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500m口径球面射电望远镜馈源支撑结构体系试验研究与理论分析

2013-12-31 6页 pdf 386KB 18阅读

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500m口径球面射电望远镜馈源支撑结构体系试验研究与理论分析 !" #$%&’() $* +%,)-,’. /0&%10%&23 建 筑 结 构 学 报第 4" 卷第 " 期 5$)6 4"7 8$6 " 4994 年 !月 #%’27 4994 文章编号：:999 ; !4994 ?9" ; 99!" ; 9! 基金项目：中国科学院知识创新工程重大项目“大射电望远镜 @A/B预研究”资助项目。 作者简介：王宏（:=CD ; ），男（汉族），陕西澄城人，博士研究生。 收稿日期：499: 年 :: 月 !""#口径球面射电望远镜馈源支撑结构体系 试验研究与理论分析 王 宏 ...
500m口径球面射电望远镜馈源支撑结构体系试验研究与理论分析
!" #$%&’() $* +%,)-,’. /0&%10%&23 建 筑 结 构 学 报第 4" 卷第 " 期 5$)6 4"7 8$6 " 4994 年 !月 #%’27 4994 文章编号：:999 ; !4994 ?9" ; 99!" ; 9! 基金项目：中国科学院知识创新
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
重大项目“大射电望远镜 @A/B预研究”资助项目。 作者简介：王宏（:=CD ; ），男（汉族），陕西澄城人，博士研究生。 收稿日期：499: 年 :: 月 !""#口径球面射电望远镜馈源支撑结构体系 试验研究与理论
分析
定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析
王 宏 :7郭彦林 :7任革学 47路英杰 47林贵斌 4 >:6 清华大学土木工程系，北京 :999 :6 Y2J(&0K2’0 $* N,Z,) H’.,’22&,’.7 B3,’.M%( G’,Z2&3,0L7 +2,W,’. :999@A/B? 6 @A/B ],)) O2 O%,)0 ,’ NM,’( 0$ O21$K2 0M2 )(&.230 &(-,$ 02)231$J2 ()) $Z2& 0M2 ]$&)-6 BM2 2IJ2&,K2’0 $* ( : E "9 31()2 K$-2) M(3 O22’ 1(&&,2- $%06 @&$K 0M2 2IJ2&,K2’0 0M2 -,30&,O%0,$’ &2.%)(&,0L $* 0M2 1(O)2 02’3,$’ *$&123 (’- 0M2 ’(0%&() *&2_%2’1,23 $* 0M2 30&%10%&2 (&2 $O0(,’2- ]M2&2 0M2 K$Z,’. 1(& ,3 )$1(02- (0 0M2 31$J2 $* 0M2 *22- 0&(126 +(32- $’ 0M2 *,’,02 2)2K2’0 J(1‘(.2 ’(K2- A8/T/7 ( ’$’),’2(& @H\ ,3 %32- 0$ (’()La2 0M2 30(0,1 (’- -L’(K,1 1M(&(102&,30,13 $* 0M2 30&%10%&26 BM2 0M2$&20,1 &23%)03 (&2 ,’ .$$- (.&22K2’0 ],0M 0M$32 $* 0M2 2IJ2&,K2’06 BM2 &23%)03 $O0(,’2- 3M$] 0M(0 0M2 J&$J$32- (’()L3,3 021M^ ’,_%2 (’- J&$12-%&2 1(’ O2 %32- 0$ J&2-,10 1$&&210)L 0M2 30&%10%&() O2M(Z,$&7 (’- 0M(0 0M2 0$&3,$’() Z,O&(0,$’ $* 0M2 K$Z,’. 1(& 3M$%)- O2 2KJM(3,a2- ,’ 30&%10%&() -L’(K,1 &23J$’32 (’()L3,36 ,-./0(1&+ 1(O)2 30&%10%&27 *22- 1(O,’7 -L’(K,1 1M(&(102&,30,17 02’3,$’7 ’$’),’2(& (’()L3,36 射电望远镜的接收面积在射电天文发展上起着决 定性的作用，利用天然凹地铺设主反射面的射电望远 镜，由于取消了主反射面的运动而改用馈源移动来跟 踪目标，因此可以做得很大。著名的例子有美国的 A&21,O$望远镜 b : c，它的口径为 "9dK，是目前世界上已 建成的最大射电望远镜。 A&21,O$望远镜馈源支撑结构系统采用了“固定平 台”的结构体系，如图 :所示，它具有空间刚度大，馈源 舱空间定位方便、准确、快速的优点。然而 @A/B >@,Z2 ; M%’-&2- K202& AJ2&0%&2 /JM2&,1() B2)231$J2是国 际上计划中的最大口径球面射电望远镜 ? 中馈源的运 动范围比 A&21,O$望远镜要大很多，因此，其支撑结构 体系的选择与
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
是具有挑战性的重大结构难题，必 须结合土建行业的新技术、新体系，利用先进的结构分 析方法来解决。 鉴于馈源本身的运动，以及各类土建结构体系的 特点，对馈源支撑结构体系采用索、塔及移动小车支撑 结构 b 4 c。两对正交的索道，由四根塔架支撑，承载馈源 !" 图 # $%&’()*望远镜馈源支撑系统 +(,- # ./%0’/0%& 1*% 2033*%/(4, /5& 1&&6 ’7)(4 *1 /5& $%&’()* /&8&2’*3& 图 9 馈源支撑索、塔、小车结构 +(,- 9 ./%0’/0%& 1*% 2033*%/(4, /5& 1&&6 ’7)(4 *1 /5& +$.: 图 ; 小车与馈源局部图象 +(,- ; :5& <*=(4, ’7% 2/%0’/0%& 舱的小车在索道上爬行，与高山索道有相似之处。在 观测过程中，通过小车的移动、馈源舱的转动加之索道 长度的一定变化，来控制馈源舱的位置和姿态。另外， 通过在小车上附加四根恒力下拉稳定索来提高结构体 系的刚度，结构体系如图 9、图 ;所示。 # 馈源的运动轨迹描述 +$.:是中国科学院知识创新工程重大预研究项 目，+$.:主要由三部分组成：主反射面、馈源舱、馈源 支撑结构系统。+$.:望远镜拟实时地将被馈源照明的 部分主反射面的形状拟合成旋转抛物面，从而用传统 的抛物面望远镜的馈源照明技术来实现宽带观测 > ; ?。 图 "为 +$.:望远镜的简单几何光路图，图 @表示了 馈源运动的轨迹范围，也就是馈源球冠，其主要几何尺 寸如下： 主反射面：曲率半径 ! A ;BB<；开口角 ! A #9BC；开口直 径 " A @9B<；可用照明口径 "&11 A ;BB<；抛物面的焦距 # A B- "!D!，$ A # % !；最大观测天顶角 "<7E A !BC。 馈源球冠：曲率半径 !16 A F# G $ H ! A B- @;; ! A #!B<； 高度 &16 A F# G ’*2 "<7E H !16 A IB<； 开口直径 "16 A 92(4 "<7E !16 A 9D!<。 由馈源球冠的几何尺度，可以看出馈源的运动范 围。如图 @，馈源球冠的曲率半径为 #!B<，球冠高度为 IB<，上开口的直径为 9D!<。馈源球冠的底部中心低 于主反射面上开口平面 #B<，上开口高于主反射面上 开口平面 DB<。 9 试验模型的设计 !" # 模型相似关系及相似系数的确定 为了使试验模型与实际模型之间存在可以确定的 唯一的对应关系，并使相对应的物理量之间存在着常 数的比例关系，模型参数的选取依照实际原型结构参 数按相似理论的要求来确定。模型的相似关系及相似 系数的取值见表 # F表 #中原型结构设计尺寸和前述 馈源运动轨迹描述略有差别 H > " ?。 !" ! 模型概况 进行缩尺模型试验的目的是研究馈源支撑结构体 系的静、动力性能，本研究中建立的几何缩比为 #J ;B， @BB<口径球面射电望远镜馈源支撑体系模型尺寸为 9B< K 9B< K !<，小车模型尺寸为 B- @< K B- @< K B- 9<，。模型布置如图 !所示，模型与原型设计参数取 值见表 #。 ; 试验结果与分析 $" # 索中最大张力的分布 为了实现馈源小车沿馈源球冠弧线运动，利用主 控计算机控制六台电机协同工作，改变钢索的长度，通 过小车的位置、力和索长的反馈信息来控制小车的运 !" 图 # 驱动索和承重索中张力最大值 $%&’ # ()*%+,+ -)./0 1023%42 546-0 图 ! 缩尺模型及尺寸 $%&’ ! 7%80 45 3-)/0 +490/ 动。图 #显示了小车在馈源球冠上运动时，驱动索和承 重索中张力在各位置的最大值的分布情况。 从图中可以看出，在馈源球冠边缘处驱动索中张 力水平较高。索中张力最大值发生在与小车位置相对 应的最短的驱动索中，这是由于在小车运动过程中，所 控制的仅是小车特征点（中心点）的位置保证在馈源球 冠轨迹上，而对于小车的姿态未加控制。 图 # 中赤纬 : ;<=附近虚线包围部分因全站仪视 角盲区而无记录数据。 !" # 结构体系的固有频率和振型 为了了解结构体系的固有特性，在试验中进行了 小车在不同馈源球冠位置下的固有频率测量。考虑到 试验模型和原型结构的非线性特性，采集小车的加速 度自由响应，然后进行 $$>频率分析获得结构的固有 频率。测点布置如图 ?所示，各测点沿三个方向的最小 频率见表 ;。小车在不同位置的基频表现为沿 !轴方 原型设计值 !<<+ ;"<+ @"<+ — 的简单几何光路图 $%&’ B JK1%-)/ L)M 45 1N0 $I7> 图 " $I7>馈源球冠的示意图 $%&’ " $009 16)-0 45 1N0 $I7> !! 图 " 结构体系固有频率测点分布 #$%& " ’()*+$(, (- ./*012$,% 3($,+0 -(2 ,*+12*4 -2/51/,)6 78 9: 78 9: 78 9: 78 9: 78 9: 78 9: 78 9: 78 9: 78 9: 78 9: 78 9: 78 9: 78 9: 78 9: ;8 9! ;8 9! ;8 9! ;8 9! ;8 9! ;8 9! ;8 9! ;8 <9 ;8 =; :8 =7 78 9: ;8 <9 ;8 <9 :8 =7 ;8 =; ;8 >! 78 ;7 78 9: >8 7? >8 7? 78 9: ;8 >! ;8 >! ;8 9! :8 =7 ;8 9! ;8 ;= ;8 9! :8 >> ;8 =; :8 7> :8 7> 78 ;7 ;8 <9 :8 7> ;8 =; ;8 >! 78 <; 78 9: 78 ;7 >8 7? :8 7> ;8 >! ;8 >! ;8 9! :8 7> ;8 ;= ;8 ;= :8 7> :8 :? ;8 =; :8 7> 78 ;7 ;8 <9 ;8 <9 78 ;7 ;8 >! ;8 >! 78 9: :8 7> :8 7> ;8 <9 :8 7> ;8 >! ;8 >! ;8 9! ;8 9! :8 7> ;8 9! ;8 9! 表 ! 各测点三个方向的最小频率 "单位：#$% &’()* ! +’,-.’) /.*0-*123 "#$% ! @ ! A ?BC " @ ! A :?BC # @ ! A >?BC $ @ ! A !?BC % & ’ % & ’ % & ’ % & ’ ; @ " A ?BC : @ " A >9BC 7 @ " A ;"?BC > @ " A ;<9BC 9 @ " A :;?BC ! @ " A ::9BC = @ " A :=?BC 向的振动。 从表 :中数据可以估算出原型结构小车振动的基 频在不同位置的最低值为 #(.*D A! $)#* A ;8 ;= E!7? A ?8 :;FG > 理论分析结果及对比分析 45 6 计算简化 @ ; C试验模型中塔的刚度较大，分析中未考虑塔的 共同作用； @ : C将承重索和驱动索合并为一根索，截面面积为 两者之和，端点取承重索和稳定索端点连线之中点； @ 7 C用和小车同尺寸的刚体模拟小车。 45 ! 结构成形分析（78.9 7:1;:1<）和时变特性分析 索、塔及移动小车馈源支撑结构体系是一种典型 的柔性索系结构。这种结构体系具有一个显著的特 点，即结构材料本身并不具有刚度，只有当对其施加了 预应力，它才具有了抵抗外荷载的结构刚度，并且，不 同的预应力值对应着结构体系不同的平衡状态。 #HIJ馈源支撑结构体系的结构刚度主要来源于稳 定索中的恒力作用。因此，首先分析结构在恒力稳定索作 用下，确保小车在平衡位置时，其特征点精确位于馈源球 冠上，即进行结构的成形分析。本文采用目标位置成形分 析方法 K9L进行结构成形分析，分析中考虑了结构的非线性 特性，另外分析中利用在锚固点处沿索轴线作用一恒力 来模拟稳定索中的恒力作用。因小车沿馈源球冠运动， 索、塔及移动小车馈源支撑结构体系是一时变结构体系， 考虑到小车的移动速度比较缓慢（模型结构中为 ?& ??:. E 0；原型结构中为 ?& ?;. E 0。），本文分析中按时间 冻结法K!L进行结构有限元分析。 45 = 索中张力和应力分析 图 < 和图 ;? 分别表示了模型结构和原型结构中 承重索张力最大值沿馈源球冠的分布情况，和图 =比 较可以发现，试验结果和理论结果相当接近。这说明 本文前述的计算简化、成形分析方法、稳定索中的恒力 模拟以及对结构体系时变特性的处理方法是可行的， 计算精度较高。为了和试验模型相符，本文计算中，对 小车姿态也未加控制，分析结果发现，索中张力最大值 也发生在与小车位置相对应的最短的承重索中。 45 4 结构动力特性分析 图 ;;、图 ;:和图 ;7分别表示了模型结构第一自 振频率和原型结构第一、第二自振频率沿馈源球冠的 分布情况。图 ;>表示了模型结构固有频率试验数据和 理论分析结果的比较，图 ;9和图 ;!分别表示了小车 位于球冠最低点（!点）时，原型结构体系的第一和第 二振型。从振型图中可以看出，结构的第一振型为沿 ’ 轴方向的振动，其中小车的振动也是沿 ’轴方向的振 动，而在结构的第二振型中，结构整体振动仍为沿 ’ 轴方向的振动，但由于振动的不对称，小车的振动却为 绕 &轴的扭转振动。在馈源球冠的其他点，结构体系 失去对称性，此时小车的振动也存在扭转振动成分。 从图 ;;和图 ;:可以看出，无论是模型结构还是原型 结构，第一自振频率的计算结果和试验结果比较接近， !" 图 # 模型结构索中张力最大值分布 $单位：%& ’()* # +(,-.(/0-(12 .3)045.(-6 17 859(808 :5/43 -32,(12 71.:3 17 -;3 81<34 ,-.0:-0.3 图 => 原型结构索中张力最大值分布 $单位：?%& ’()* => +(,-.(/0-(12 .3)045.(-6 17 859(808 :5/43 -32,(12 71.:3 17 -;3 @.1-1-6@3 ,-.0:-0.3 图 == 模型结构第一自振频率分布 $单位：AB& ’()* == +(,-.(/0-(12 .3)045.(-6 17 7(.,- 1.<3. 25-0.54 7.3C032:6 17 -;3 81<34 ,-.0:-0.3 图 =D 原型结构第一自振频率分布 $单位：AB& ’()* =D +(,-.(/0-(12 .3)045.(-6 17 7(.,- 1.<3. 25-0.54 7.3C032:6 17 -;3 @.1-1-6@3 ,-.0:-0.3 图 =E 原型结构第二自振频率分布 $单位：AB& ’()* =E +(,-.(/0-(12 .3)045.(-6 17 ,3:12< 1.<3. 7.3C032:6 17 -;3 @.1-1-6@3 ,-.0:-0.3 图 =F 模型结构试验数据和理论结果比较 $ ! G >H& ’()* =F I18@5.(,12 7.3C032:6 .3,04-, 1/-5(23< 7.18 -;31.6 52< 81<34 ,-.0:-0.3 -3,-因为试验中所测结构体系的频率，均对应于小车沿三 个坐标轴方向的平动振动，而未考虑小车的扭转振 动，所以试验频率值比理论值略高。也就是说，在实际 结构中，由于结构的不对称振动而引起的包含小车扭 转振动的振型比包含小车平动振动的振型更容易发 生（除馈源球冠最低点外）。因此，在索、塔及移动小车 馈源支撑结构体系进行结构动力反应分析时，小车的 扭转振动不容忽视，从图 =F 中也可以得出这样的结 论。图 =F结果显示，在馈源球冠的不同位置，结构体 图 =J 原型结构第一模态振型 $ !点 & ’()* =J K;3 7(.,- L(/.5-(12 81<3 17 -;3 @.1-1-6@3 ,-.0:-0.3 位置 M 8 !" 图 #! 原型结构第二模态振型 $ !点 % &’() #! *+, -,./01 2’3456’/0 7/1, /8 6+, 94/6/6:9, -64;.6;4, 系相同振型所对应的模态阶数是不同的，也就是说，在 结构动力分析中，相同振型在馈源球冠的不同位置，振 型对结构动力反应的贡献是不同的。试验结果和理论 分析结果都很好地揭示了索、塔及移动小车馈源支撑 结构体系的固有动力特性。 < 结束语 通过对 <==7口径球面射电望远镜索、塔及移动 小车馈源支撑结构体系的试验研究和理论分析，可以 获得以下结论： $ # %通过试验结果和理论结果的对比分析，说明本 文所采用的成形分析方法、考虑结构时变特性的方法、 以及模拟稳定索恒力作用的方法是可行的，具有较高 的计算精度。 $ > %在小车沿着馈源球冠的运动过程中，因未考虑 小车的姿态控制，索中最大张力发生在最短的承重索 中，并且在馈源球冠的边缘部分，索中最大张力较大。 $ ? %索、塔及移动小车馈源支撑结构体系的基频主 要表现为结构沿 "轴方向的振动，但除了小车在馈源 球冠的最低点（!点），结构体系的振型还包含小车的 扭转振动成分，因此，在进行结构动力反应分析中，小 车的扭转振动不容忽视。 $ @ %试验结果和理论分析结果都很好地揭示了索、 塔及移动小车馈源支撑结构体系的静、动力特性，为下 一步的研究工作打下了比较好的基础。 参 考 文 献 A # B C4,.’3/ D3,,4256/4:) *+, C4,.’3/ ?=< E,6,4 F51’/ *,G,-./9, ADHB ) +669I J J KKK) L5’.) M1; J 53/;6 J 5/ J 6,G,85.6) +67N #OOO P =< P =") A> B FML Q,R;,N HS T’;+5’ 501 UVDS U+/;) D0 6+, W53G, W54 X;99/46 W/08’(;456’/0 8/4 &CX* A Y B ) C-64/9+:-’.- 501 X95., X.’,0.,N >==#N >Z"I >@? P >@Z) A? B 邱育海 ) 具有主动主反射面的巨型球面射电望远镜 A Y B ) 天体物理学报N #OO"N #" $> % I >>> P >>") A@ B 清华大学 &CX*工程组 ) 大射电望远镜移动小车支撑方 案之试验研究 AF B ) >==#) A< B 王宏N 大跨度悬吊索系结构性能研究 A[ B ) >==>) A! B 王光远 ) 论时变结构力学 A Y B ) 土木工程学报N >===N ?? $! % I #=< P #=") $上接第 !>页） 不上人屋面均布活荷载的调整对屋面檩条用钢量 的影响较大，按照 $Q\ <===O %
规范
编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载
算出的用钢量较 $Q\Y Z—"Z %规范算出的用钢量增加约 >>]左右。 @ 结语 通过对几个具代表性的结构和构件的试设计分 析，可以看到，由于荷载及设计指标的较大调整，使钢 结构的用钢量普遍提高。用钢量增加幅度最大的是不 上人的轻型屋面檩条和吊车梁系统，前者提高幅度达 >>]，后者的增加幅度也有 "]左右。 由于修订后的《建筑抗震
设计规范
民用建筑抗震设计规范配电网设计规范10kv变电所设计规范220kv变电站通用竖流式沉淀池设计
》 $Q\ <==##— >==#% 新增加了有关钢结构抗震设计的内容，因而《钢结 构设计规范》$Q\ <==#Z—>==>%仍定位于非抗震设计，文 中对用钢量的对比没有考虑到结构抗震的影响。 参 考 文 献 A # B Q\ <==#Z—>==> 钢结构设计规范 A X B ) A> B Q\ <==!"—>==# 建筑结构可靠度设计统一标准 A X B ) A? B Q\ <==O—>==>建筑结构荷载规范 A X B ) A@ B Q\Y #Z—"" 钢结构设计规范 A X B ) A< B 赵熙元 ) 重级工作制吊车横向水平力计算的建议 A Y B ) 钢 结构N #OO>，$ > % ) A! B 重庆钢铁设计研究院《钢结构设计规范》$Q\ <==#Z %试设 计总结 AF B ) >===) AZ B 武汉钢铁设计研究院结构室 《^钢结构设计规范》$Q\ <==#Z）单层厂房单元试设计 AF B ) >===) 表 ! 某屋面檩条用钢量比较 "#$%& ! ’()*#+,-(. (/ 0&,123 (/ -3&&% ,. # +((/ *4+%,.& 组合一 组合二 组合三 旧钢规 _旧荷规 新钢规 _新荷规 新钢规 _旧荷规 用钢量 设计应力 用钢量 设计应力 用钢量 设计应力 ‘( J 7> Ea5 ‘( J 7> Ea5 ‘( J 7> Ea5 >) = #OZ) O >) @@ #"?) # （ _ >>]） >) = #OZ) O
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