304共有14种荷载组合、14种不同的控制条件,当按uDPR件计算时出现如设计控制条件为AWWA C304第7.4.1条规定的“在荷载内压组合FWl,FWlr2及FT2情况下,预应力钢丝内最大拉应力不得高于总缠丝应力fsl”及AWWA C304第7.5.I条规定的“当管子承受荷载与内压组合FWT3及FWT4时,预应力钢丝最大拉应力不应超过其屈服强度fsy”时,该转换方法就不合适,当管子结构设计出现以上控制条件时,以上换算方法偏于保守。

5、结　语

结合本院工程设计经验和本工程的实际情况,为确保PCCP管芯混凝土质量,设计时尽量选用低标号混凝土,同时考虑生产进度和简化生产管理,尽量减少混凝土标号种类。

尽量减少管芯壁厚种类,便于生产控制和大规模生产,以提高生产效率。

篇2

关键词：市政工程；给排水；管道工程；结构设计

中图分类号： TU99 文献标识码： A 文章编号：

市政给排水管道工程设计是一个实践经验与能动性相结合的过程。在满足规范要求、注意设计控制要点的同时,要根据实际情况, 因地制宜、因时制宜, 经常充分的市场调查与经济技术比较, 做到既质量优良, 又经济合理、施工方便。为此，主要做好如下工作：

1．现场踏勘与测量

给排水管道距离相对较长,或穿越城镇密集区,或敷设在农田,或跨越山丘和河流,还有可能横跨铁路、公路及桥涵。一项管道工程同时会遇到上述几种或所有的地形和地貌,其复杂的地形和地貌若不现场查看,则很难全面完成设计。结构设计人员应会同给排水、概预算等专业设计人员共同进行现场踏勘和选线,了解管道线路拟通过的沿线地带地形地貌、地质概况,必要时应在施工图阶段对个别疑难地段重新踏勘。

要准确地反应管道沿线的地形地貌和水文地质情况,必须有测量和勘探部门提供的准确的地形和水文地质资料。

勘探点间距和钻孔深度勘探点应布置在管道的中线上,并不得偏离中线 3m,间距应根据地形复杂程度确定的 30～100m,较复杂和地质变化较大的地段应适当加密,深度应达到管道埋设深度以下 1m 以上,遇河流应钻至河床最大冲刷深度以下 2～3m。

提供勘探成果要求划分沿线地质单元；查明管道埋设深度范围内的地层成因、岩性特征和厚度；调查岩层产状和分化破碎程度及对管道有影响的全部活动断裂带的性质和分布特点；调查沿线滑坡、崩塌、泥石流、冲沟等不良地质现象的范围、性质、发展趋势及其对管道的影响;查明沿线井、泉的分布和水位等影响;查明拟穿、跨河流的岸坡稳定性,河床及两岸的地层岩性和洪水淹没范围。

2.结构设计内容

管道的结构形式主要由给排水专业确定,结构专业应根据管道的用途(给水还是排水,污水还是雨水)、工作环境(承压还是非承压)、口径、流量、埋置深度、水文地质情况、敷设方式和经济指标等从专业角度提出参考意见。一般情况下,承压管道常采用预应力钢筋混凝土管、钢管、铸铁管、玻璃钢管、UPVC 管、PE 管、现浇钢筋混凝土箱涵。非承压管常采用混凝土管、钢筋混凝土管、砌体盖板涵、现浇钢筋混凝土箱涵等。当污水管道口径较大时应采用现浇钢筋混凝土箱涵,特殊情况、特殊地段(过河渠、公路、铁路等)、局部地段非承压管也采用钢管等形式。大型给排水管道工程也有采用盾构结构形式的。

根据管道规格、埋置深度、地面荷载、地下水位、工作和试验压力对管道的刚度和强度进行计算及复核,提供管道壁厚、管道等级、或结构配筋图。对于一些必须采取加固方法才能满足刚度和强度要求的管道,应根据计算采用具体的加强加固措施。通常采用的加固措施有管廊、混凝土或钢筋混凝土包管等,当钢管计算出的壁厚不经济时,应采用加肋的方法处理。加固的具体方式和方法应根据实际情况和经济指标来确定。

敷设方式的选择应根据埋置深度、地面地下障碍物等因素确定,一般有沟埋式、上埋式、顶管及架空,较为常用敷设方式采用沟埋式,当沟埋式有一定的难度时,可选择顶管和架空等敷设方式。不同的敷设方式,其结构设计亦不同。

有些管道敷设的地段地下水位较高或者施工期间多雨,因而管道的抗浮稳定应引起结构设计人员的重视。设计时应根据计算采取相应的抗浮措施,避免浮管现象的出现。

确定管线走向时应尽量避开对抗震不利的场地、地基,如不可避免而必须通过地震断裂带或可液化土地基时,应根据工程的重要性、使用条件综合考虑。

3.给排水管道设计中的其他问题

在用户管线出口建立格栅中纤维、塑料等沉积物、悬浮物和漂浮物的大量存在,给管道的清掏和疏通维护作业带来了很大困难。特别是抽升泵站的格栅间,每天都会拦截到大量的漂浮物。有的漂浮物通过格栅进入泵房后,常导致水泵叶轮堵塞、磨损损坏现象的发生。尽管格栅栅条的间距一再减小,但仍有大量的漂浮物进入泵站造成堵塞。为了解决上述问题,建议在庭院或住宅小区的管道出口处设置简易人工拦污格栅,定期进行清理、清掏,从源头上控制漂浮物进入市政管网,以减轻市政管网维护管理的工作量。

在检查井井底设置沉淀池中的沉积物在管道内水流量小、流速慢时会发生沉淀,造成管道淤积堵塞、通水不畅,而管道的疏通工作又费时费力。因此,针对传统的检查井做法,建议将其井底改为沉淀式的,井底下沉 30～50 cm。这样中的沉积物多数会沉积在检查井中,不至于流入下游管段,只要定期清掏检查井内的沉积物即可,减少了管道维护作业的工作量。这种做法也可用于雨水检查井。

在检查井内设置闸槽干管中的流量和流速均较大,有的检查井内的水位较高,管道维护作业或户线管接头时,需将管道内的水位降低或断流。为了方便维护作业,建议在干管的管道交汇处检查井、转弯处检查井或直线段的每隔一定距离的检查井内根据需要设置闸槽,通过闸槽的开闭控制水流,便于维护作业。同时为方便户线支管接头时的施工,建议能研制一种较轻便、实用的管道阻水设备。

4.结语

总之，在城市发展的过程中，为了在激烈的市场竞争中求得生存和发展,要求在企业给排水工程的设计中引入全局概念,以适应日趋严峻的城市发展要求。只有这样，才能设计出满足百年城市发展的市政给排水管道。

参考文献：

[1] 付迪.HDPE双壁波纹管在城市给排水工程中的应用[J]. 技术与市场. 2010(08)

[2] 朱志光.市政排水管道工程施工质量控制[J]. 中国高新技术企业. 2008(06)

篇3

关键字：城市电力隧道规划；研究；结构设计

中图分类号： U45 文献标识码： A

一、电力隧道规划

（一）平面线路规划

电力隧道线路规划需要根据中心城区电网负荷情况进行规划，在一些特殊的中心城区位置，一般的电力隧道走向都是地下建设、地铁以及立交桥等等。在进行电力通道规划时，需要协调相关部门，做好路线合理规划工作。对力隧道路径选择时，一般要选择长度较长、线型比较顺直以及路段比较宽的城市主干线。进行规划时，尽量避免影响因素出现，从而使得规划水平提高。施工实践表明，在当前的规划过程中，一般会受到技术条件限制或者受到其他的市政工程制约。一条完整的电力隧道实施过程中，需要进行多形式设置，从而满足走向需求。同时在施工过程中，会不可避免的穿越一些重点工程，像地铁、像重要建筑等等。在进行规划时，为了更好地减少阻力问题，降低规划风险，从而逐渐实现电力隧道规划发展需求，需要电力隧道在进行平面规划设计时，应该根据实际情况开展设计工作。如下表不同地区隧道通道型式规划设计

（二）线路曲线规划

电力隧道具备自身的使用功能，在进行规划设计时，基于电力隧道的特性，这样就可以不要对线路曲线半径做出严格的规定或者控制。在进行城市规划时，一般会受到大转角或者是地形限制，在必要的时候可以通过工作井的方式进行处理。一般而言城市地下空间1-7m为城市市政管道的黄金通道，大多数管线布置在这个深度，盾构及顶管机械作业，一般要考虑一定富裕深度，一般埋深达到10m，才较为安全，否则容易伤及市政管线。在纵断面设计时，较大断面的电缆隧道可以采取深埋方式避开其他市政管线，从而获得完好规划。

二、电力隧道结构设计

电力隧道内部设施通常为横担支架、电缆、冷却管、照明及通风等电力设备，其布置方式将影响隧道结构的传力模式，需要在设计阶段，根据内部设施布置方案进行合理性及稳定性的验算分析，确保工程安全性。电力隧道设计过程中，通常会遇见断面直径设计问题，这个直径采用顶管方式适宜直径在1.9至3.5m范围内，采用盾构方式的适宜断面在3.5到5.5m范围内。其中顶管在小于1.9m直径时一般直接将顶管直径取到1.5m以下，并且在内部排管然后填充细砂或者细石砼，因而不在适合归入电缆隧道范畴。一般而言，电力隧道大部分采用的是明开挖隧道，顶管，浅埋暗挖等方式，对于盾构方式在电力隧道中使用较少，但却是一个发展方向。

图1、顶管隧道布置 图2、顶管内排管布置

在一般情况下，电力隧道需要根据净空尺寸大小进行确定，从而选择到合适的施工方法。例如下表格的隧道工法选择：

在施工过程中，当选择盾构法时，这个时候的隧道管径应该大于3.5m，这个时候需要充分考虑阻力问题。这个时候的阻力会变大，而且还比较难以控制。因此，在进行隧道施工方法选择时，应该保障选择的方法可以使得直径大于3.5m，这样的施工实际情况可以充分考虑选择盾构法。电力隧道施工过程中，一般可以选择的有圆形还有矩形两种形状。一般而言，矩形的横截面积它的净空利用率会比较高。相互对比之下的可以选择该横截面进行施工就显得比较合理，而且还需要综合分析影响因素，从而选择出合适的横截面处理方法。例如500kV世博变电站，输电隧道直接从550kv变电站直接引出，一般内在的输电要求比较高，这样可以选择内径比较大的圆形横截面，这是我国国内直径输电隧道最大之圆形横截面施工。选择了合适的施工法之后，需要确定出管片组成数量，在进行设计时候可以根据这些管片的厚度以及形状进行选择。如下图所示：

图3、盾构断面

一般而言，输电隧道选择了隧道盾构段，将其当成最大电力专用隧道，在进行结构设计以及内部结构布设时，一般都会有它独特的地方。为了更好的发挥出隧道实际作用，更好的充分使用隧道净空。需要在隧道中部位置进行设置，这样可以获得设置横梁面图形。设计过程中，需要将隧道进行分层，可以将其分层四个电缆布置区。在每个支架中可以将其中的一部分确定出来，这样可以支撑起两个中间柱，而且其余的连接角钢可以在布设上进行连接，从而获得更大的空间。这样的空间可以更好的满足电力施工需求，更好的满足当前布设需求。

结束语

随着社会不断发展，我国隧道施工工程越来越多，为了满足城市供电需求，为了满足社会发展需求，需要进行电网规划设计。在进行地下电力传输时，需要不断的完善和发展规划，选择隧道输送电力已经成为当前发展首先方式。

参考文献

[1]张彦辉，刘青，李华春.北京电力隧道现状及检测技术的研究[J].全国第九次电力电缆运行经验交流会-2013年1期

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关键词：柔性结构 主从式CPU 无线控制 人机交互

当前诸多行业，如石油、天然气、中央空调通风等，管道作为一种有效物料传输介质，得到广泛应用[1]。本设计开发出一种价格低廉、操作简单，从底层到上层，从硬件到软件，从模块到系统的一体化柔性结构式机器人系统。

1 机器人机械设计

1.1 外形设计

机器人整体机械设计采用多段式柔性结构（如图1-1）[2]，使其能够灵活适应复杂管道环境。驱动部分采用传动带、涡轮蜗杆结构，由步进电机驱动以实现机器人运动。步进电机带动蜗杆旋转，蜗杆涡轮齿合传动，涡轮带动带轮旋转，从而传动带运动带动主动轮运动，实现机器人行走。支撑部分由滚珠丝杠、步进电机、车轮、连杆和推杆等组成。步进电机带动丝杠转动，螺母直线运动带动推杆运动，实现机器人整体结构撑起，以实现适应不同管径（400mm～600mm）。

图1-1 机器人头部结构图

1.2 轴承选择

本设计中轴承主要承受轴向载荷，周向载荷很小可忽略不计，因此选用7219C型角接触球轴承。其当量动载荷为：

—载荷系数，本设计中取为1.1

—轴承承受载荷，本设计中=278.15N，则

验算轴承寿命：

n—轴承转速，本设计中

C—轴承额定动载荷，此处取为135000

P—轴承承受的载荷

—指数，对于球轴承；对于滚子轴承，则，初选轴承满足要求。

1.3 电机选择

电机驱动力矩：

—启动时折算到电机轴加速力矩

—摩擦力矩

本系统中

电机驱动功率：

因此，本设计选用24V、500转、20W maxon RE25 大功率空心杯减速电机。

2 机器人控制系统设计

机器人控制系统分为PC终端层、CPU控制层及执行机构层三层结构（如图2-1）[3]。上层为PC终端层，负责采样数据处理及系统整体调度；控制层由主控系统、摄像头系统并列组成，主控系统负责环境信息采样并将信息上传PC，PC对其分析处理并向下发送控制协议，CCD对环境进行图像采样，将图像数据上传PC并可视化显示，图像处理使工作人员了解管道状况；执行机构层由各类执行电机组成，驱动机器人执行相应动作。

图2-1 机器人控制系统架构图

2.1 系统通信

由于环境信息采集实时性要求高，且图像信息数据量大，因此上下位机对应设计双通道通信。主CPU与PC机占用一通道；CCD图像采集占用二通道；主从CPU SPI通信。两通道并行通信。

数据以包形式通信，一包数据为16位，高八位为校验信号，低八位为数据信号。系统接收一包数据，将数据包解析，首先根据校验信号判断数据有效性，校验正确则继续接收数据，否则返回错误校验信号继续索要有效数据。数据接收采用中断方式，提高系统效率。上位机支持通信设备自动识别，人工修改配置参数等，符合实际需求。

自定义数据包协议如下：

2.2 控制策略

机器人无线通信选用ZGBee2410模块，利用其组建混合网，实现一台PC同时控制多台机器人（如图2-2）。正常状态每台机器人与PC单独通信，若因环境恶劣通信中断，机器人3秒后自动停止动作进入等待状态（图2-2中3号），此时可派出搜救机器人（图2-2中2号）向丢失机器人发送呼叫信号，直至收到其回应，利用搜救机器人做跳板，实现探测机器人与PC通信。

图2-2 控制策略架构图

3 结论

本文设计了一种柔性结构式管道探测机器人，阐述了其工作原理。整套系统遵循模块化设计原则，各模块独立工作亦可自由组合，任何一模块异常不会级联整体；柔性式机械形体，可伸缩自适应管径支撑机构，提高了环境适应力；蜗轮蜗杆传动机构，打破传统三电机模式，一个步进电机即可驱动机器人三轮行进，节省成本同时减轻机器人重量；CPU模块采用主从式控制，低端CPU实现高端CPU功能，节省成本且利于扩展；通信模块控制协议与图像数据双通道通信，控制策略采用ZGBee混合网模式，提高系统可靠性与稳定性。原理样机经设计方案论证，制作了实物样机并进行联机调试，结果表明所设计系统能正常工作。但本设计只是初步完成系统设计架构，面对复杂管道现场环境，未来有待于进一步研究，可向着人工智能、自适应自学习方向发展，将会有较大发展前景。

参考文献：

[1]张永顺.国外微型管内机器人的发展[J].机器人，2000，22（6）：490—520.

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关键词:地铁隧道;变形监测;管理系统

随着经济的发展，越来越多的城市开始兴建地铁工程。地铁隧道建造在地质复杂、道路狭窄、地下管线密集、交通繁忙的闹市中心，其安全问题不容忽视。无论在施工期还是在运营期都要对其结构进行变形监测，以确保主体结构和周边环境安全。地铁隧道结构变形监测内容需根据地铁隧道结构设计、国家相关规范和类似工程的变形监测以及当前地铁所处阶段来确定，由规范[1]与文献[2]知，运营期的地铁隧道结构变形监测内容主要包括区间隧道沉降、隧道与地下车站沉降差异、区间隧道水平位移、隧道相对于地下车站水平位移和断面收敛变形等监测。它是一项长期性的工作，其特点是监测项目多、线路长、测点多、测期频和数据量大，给监测数据处理、分析和资料管理带来了繁琐的工作，该项工作目前仍以手工为主，效率较低，不能及时快速地反馈监测信息。因此，有必要开发一套高效、使用方便的变形监测数据管理系统，实现对监测数据的科学管理及快速分析处理。现阶段国内出现了较多的用于地铁施工期的监测信息管理系统[3-4]，这些系统虽然功能比较齐全、运行效率较高，能够很好地满足地铁施工期监测需要，但它主要应用于信息化施工，与运营期地铁隧道结构变形监测无论是在内容还是在目的上都有着很大的区别和局限性。而现在国外研究的多为自动化监测系统[5-6]，也不适用于目前国内自动化程度较低的地铁隧道监测。此外，能够用于运营期并符合当前国内地铁隧道结构监测实际的监测数据管理系统还较为少见。因此，随着国内建成地铁的逐渐增多，开发用于运营期地铁的变形监测数据管理系统变得越来越迫切。为此，根据运营期地铁隧道结构变形监测内容[1-2]和特点，以isualBasic作为开发工具[7]，应用先进的数据库管理技术[8]，以目前较为流行的Access数据库作为系统数据库，设计和开发了用于运营期地铁隧道变形监测数据管理系统，不仅提高了监测数据处理的效率和可靠性，保证了监测数据反馈的及时性，而且在某城市地铁隧道变形监测中投入应用，取得较好的效果。

1系统的结构

1．1系统数据库结构

变形监测数据库用于存储监测点属性、监测成果等数据信息，是数据管理系统的基础。因此，合理的数据库结构不仅是数据库设计的关键，还有利于系统对数据的管理和高效处理分析。考虑到变形监测成果的特点，系统数据库结构设计应不仅能满足用户的需要，而且能使系统需求的资源最少，同时还要使数据库中数据冗余度尽量小，以达到结构合理、易于维护等目的[8]。为此，根据变形监测内容，系统数据库设计由如下数据表构成。

1) 测段名表:包括测段编号和测段名称两个字段。为便于变形监测分析，在监测中将相邻两个车站之间的隧道划分为一测段，并按车站和车站之间的隧道进行编号，测段名称则根据各个车站或者车站之间隧道的名称而定，监测点的测段属性值直接根据其所在测段来取对应的编号值，方便查询。

2) 监测点属性表:包括监测点名、测段、车道、具置、里程、材料、布设时间、布设单位、当前状况、用情况、备注等。其中车道为监测点所在的左、右道或上、下行线;具置指测点所处具体的空间位置，如地面、地下、高架等;当前状况是指目前监测点的完好情况，也就是可用否;使用情况是指监测时是否使用。

3) 沉降监测成果表:包括编号、监测点名、高程、测期、监测时间、备注等。为了遵守数据库键的唯一性原则和方便查询，各个测点的每期编号由测期号与监测点名组成，因而表中将不会出现相同记录，保证了键的唯一性[8]。

4)沉降差异点属性表:除了测段为各个车站编号，其余与监测点属性相同。

5)沉降差异监测成果表:与沉降监测成果表相同。

6)水平位移监测成果表:包括编号、监测点名、X坐标、Y坐标、测期、监测时间、备注等，测点的编号设置与沉降监测成果表相同。

7)水平位移差异监测成果表:与水平位移监测成果表相同。

8)断面收敛变形监测成果表:包括编号、监测点名、直径1、直径2、测期、监测时间、备注等，测点的编号设置与沉降监测成果表相同。

在以上各表中，第一个字段为主关键字，各字段值的类型与字节宽度均按照实际所需的最佳值确定，考虑到测段名的繁琐和数据库管理操作的方便迅捷，在数据库管理时将测段名表与其他各表进行关联[8]。

1．2 系统的总体结构

根据地铁隧道变形监测的内容与特点，系统由系统设置、预处理、数据库管理、在线帮助和退出5个模块组成，总体结构如图1所示。

2系统的功能及特点

2．1系统的功能

2．1．1系统设置功能

1)参数设置:设置系统所使用数据库的地址，实现对地铁的不同隧道段监测数据库分别进行管理，同时还可设置显示计算成果的小数位数等参数。

2)用户设置:可以添加用户和更改用户登录密码，防止非系统用户进入破坏数据，保证监测数据的安全和系统的正常运行。

2．1．2预处理功能

1)观测资料整理:用户可以通过系统的接口程序实现系统和外业观测电子手簿直接相连，下传原始观测资料，并对其计算处理，得到观测成果数据。

2)粗差检验:对观测成果数据进行检验，剔除不合格数据，保证监测数据的正确可靠，同时将检验后的成果数据录入到数据库中。

3)基准点稳定性检验:检验监测基准点的稳定性，确保监测数据的可靠性。

2．1．3数据库管理功能

1)数据查询:包括属性数据查询和监测成果数据查询。查询属性数据时，可以先对属性数据类别和属性值条件进行选择，同时系统动态搜索出满足条件的测点，然后可根据用户实际需要结合监测成果条件(前后测期、两期沉降量、两期沉降速率等)查询出满足要求的测点属性信息，实现对不同类监测点在不同监测成果条件下的属性值进行查询。查询监测成果时，可首先对测点的测段、车道、具置等测点主要属性值进行选择，然后再对监测成果的测期、两期变化量、累积变化量和变化速率等条件进行设置，查询出满足用户要求的测点成果。在查询出满足要求的数据后，可导入到EXCEL中进行编辑打印。

2)数据录入和添加:包括监测点属性数据录入添加和监测成果数据录入添加两个功能，用于向数据库录入添加监测点属性信息和监测成果数据。设置有手工录入添加和自动导入两种方式，前者直接在程序界面上的相应空格中填入数据值，实现逐点录入;而后者则将文本数据格式或者EXCEL格式的数据自动导入数据库，实现多点自动导入。添加数据时动态显示已添加的数据和添加后数据库中的所有数据信息，添加完成后可以将已添加的数据导入到EXCEL中进行编辑、打印。在录入添加之前可将所要录入添加的数据按照预定的格式存储在EXCEL或记事本中，随后便可将数据导入到数据库中。

3)数据修改:考虑到操作的规范性，系统只允许对监测点属性进行修改。通过查询所要修改的监测点，对其属性信息进行修改，同时可以动态显示数据库中的监测点属性信息，方便用户及时看到修改结果。

4)数据删除:与数据修改功能相似，通过对数据信息查询后再进行删除，删除前须经确认，然后才能操作，确保准确无误。

5)数据导出:由于在前述操作中已包括本功能，因此系统中无需再单独设此功能模块，避免重复。

2．1．4在线帮助功能

包括帮助目录与帮助主题搜索两个功能，用于系统运行过程中的在线帮助，以文本和图像的形式对系统进行操作说明，并对常见问题作详细解答。

2．1．5退出功能

退出系统。

2．2系统的特点

1)系统充分利用了先进计算机技术的优势，克服了传统的监测数据管理存在的数据查询繁琐、处理分析低效等缺陷。

2)系统操作通过窗口和菜单进行，具有界面友好、操作帮助完善等优点。

3)系统可通过接口程序与外业观测电子手簿相连，下传原始观测资料，并进行计算处理，实现测量内外业一体化。

4)经系统处理的数据成果可直接导入到EX-CEL中，充分利用了EXCEL报表制作的优点，满足了用户对报表格式多样性的要求。

5)监测数据通过系统存入数据库进行管理，使复杂、繁琐的监测数据管理工作变得简单易行，如数据的查询、添加、删除、导入EXCEL等可通过鼠标单击直接实现，提高了工作效率。

3 系统的实现与应用

系统采用Windows2000/Me/XP作为操作平台，以桌面式关系型数据库ACCESS和面向对象的程序设计语言VisualBasic6。0作为开发工具，通过数据库引擎(ADO)[7]与数据库有机的联系在一起。系统开发采用面向对象的方法，它是根据应用问题所涉及的对象，建立于现实世界的一种软件开发思想[7]。利用该方法的关键是对前端概念的理解，只有当应用领域固有的概念被识别和理解了，才能较好的设计系统的数据结构以及实现其功能。

VisualBasic是一个面向对象的图形界面应用程序开发环境，利用它可开发面向对象的基于Win-dows的应用程序[7]。由于VisualBasic充分利用了Windows的窗口资源，因而开发应用程序的用户界面美观、简洁。本系统中所使用的菜单、按钮和结果显示等功能方式均以模块化开发实现，有利于系统的后续开发升级。

系统应用过程:首先，按照系统数据库中数据表的字段格式对车站、区间段和监测点进行统一编号、命名和归类，并根据实际情况确定测点属性值，将整理后的测段信息与测点属性数据录入数据库;然后，通过系统的接口程序从外业观测电子手簿下传各期原始观测资料，对其进行预处理后将满足要求的成果数据录入数据库;最后，对监测数据进行管理和处理计算，分析地铁隧道结构变形情况。该系统在某城市地铁监测中得到了很好的应用，发挥了较大的作用，实际应用表明:

1) 监测数据管理的效率得到了明显的提高。应用系统后，数据处理分析所花时间从原先手工进行所需的7d至8d缩短为1d至2d。

2)系统计算准确、成果可靠。

3)系统功能完善，操作简单，界面友好、美观。

4　结　论

地铁隧道结构变形监测数据管理系统是结合地铁隧道结构变形监测实际情况进行设计和开发的具有较高的实用价值。

1)系统应用了先进的ADO数据库开发技术实现了数据库与系统的有机结合，使Access数据库与VisualBasic语言的优势得到了最大的发挥，值得类似系统借鉴。

2)通过实践应用表明该系统功能完善、方便实用、计算准确、数据成果可靠，能够较好地满足实际应用需求，大大减少了数据管理工作量，提高了效率。

3)系统中测量内外业一体化的实现为地铁隧道自动化变形监测系统的开发积累了一定的经验。

4)系统开发运行的成功为今后地铁隧道结构变形监测数据处理与分析系统以及地铁安全监测专家系统的研究开发奠定了基础。

参考文献

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由于钢结构金属网架下面闲置空间较大，可布设消防管道、给水管道、通风管道、压缩空气管道等多种管道，因此，应用钢结构的厂房，可充分利用其上部闲置空间，节省多余的管道安装费用，有效节约建筑成本。钢结构是一种利用率较高的建筑材料，可实现多次回收利用，且安装过程中不会产生粉尘和噪声污染，拆卸也比较容易，拆除的金属构件可直接回收，因此，具有较高的循环利用价值。

二、厂房钢结构设计准备工作

(一)钢结构选择

考虑是否可以采用钢结构作为厂房主结构之前，设计人员应当首先按照现场实际测量数据，判断该厂房是否适合钢结构施工，以及采用钢结构是否存在安全隐患等，只有其适用性和安全性确定无误后才可考虑钢结构厂房。

(二)钢结构评估

设计师需要根据实际测量数据建立相应的力学模型，分析钢结构构件受力情况，预估厂房梁柱支撑断面参数，最后确定采用轧钢、H型钢、槽钢中的一种或多种。

(三)钢结构设计综合分析

确定设计方案后，应当评估厂房钢结构是否符合施工标准，并反复比对重要设计参数，判断施工周期是否符合施工要求，分析钢结构总剪力、结构受力变形情况。

三、厂房钢结构设计要点

(一)防火设计

钢结构厂房的防火能力要弱于钢筋混凝土厂房，钢结构抗拉强度会随温度升高而逐渐降低，甚至出现塑性增大的情况，当环境温度升高到250℃以上时，钢结构金属构件就会产生徐变现象，当温度达到500℃时，钢材强度会降到最低值，导致整个厂房坍塌。因此，在进行厂房钢结构设计时，有必要严格按照防火规范，确定厂房发生火灾的危险等级，选择耐火极限符合要求标准的建筑钢材。厂房钢结构实践中，应用最广泛也是最有效的一种防火方式就是在钢结构表面涂抹一层防火涂料，以此提高钢材的耐火极限，当火灾发生时，防火涂料可以起到隔热作用。

(二)协调好钢结构设计与厂房工艺设计

钢结构厂房是企业生产中的一个重要区域，如果钢结构厂房与整个生产模块的工艺设计不协调，就会影响正常的生产作业。钢结构厂房与工艺设计的不协调主要表现在:钢结构厂房墙体厚度和高度不符合工艺设计指标、钢支架分布情况不合理等。钢结构的钢支架分布形式一般有网架、平面桁架、空间桁架、塔桅、索膜、框架等几种，设计人员需要按照企业的实际建厂条件和建筑要求，选择合理的钢支架形式。除了钢支架形式外，钢材也是影响其建筑性能的重要因素。不同的钢材其结构性能不同，例如，无缝钢管中含有中空截面，可作为液体输送管道，圆钢为实心钢材，可起到稳定钢结构的作用。因此，在具体选择何种钢材时，需要考虑其与厂房的工艺设计要求是否相符。

(三)重视钢结构计算过程

钢结构计算一般采用的是结构设计中的计算程序，计算结果评估是钢结构设计中的重要组成部分，对不同软件的计算结果进行对比分析，最终选择最合适的截面有利于成本的节省。荷载取值时，对于降雪量较大的地区，设计人员应当根据本地区的实际降雪情况，考虑适当增加钢结构荷载，检验荷载最大值是否可以承受最大量的降雪。构件设计时，应充分重视净截面、长细比这些概念的重要性。连接设计时，应根据施工条件等选择合适的连接方式，若采用承压型连接，则考虑到承压力和剪切力两方面的要求，螺栓不得安装在剪切面上，此时须讨论其连接位置是否合理，是否施工方便。

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关键词：问题；结构设计；要点

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1、道路桥梁结构设计问题的分析

伴随着我国交通业的高速发展，我国桥梁建设取得了一系成果，也出现了一些弊端，针对这些弊端，需要相关政府部门，加强管理力度，提升其道路桥梁设计水平，有利于日常交通业的顺利进行。下面是针对道路桥梁结构设计中出现问题的分析，以方便我们采取积极的措施，解决问题，促进结构设计系统的完善。

1）设计标准不高。鉴于我国道路桥梁设计对于规范标准的要求并不高，一旦在对道路施工进行改造施工时就会不同程度地对道路交通的便利性造成麻烦和留置安全隐患，并且势必会影响到桥型的美观。因此，在进行桥梁设计时就必须考虑到这一点，同时综合现场因素，尤其是在桥梁的主梁或梁侧预留一定的空间，以便为桥梁后期可能进行改造施工创造施工空间与条件。

2）管道预留空间不足。每一座桥梁在设计中都需要设置专用的桥梁管道，但是在现实中往往在这一方面得不到充分的重视，导致这一问题出现的原因主要在于现代城市人口压力过大或城市改造工程。城市改造工程在遇到管道预留空间不足的情况时，则仅仅能够进行一些扩容处理，将桥梁管道在桥体之外，从而为交通线埋下不便的隐患，同时影响到桥体的美观。另外，在面对桥梁管道预留空间不足的问题时，可以通过再次开挖的办法进行相关处理，但是这种处理形式不可避免地会在工程投资建设方面造成严重的浪费，并且也会对交通情况造成影响。

3）绿化带专项防水设计缺陷。我们都知道，桥梁工程也不仅仅是为了满通使用的功能，在桥体设计美观上同样也值得给予总够的重视。因此，桥梁绿化带专项防水设计就成为了桥梁装饰工程的一项必要内容。有关桥梁结构设计工作人员在对拟建桥梁工程展开设计工作时，有必要考虑保证桥梁工程在完成施工后所能受到的绿化美观效果，同时在综合考虑到拟建工程施工现场存在的各种影响因素之后，对设计成果要求具有绝对的桥梁结构使用功用和外形美观效果。

4）结构设计选型问题。桥梁工程结构选型的问题极为关键，不仅需要在结构选型上满足视距和净空的要求，外形美观和合理地结构自重同样被视为桥梁结构设计的一个基本标准和原则，使得桥梁工程能够成为城市建设中可实现功能与兼容城市风貌的一道亮丽景观。然而，实际的设计工作却出现了严重地形式重于实用效果的偏侧现象，出现结构选型不合理的问题就很自然了。

2、道路桥梁结构设计要点

道路桥梁结构设计工作设计内容广泛，本文主要以装配式简支桥梁的结构设计要点作论述如下:

1）主梁设计。装配式简支梁结构区别于整体式简支梁结构的突出特点在于可将预制独立构件进行运输与吊装，并且通过现场安装、拼接制梁。在设计中即可实现对自动化、机械化的施工技术应用，节省部分劳动力和施工原材料，并大幅提高人物力的生产效率，施工过程也不会受到季节的影响，是为采用此种桥梁设计型式的关键。主梁结构作为桥梁上部结构的主要承重构件，设计型式通常分为 T 形和箱型两种，箱型结构主梁仅被应用于预应力混凝土结构梁之中。设计采用箱型结构主梁既需要对主梁结构的间距与片数作要求，主梁间距与片数两者相互制约，即间距小则片数多、间距大则片数少。而主梁的高度及细部尺寸则需根据相关的荷载计算方法确定，若主梁对称布置，梁身所受荷载同样对称分布，即需以杠杆法进行相关计算，否则即需以偏心受压进行相关计算。二种情况相同点在于内力取值均以取最大值作为控制设计的标准，但这种内力取值标准不可作为主梁结构各个截面的最不利状况的受力计算，因为从其计算原理来看，计算结构存在较多的不安全因素。

2）桥台设计。桥台结构的设计应主要注重于型式的选择。装配式简支桥梁对于桥台结构的选择比较常见的有轻型桥台、钢筋混凝土薄壁桥台和埋置式桥台三种。轻型桥台结构型式具有体积小的特点，其设计应用可作为一种挡土的翼墙结构。钢筋混凝土薄壁桥台可设计将台身埋置于桥梁护坡中，从设计角度讲，既可以减小桥台结构受到上部荷载的作用力，又可以保证桥台处的预留空间。但是，从某种程度上分析桥台前的护坡由于是采用片石混凝土施工作表面防护的一种永久性设施，存在着被洪水冲毁而使台身的可能，因此，在设计时必须进行相关的强度和稳定性验算。

3）桥墩型式选择。装配式简支桥梁结构设计中普遍采用双柱式墩、十字墩或矩形薄壁墩等型式，其中单幅双柱式桥墩结构型式应用较为普遍。考虑到以往在道路桥梁结构设计中出现的问题，笔者希望在今后的设计工作中应注意对于桥墩结构型式的选择要极为谨慎，如在岩溶性地带、桩基础施工困难地段应根据实地情况避免过多地设计桩基，单柱单桩的设计为宜；而拟建施工现场位于河谷或受到滚石威胁时，则应考虑设计增强桥墩结构的整体抗撞击能力，亦须单柱单桩设计为宜；对于高位墩柱长桥的情况，则应考虑到桥梁上部结构荷载累积变位的问题，采用双幅两柱整体下部构造设计为宜。

4）定线原则。根据给定的起终点，分析其直线距离和所需的展线长度，选择合适的中间控制点。在路线各种可能的走向中，初步拟定可行的路线方案，（如果有可行的局部路线方案，应进行比较确定），然后进行纸上定线。a.在 1:10000 的小比例尺地形图上在起，终控制点间研究路线的总体布局，找出中间控制点。根据相邻控制点间的地形、地貌、地质、农田等分布情况，选择地势平缓山坡顺直的地带，拟定路线各种可行方案。b.对于山岭重丘地形，定线时应以纵坡度为主导；对于平原微丘区域（即地形平坦）地面自然坡度较小，纵坡度不受控制的地带，选线以路线平面线形为主导。最终合理确定出公路中线的位置（定出交点）。

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关键词：建筑工程；地下室结构；设计

前言

由于我国的人口基数较大，如今土地资源日渐短缺，建筑工程有必然会越来越多地向地下转移发展，并呈现出多层地下室结构的趋势。但是地下室工程因其特殊的施工环境，具有较强的隐蔽性，在施工过程中，涉及较多的工种，施工工艺较为复杂，容易产生各种质量问题，所以对地下室结构的设计提出了较高的要求。

1.地下室结构设计面临的难点

地下室工程由于涉及较多工种，施工十分复杂，因此，在建筑工程地下室结构的设计过程中，应该严密考量其采光、通风、排水、坑道、管道、防火、使用功能、设备用房、人防要求等各个方面。部分高层建筑群具有大底盘地下室，在使用阶段，通常塔楼部分不会出现抗浮问题，但是纯地下室部分以及裙房容易有抗浮不符合要求的情况出现。并且，因为在地下室结构抗浮的设计中，一般只重视其正常的使用状态，但是没有充分考虑洪水期和施工过程。所以在地下室施工时，会出现抗浮不符合要求，进而破坏建筑物局部的现象。另外，作为一项系统性的工程，地下室工程涉及到材料选择、施工、设计等多方面的因素，进而导致地下室结构在设计过程中会遇到很多难点。一般来说，地下室结构设计的难点主要集中在外墙结构设计、地下室抗渗、抗浮、抗震设计，结构平面设计等方面。

2.建筑工程中地下室结构设计

2.1地下室的抗渗、抗浮设计

地下室的抗浮设计应充分考虑地下水位的变化。因为在地下室结构抗浮的设计中，一般只重视其正常的使用状态，但是没有充分考虑洪水期和施工过程。所以在地下室施工时，会出现抗浮不符合要求，进而破坏建筑物局部的现象。或者，大面积整体地下室上面有多栋建筑物，因为地下室本身形状不规则且面积大，局部地上部分无建筑物，处理难度大，事先需进行严密地分析。此外，地下室结构设计应充分考虑抗渗设问题，通常如下几种方法：将膨胀剂掺入混凝土，补偿收缩的混凝土；设置膨胀带；设置后浇带；增强钢筋混凝土自身的抗拉能力。

2.2结构平面设计

在建筑工程地下室结构的设计过程中，应该严密考量其采光、通风、排水、坑道、管道、防火、使用功能、设备用房、人防要求等各个方面。例如地下室设计长度若超过规定长度，应配合结构专业，由于变形缝会增加防水处理的复杂性，一般来说，不需要设置或者少设变形缝。为了避免设置变形缝，结构平面设计人员可合理采用地下不设缝、地上设缝、混凝外加剂、设立后浇带等方式。如果地下室过长，后浇带的设立无法解决该问题，则需要把地下室分为若干小地下室。为符合管道相连和使用的需求，方便采取补救措施，小地下室彼此间需通过窄通道连接，这样可减少接缝，并减少接缝处的受力。另外，还要设置一些采光通风井，但是为将地上的风力和地震力传到地面和侧壁，避免其对地下室稳定性产生影响，采光通风井应当合理设计。

2.3抗震设计

如果地下室的设计不合理，则会严重影响到地下室的抗震能力。通常地下室的埋深需要超过地下室上部高度，这样才不用对地下室的层数进行计算，而从地面开始计算。应将地下室及其上部结构墙柱协调统一起来。对于地下室的顶板以及室内的外板面标高的变化，若标高的变化超出梁高，就会有错层产生，此时需要进行相关处理。地下室顶楼是地下室的上部结构，需使用梁板的结构，若是地下室顶板无梁楼盖，则不能当做上部结构。结构计算需往下计算，直到地下室底板或楼层符合要求，不过剪力墙下端的加强区层数要自地面向上计算，且需包含地下层。

2.4地下室外墙结构设计

通常地下室外墙结构设计应充分考虑荷载、静止土压力系数、外墙配筋计算等方面的要求。地下室外墙承受的荷载通常有竖向荷载和水平荷载。水平荷载分为人防、侧向力压力、地面荷载等效静荷载，竖向荷载分为地下室结果的自重和楼盖传重。在工程设计过程中，地震作用、风荷载、竖向荷载通常无法发挥控制作用，垂直墙面水平荷载所产生的弯矩来确定墙体配筋，并且一般只通过墙板弯曲来计算弯曲的配筋，而无需考虑竖向荷载的压弯作用。应该通过试验来确定静止土压力，若因各种因素，无法进行相关试验，则粘性土通常取0.6左右，砂土通常取0.4左右。在进行建筑结构设计时，地下室外墙配筋的计算通常根据双向板，而非按扶壁柱尺寸。扶壁柱的配筋则是根据地下室结构整体的电算分析结果，而非根据外墙的双向板传递的荷载。按照扶壁柱和外墙相互协调的原则，这样的设计会导致外墙分布筋出现富余、扶壁柱的配筋过少、受力筋的配筋不够。因此在对地下室外墙进行配筋计算时，对于通过内隔墙连接的外墙板块及有着较大扶壁柱截面的尺寸的外墙板块，一般按照双向板进行配筋计算，其他的板块应根据竖向单向板进行计算。部分外墙的扶壁柱有着较小的竖向荷载，还应当适当增强其内外侧主筋。外墙水平分布筋通常要按扶壁柱的截面的尺寸配上外侧的短水平负筋进行适当的加强，同时要适当加强的还有地下室结构外墙的转角处。在对地下室外墙进行计算时，以底板当作外墙嵌固端，并且保持底板的弯矩与其相邻的侧壁底部的弯矩一致，并且底板的厚度需要匹配配筋量，外墙的侧壁抗弯能力不能大于外墙底板抗弯能力。典型的例子例如地下车道，其侧壁作为悬臂的构件，侧壁底部抗弯的能力不能大于外墙底板抗弯的能力。

结束语：

地下室建筑的质量会直接影响到整个建筑物的安全性和稳定性，并且由于地下室建筑涉及较多工种，施工十分复杂。因此，设计人员应该遵循安全和合理的原则，综合考虑各方面影响因素，进行建筑工程地下室结构设计，以保证其能发挥出最大的经济和社会效益。

参考文献：

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【关键词】监测系统;主控板;结构设计;数据采集

1.引言

在原油输送过程中，管道经由多年冻土区，输油管道中原油温度会影响管道周围多年冻土区土壤的温度场，引起复杂的地质灾害问题，如冻胀、融沉、水土流失、边坡失稳等，对管道安全造成威胁，严重影响原油的运输。其中，不稳定斜坡是冻土区管道面临的最大威胁，极有可能造成斜坡底部管道发生屈曲褶皱变形。论文通过对冻土区斜坡失稳机理、形成过程及斜坡监测技术的分析，讨论了冻土区斜坡稳定性安全监测系统的结构设计。

管道的较大形变容易引起管道的断裂和泄露，同时由于冻土层微小的温度都会影响到石油管道的安全传输，所以要求监测系统具有±0.2℃的温度测试精度，并具有长期稳定性。在选择元器件时不仅要求各个器件达到所需精度，还要分析元器件组合的总精度。另外，由于监测仪器是在野外安装使用，环境比较复杂，而温度对于系统的工作又有很大的影响，元器件的工作温度范围需在-50℃～+50℃之间。但大多数元器件工作温度在低于零下25度以上，所以需要对系统板进行保温处理。保温处理虽能在一定时间内保证器件正常工作，但为了满足系统低功耗及工作长期稳定性，在选择元器件时，需选择温度范围较宽且温度较低也能正常工作的器件。

2.系统各功能模块结构设计

2.1 主控板结构设计

在满足低功耗、高精度及高低温适应的原则下，主控芯片选用Atmel公司ATmega128L芯片，时钟芯片选用美国DALLAS公司推出的性能比较高的DS1302，数字温度传感器选较常用的DS18B20，存储芯片选用Atmel公司推出的大容量串行数据Flash存储器AT45db161，继电器选择常用的电流为5A小型MY2NJ。其各芯片布置如图1所示，在主控板预留LCD1602的接口，在调试结束后可拔掉显示屏以降低功耗。整个主控板模块中DS1302确定数据的定时发送，AT45db161芯片将各个温度传感器收集的信息进行存储。ATmega128L具有两个可编程的串行UART，ATmega128L通过其中一个串行UART，以寻址的方式与数据采集模块中的AT89C51进行通信，控制多个数据采集模块中的一个进行温度采集。另一个串行UART与GSM模块进行通信，将采集的数据以短信形式发送至目标SIM卡。由于野外无供电条件，电源由12V的蓄电池及太阳能电池板构成，为系统提供稳定的直流电压。

2.2 数据采集模块结构设计

数据采集模块在选用各芯片时，同样满足以上所述的芯片选用原则。主控芯片选择性能及价位比较合适的由美国STC公司推出的52内核单片机，A/D转换芯片选择具有4通道单独输入的ADS8341。采集模块各芯片布置如图2所示。由于系统需要测量30个点的温度，既需要40个温度传感器。一个ADS8341有4个通道，能够连接4个温度传感器，图2中包含3个ADS8341，能够连接12个温度传感器。所以，在整个数据采集部分，要完成数据的正确采集需要有4个同类型的采集模块。

图1 主控板框图

图2 数据采集模块框图

2.3 数据远程通信系统设计

数据远程通信系统主要由GSM通信模块、上位机系统、下位机系统等组成，如图3所示。下位机系统将数据信息通过GSM模块1以短信方式发出，经过全球无线移动通信网络（GSM网络）将数据发送给GSM模块2。上位机软件将短信从GSM模块2中读取，并进行计算、分析及显示。当需要对下位机系统进行设定时，上位机软件通过GSM模块2以短信形式将命令发出，经过全球无线移动通信网络将命令发送给GSM模块1，下位机系统通过GSM通信模块1接收来自上位机的命令。

图3 数据远程通信系统框图

3.主控板电路设计

根据上面所确定的主控板系统结构，对主控板硬件电路进行设计。主控芯片ATmega128L是一款基于AVR RISC结构的低功耗CMOS8位微控制器。具有片内128KB的程序存储器（Flash）、4KB的数据存储器（SRAM）和4KB的EEPROM，有8个10位ADC通道、2个8位和2个16位硬件定时/计数器、8个PWM通道。与ATmega128A相比，ATmega128L具有较宽的供电电压（2.7～5.0V），实际应用中，可选择3.3V的供电电压以降低系统功耗。

ATmega128L的时钟源可以选取外部晶体振荡器、外部RC振荡器、内部RC振荡器等方式。其时钟源的选择可通过JTAG编程、ISP编程等方式对ATmega128L的内部熔丝位来设定。为了降低系统主控板与采集板数据通信中的误码率，ATmega128L的晶体振荡器频率选用7.3728MHz，以产生精准的9600bps波特率。

4.主控板及采集模块的PCB板设计

PCB板设计的成败直接决定了系统工作的稳定性和可靠性，在设计PCB板时，需要考虑其电磁兼容性和散热性。由于本系统所处的环境温度较低，PCB板上元器件的发热为有利因素，因此在设计PCB板时仅考虑其电磁兼容性。本系统的主控板和采集板采用了分离设计，因此各PCB基板上的元器件较少，为减低系统制作成本，选用常用的双层板设计。系统PCB板实物图如图4所示，采集板通过4个插接槽与主控板相连。

图4 系统实物图

5.结论

通过对系统硬件需求分析，对系统的主控板模块及采集模块进行设计，同时对各个模块中所需的元器件按系统所需性能及低功耗要求进行选择，并对各个元器件功能、参数进行介绍。在硬件设计中不仅对各个元器件的电路连接进行详细设计，同时考虑到供电问题，并对各模块电源供电进行详细设计，最后根据使用性将设计电路出PCB板。

参考文献

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【关键词】移动式；静态腐蚀；装置

The design and application of mobile device for static corrosion test

ZHANG Shu-xia BAI Zhi-wei

（Institute of Physical and Chemical Engineering of Nuclear Industry， Tianjin 300180， China）

【Abstract】In scientific research， need to carry out experimental research on the static corrosion of specimen. Building a special fixed device for static corrosion test need high-cost， long time and space usage. In order to overcome the above shortcomings， designs a mobile device for static corrosion test. This paper introduces the design and application of the test device. The test device has many advantages， such as， simple structure， easy operation， saving space and the device can be applied to multiple test system. The device meet a variety of function， such as， carry out the test respectively or at the same time for more than one specimen， can observe whether the material react with working medium indirect or direct.

【Key words】Mobile； Static corrosion； Device

在科研、生产过程中，经常需要对一些试验件件进行静态腐蚀试验，即将试验件放置在装有工作介质的装置内，观察其是否与工作介质发生反应。如果建造一套专用的固定式的静态腐蚀试验装置，不但提高了试验成本，耗费时间长，而且影响了相关科研和生产工作的进展，并且建造的试验台将会长期占用试验场地，造成试验场地空间的浪费。为了克服现有技术中存在的缺点，因此提出设计移动式腐蚀试验装置。

1 设计条件

移动式静态腐蚀试验装置要求结构简单、操作安全可靠、使用方便灵活且可用于多个试验系统；可对多种试验件分别或同时开展静态腐蚀试验，要求试验期间互不影响；要求能观察试验件是否与工作介质发生反应及反应后的变化情况；要求具有温度调节功能，满足多种工质与多种试验件反应所需的温度要求。

2 结构设计

2.1 整体结构设计

移动式静态腐蚀试验装置，包括小车、反应容器、不锈钢管道、阀门、金属软管、循环水管道等。反应容器固定在小车上，反应容器与阀门间通过金属软管连接。移动式静态腐蚀试验装置结构示意图如图1所示。

图1 可移动式静态腐蚀试验装置结构示意图

1.小车；2.小车车轮；3.小车底板；4.小车拉手；5.反应容器；6.不锈钢管道；

7.不锈钢金属软管；8.手动真空阀门；9.压力测点；10.支架；11.进水管；12.回水管

小车车轮要有一定的承重强度；小车底板的钢板要有一定厚度，达到硬度和水平度的要求。小车底板上焊有固定不锈钢管道、进水管和出水管的支架。反应容器通过地角螺钉或其它固定装置固定在小车底板上，便于水平拖动；反应容器与小车底板间非焊接连接，可根据需要随时拆卸。反应容器的个数可根据试验的需求而定。通过手动真空阀门截断和连通气路，每个反应容器前均装有两个手动真空阀门，可保证每个反应容器与其它反应容器及外部系统可靠截断料，避免反应容器间交叉反应且保证了各反应容器可单独充料、抽料。

2.2 反应容器结构设计

反应容器是移动式静态腐蚀试验装置的重要部件，其结构设计合理才能满足功能要求[1]。反应容器纵向侧剖如图2所示。

图2 反应容器纵向侧剖图

1.快速接头；2.DN3阀座；3.上盖法兰；4.筒体法兰；5.橡胶垫；6.筒体；7.水套；

8.进水嘴；9.出水嘴；10.螺栓孔

反应容器用于放置试验件，试验前需要对反应容器表面钝化处理[2]。反应容器结构说明及达到的功能：

1）筒体法兰与筒体焊接连接，上法兰与筒体法兰间放置橡胶垫，螺栓穿过螺栓孔，用螺母锁死，使反应容器达到密封要求。试验在其内部与工作介质反应时，保证了反应容器内气体不泄露到外部环境，外部空气不能漏入反应容器内[3-4]。

2）通过拆卸螺栓、螺母，可使反应容器打开。可在试验前放置试验件以及试验后直观观察试验件的变化情况。

3）反应容器上设计有DN3阀座，与上盖法兰焊接连接，用于连接DN3手动真空阀门，阀门另一端接压力计，可监测反应容器内压力，通过压力变化可间接观察反应容器内试验件是否与工作介质发生反应及反应速率。

4）反应容器周围设计有水套，水套与筒体焊接连接。水套上设计有进水嘴和出水嘴，分别与进水管和回水管连接。能通过调节循环水温度来控制反应容器内温度，保证试验件与工作介质反应所需的温度。

5）反应容器上设计有快速接头，与上盖法兰焊接连接，可用于连接手动调节阀或不锈钢软管。

2.3 密封结构设计

移动式静态腐蚀试验装置是由多个部件连接组成，连接部位良好密封是该装置安全可靠应用的关键。反应容器上盖法兰与筒体法兰采用凹凸法兰压紧密封垫型式密封。其余连接部位均为快速接头与不锈钢软管或不锈钢软管之间相连（不锈钢软管接口与快速接头接口结构形同），采用中间压紧定位环固定好的O型橡胶圈，周围再用夹链夹紧的型式密封。两种密封结构设计，密封性能均良好。真空检验达标，达到装置设计要求，满足试验研究需要。

快速接头、不锈钢软管间密封型式剖视图如图3所示。

图3 快速接头或不锈钢软管间密封型式剖视图

1.快速接头或不锈钢软管；2.定位环；3.O型橡胶圈；4.夹链

3 移动式静态腐蚀试验装置应用

移动式静态腐蚀试验装置与充料系统、抽料系统通过金属软管连接，该装置应用示意图如图4所示。

图4 移动式静态腐蚀试验装置应用示意图

结合移动式静态腐蚀试验装置应用示意图，对该装置应用操作流程进行详细说明：

（1）将移动式静态腐蚀试验装置与充料系统、抽料系统、循环水系统连接。检查隔断储气罐、尾气回收罐，依次连通真空泵组，冷冻容器（至少提前1个小时向冷冻容器内加入冷媒）和各反应容器，开始抽空。抽至合格后，检查管道连接接口及各反应容器密封处有无漏点。

（2）如系统无漏点，断开抽空系统，即断开尾气回收罐、冷冻容器和真空泵组。连通储气罐和各反应容器，通过控制储气罐后阀门来调整饭厅容器内压力至预设值，然后断开储气罐，用工作介质钝化各反应容器。

（3）钝化结束后，各反应容器内钝化后气体经过冷冻容器抽空。抽空合格后，断开抽空系统并将各反应容器用氮气破空至大气压。打开反应容器放入试验件，连通抽空系统继续抽空。

（4）抽空合格后，断开抽空系统，连通充气系统，分别给各反应容器内通入工作介质至预设压力。然后断开充气系统并封闭各反应容器，同时通入发生反应所需温度的循环水。观察各反应容器内压力变化情况。如压力有变化，说明试验件与工作介质发生反应。反应容器内压力基本不再变化后，抽空反应容器内气体，然后重新充入工作介质，直至试验件与工作介质充分反应。

（5）试验结束后，抽空反应容器内气体，用氮气破空，打开容器观察试验件腐蚀情况。然后封闭各反应容器、断开充料系统、抽料系统及循环水系统，可将移动式静态腐蚀试验装置移至其它需要的系统。

4 结束语

移动式静态腐蚀试验装置结构简单、使用方便灵活并可用于多个试验系统，避免再建固定式静态腐蚀试验系统，节约了成本和时间；移动式静态腐蚀试验装置合理的结构设计，使得操作安全可靠；反应容器独特的设计，使移动式静态腐蚀试验装置满足试验要求。严格的密封结构设计，装置经过历时一年、多次的静态腐蚀试验实践考核，无故障发生，装置稳定可靠，为静态腐蚀试验研究顺利开展打下了基础。

【参考文献】

[1]范祖尧，胡宗武，徐履冰，等.非标准机械设备设计手册[S].北京：机械工业出版社，2003.

[2]袁秋礼.化学清洗后的钝化处理[J].洗净技术，2004年第2卷第6期Vo1.2 No.6：38-41.