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          首页 北京摩天轮的设计分析与思考

          北京摩天轮的设计分析与思考.doc

          北京摩天轮的设计分析与思考

          那抹温柔演绎de酣畅淋漓
          2019-05-04 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

          简介:本文档为《北京摩天轮的设计分析与思考doc》,可适用于经济金融领域

          北京摩天轮的设计分析与思考朱震宇一、工程及结构概况北京朝天轮建于北京朝阳公园内该摩天轮高m大轮由m大轮轮辐采用钢索为柔性轮辐结构通透外观新颖是目前世界上最高的摩天轮。大轮上安装个轿舱每个轿舱设计载客人总设计载客人。轿舱外型呈橄榄球形为全封闭结构舱内设备成独立系统与主控室连接轿舱随大轮同步逆向自转以保证大轮转动时舱内地板始终水平。大轮运转速度为分钟/转通过同步运行平台保证大轮运转情况下游客登下舱。因此该摩天轮也是世界上最先进的摩天轮。二、结构主要部件摩天轮由A架、斜拉索、轮轴、轮辐索、轮缘组成主体结构整个摩天轮钢结构总重约t。A架:由根双向倾斜的巨型圆管立柱组成单根立柱直径m上下两端成锥体收缩单根立柱总长约m重约。立柱底部采用球铰支座顶部与轮轴采用销轴连接。斜拉索:为确保垂直于轮面的结构稳定在A架两侧各设置了根斜拉的稳定索上下分别固定于A架顶部和地面锚墩上。轮轴:位于标高.m处长约m由轴心、轴承和轴套组成。轮轴两端支承于A架上并设有供轮辐索连接的索盘索盘外包直径达到mm。整个轮轴总重约t左右。轮辐索:轮缘与轮轴之间采用了柔性的轮辐索体系共设根每根索长约m。轮缘:呈倒三角形桁架截面高m宽m整个轮缘总重约t。三、设计分析与思考巨型摩天轮结构主要由轮盘、支撑系统和驱动系统等部分组成。轮盘结构形式主要有刚性、柔性和刚柔相结合等形式。刚性结构形式是指轮盘全部采用桁架结构体系柔性结构形式是指轮盘采用钢缆索体系刚柔相结合形式是指轮盘结构以缆索为主并设置一定数量的桁架。北京摩天轮采用的就是柔性结构形式。柔性巨型摩天轮中刚性轮缘和柔性轮辐索的主要优势在于张紧的轮辐索为轮缘提供连续支撑构成一个自平衡的体系.而索内的拉力被转化为圆形轮缘内的环形压力充分发挥了拉索材料高强抗拉的优点和圆形轮缘结构环向受压的特点在柔性巨型摩天轮结构中竖向荷载包括恒载活载由轮缘通过轮盘下垂方向一定范围内的轮辐索传递至轴套侧向荷载包括风载.由全轮盘截面范围内受拉一侧的拉索传递至轴套.这些荷载再经由辅套下的轴承传至轴芯并由支撑轴芯的钢架柱传递至基础。在柔性巨型摩天轮结构中竖向荷载包括轮箍和轿厢恒荷载、轿厢活荷载等由轮缘通过轮盘下垂方向一定范围内的轮辐索传递至轴套侧向荷载包括风荷载由与轮盘面倾斜的全轮盘面轮辐索传递至轴套其中绝大部分的风荷载由轮盘面迎风受拉一侧的轮辐索传递这些荷载再经由轴套下的轴承传递轴心并由支撑轴心的钢架柱传递至基础。轮盘结构作为一个自平衡的体系可以简化为由三部分组成:承压的轮缘、预张拉的轮辐索、被径向张拉并承担扭矩的轴套。在预应力工况下轮辐索中产生径向的均匀拉力使封闭的轮缘圆环内均匀受压在重力恒载和活载等竖向荷载的工况下轮缘发生整体向下的位移导致轮盘上半部分的轮辐索呈现“受压”状态下半部分的轮辐索“受拉”在垂直于轮盘方向的风荷载作用工况下风荷载使得轮盘迎风面一侧的轮辐索“受拉”背风面一侧的索“受压”相应地轮缘中的压力出现规律的增减。受垂直轮面的风荷载作用下柔性巨型摩天轮轮盘的受力特性如下:轮缘总体受压压力从上至下逐渐增加而轮辐索的拉力也相应地从上至下逐渐变大。由于轮辐由高预拉力的轮辐索组成预拉力抵消了重力和风荷载产生的压缩作用有效地控制了轮盘的位移和变形柔性轮盘的轮辐索在工作状态下总是处于受拉状态极限状态下轮辐索会松弛失效影响轮盘的受力性能。如果把轮辐索的预应力当做轮缘的外荷载则轮缘结构即为承受均匀分布的径向荷载的圆弧拱处于单纯受压状态并且大小沿圆环相同。施加预应力和竖向自重恒载后轮盘整体向下挠曲由于顶部轮辐索索力最小索对轮缘的支承较弱底部索力最大索对轮缘的支承较强因此与轮盘结构的零状态相比上半部轮缘下挠显著。轮缘主要处于受压状态轮缘的次弯矩和跨中弯矩均很小竖向恒载只是改变了轮缘中的压力变化规律使得轮缘由均匀纯压状态转变为顶部受压小逐渐至底部受压大的规律变化受压状态。由索力变化规律可知施加初始预拉力后的轮盘继续承受轮盘自身竖向恒荷载作用下轮辐索的索力将呈正弦或余弦函数形式沿轮盘周期地变化索力的平均值为初始预拉力。因此假设变化后的轮辐索索力为索力为轮辐索的预拉力为轮辐索与上半轮盘°竖直线的夹角g为轮缘隔离体的重力恒荷载k为常数。轮缘隔离体去各计算轮辐索附近的一节轮缘。代入上式求得k=按照北京摩天轮的轮辐索布置方案摩天轮结构自重约t节点板与减震器重量简化为节点荷载外轮×t=t内轮×t=t客舱自重×t=t。。取初始预拉力=kN轮辐索数n=弧度角为π的轮缘隔离体重量g=kN。计算得到施加预拉力和自重荷载作用下轮盘顶部和底部的轮辐索索力分别为kNkN。最大应力为N/mm仍小于极限应力N/mm设计满足要求。当刹车力产生作用时外轮缘直接把外轮缘直接把刹车力传给组成轮缘刚性桁架结构的其他构件。由于轮腹杆的截面尺寸较小因此轮腹杆对刹车力的变化最敏感。所以刹车力变化时轮腹杆的安全系数降低最多其次为轮辐索外轮缘的安全系数下降幅度较小。轮辐索分析表明:索的预应力大小分布直接影响到轮缘的变形、受力特性和结构整体性能而轮辐索的内力又受到轮缘刚度影响并且沿轮缘周边变化索采用的预应力水平应保证索不松弛减少振动和疲劳问题。同时具有足够的安全储备。轮缘结构自重的大小影响到初始预应力的大小而初始预应力的大小又回馈影响到轮缘为承担内部环向压力和局部集中拉力所需的截面大小构成了一个循环摩天轮达到最佳性能指标的关键在于减轻轮盘结构的自重。

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