随着时代的进步,社会经济水平的提升,城市化进程日益加快,并且逐渐掀起了建设智慧城市的浪潮。在智慧城市部署中,具有高技术含量的5G技术受到关注和重视,逐渐成为智慧城市核心竞争力的重要基础,对城市的进步与发展具有重要意义。因此,在智慧城市部署中,应该对5G技术进行充分的运用。 1.5G技术概述 在科技时代背景下,移动通信技术日益成熟和完善。现阶段,第五代移动通信技术应运而生,简称5G。它不仅是4G的延伸,也是对4G的突破与创新,其下载速度大幅度提升,达到了1.25GB/S。2005年,华为对该技术进行了初步探究。2013年,欧盟为5G技术的研究提供了5000万欧元的资金支持。2016年至2018年,我国开始开展5G技术研发试验。5G时代的到来,意味着超快数据的传输速度,将Wi-Fi、4G技术融入其中,可以为用户提供丰富的体验,其应用前景十分广阔。现阶段,在智慧城市部署中,也发挥着至关重要的作用。 2.5G技术在智慧城市部署中的应用 2.1基于5G的智慧交通 在智慧城市建设中,交通规划是重要环节之一,影响着城市的形象,关系着城市经济水平的提高。因此,在智慧城市交通部署方面,需要对5G技术进行充分的利用。在以往城市交通方面,主要是借助传感设备实现被动感知,难以促进社区交通功率提升。5G技术的融入,可以为车与路、车与车之间的实时信息交互创造良好的环境。在5G技术的基础上,可以进行行事路径、彼此位置的有效传输和共享,既能有效避免交通拥挤问题出现,解决城市“交通拥堵”通病,又有利于提高交通运行效率,给人们出行提供便利性,减少交通事故发生。与此同时,借助5G技术进行城市交通的部署,能够提供实时更新的车辆信息,减少乘客等待时间。另外,5G技术的应用,使智能交通管理实现成为可能,主要是其能够准确的进行车型分类,依据城市交通具体情况,合理安排车辆路线,以便提高交通效率,有利于带来额外的生产力,降低交通阻塞事件出现的概率。2019年,在四川成都,全国首个5G智慧交通进行了示范应用,对以往交通管理进行突破与创新,逐渐向5G天地一体化协同作战转型。在智慧城市交通方面,5G直升机+无人机的全新模式出现,能够从空中加强道路管控工作,在整体上提升交通管理水平,有利于促进智慧城市部署逐渐朝着先进化、现代化方向发展,是城市进步的重要标志。因此,在智慧城市部署中,有必要将5G技术与交通规划、布局、管理结合起来,完善交通基础设施,促使交通效率提升,有效改善居民生活质量,满足新时期人们的实际需求。 2.2基于5G的智能电网 智能电网是5G技术在智慧城市部署中典型代表应用之一。《5G助力智能电网应用白皮书》指出,5G技术可以促使以往的作业模式进行更新,打造制定化的“行业专网”服务。同时,5G技术的应用促使智能城市电网呈现信息流、电力流高度融合的特点,不仅有利于高效的检测能源消耗,而且还有利于促使能源运输和使用效率提高,符合智慧城市建设与发展的需求,对电网与用户的双向互动实现具有重要意义。例如,查特怒加市通过安装智能电网,在严重风暴时期,大幅度降低了停机的概率,其降低的停电概率大约在50%左右。可见,在智慧城市部署中,借助5G技术进行智能电网的建设是有必要的,可以提高城市居民生活质量,促进城市良好发展。 2.3基于5G的智能家居 在人们生活质量与水平日益提高的今天,对智慧城市建设提出了新要求,对智能家居追求越来越强烈。在智慧城市部署中,智能家居的实现也需要以5G技术为支撑,主要是因为智能家居需要通过信息传输,实现家居的有效控制。因此,智能家居系统的建立与完善,离不开高宽带、稳定网络的支持。虽然当前的4G技术水平不断提升,也具有信息传输与连接的功能,但在使用过程中,经常出现延迟的现象,其信息传输效率难以满足新时期人们的需求。为了对家具进行有效控制,需要对5G技术进行充分的应用。相对4G技术而言,其灵敏度、传输效率高、网络稳定性好,有利于满足当前智慧城市建设要求,为用户提供优质的智能家居体验,提升生活质量,促进智慧城市发展与时俱进。例如,基于5G技术的智能安防系统,一旦出现盗窃现象,在5G技术支持下,可以在最短的时间内将相关盗窃信息反馈给用户,减少不必要的损失。主要是因为5G技术每秒传输速度达到了10Gb,有利于进行重要信息的高速传递。并且基于5G技术的智能安防系统,可以为户提供高清、实时的视频信息,实现自动面部识别,所以智能家居在智慧城市发展中发挥的作用是不可小视的,有利于促进城市健康、稳定发展。 2.4基于5G的智能照明 智能照明系统在智慧城市中的应用越来越受关注和重视,5G技术与物联网结合可以形成智能的照明系统。该系统的合理应用,可以根据路段有无车辆、行人自动调光,真正促使城市实现智能化发展。同时,智能照明系统的应用有利于节约能源,符合我国当前可持续发展战略的需求,提高了社区安全性,降低相关人员工作强度,对设备运营成本的降低也具有一定促进作用。例如,圣地亚哥对基于5G的照明系统进行了合理应用,与以往路灯设备运行成本相比,大约可以节省190万美元。可见,基于5G的智能照明系统的应用,有利于节约城市运行成本,为城市可持续发展奠定良好的基础。 3.结论 总之,5G技术水平日益提高,是建设智慧城市的技术利器,能够带来多方面的社会效益与经济效益。因此,在智慧城市建设中,需要对5G技术进行合理应用。不仅可以借助5G技术进行智慧交通、智能电网的建设,而且还可以利用基于5G技术的智慧照明、智慧家居促进智慧城市良好发展,提升智慧化程度。 参考文献: [1]吴光华.面向智慧城市架构的5G移动通信网络规划探究[J].通讯世界,2019(03):29-30. [2]郑琳.面向5G移动通信系统的智慧城市汇聚及接入网络探究[J].科技传播,2018,10(20):104-105. 作者:王宏武 单位:中兴通讯股份有限公司天津分公司
1引言 在现今高层建筑施工当中,如何保障深基坑工程的施工质量成为了非常重要的一项施工内容。对此,即需要能够在实际施工当中做好把握,以科学施工技术的运用实现施工目标。 2工程概况 2.1工程简介 本工程项目名称是泰州数据产业园综合楼四、五、六期基坑工程,位于泰州医药高新技术开发区,会展路西侧,三新路北侧,基坑面积约47000m2,周长约1115.5m,开挖深度约15.3~16.3m。施工范围为基坑支护、支撑、降排水、土方挖运等。基坑支护、支撑、降排水、土方挖运等。 2.2该项目基坑支护设计概况 (1)拟开挖基坑为三层地下室,基坑场地现为空地,地形较为平坦,地面标高在4.16~4.96m。 (2)本工程基坑安全等级为一级。本工程支护结构合理使用年限约18个月。 (3)基坑四周均采用三轴搅拌桩止水+排桩支挡+双重管旋喷桩+内支撑体系,采用双层支撑,支撑系统均为砼体系。集水坑、电梯井等坑中坑超深部位可采用局部放坡处理。 (4)整个地下室基坑均以管井降水为主,辅以集水坑和明沟进行排水;坡顶设置截水沟排水系统,坑外设回灌井兼作观测井。 3深基坑功能 在现今高层建筑施工中,深基坑工程的功能体现在:第一,对建筑工程地下空间施工的稳定性以及安全性做出保证;第二,保证施工环境以及主体结构基础施工的安全性,具体包括建筑、隧道以及地下公用设施等。在传统施工中,即需要保证满足基坑的施工参数能够对稳定性方面的要求,则很可能存在忽视边坡失稳分析的情况。在现今工程施工中,需要对周边施工环境进行综合的考虑,在具体计算施工技术参数时做好基坑变形控制的综合考虑,在软土地基等不良区域中,也需要做好水文以及复杂地质环境等因素的考虑。 4施工技术 4.1护坡桩施工 在现今环保工程建设的施工过程中,对于施工的速度、污染以及噪音情况具有较高的要求。对此,在实际护坡桩施工中则可以对钻孔压浆桩技术进行使用,这是一种水泥浆护壁,通过对碎石的直接投放以及多次补浆方式的应用对无砂混凝土桩进行形成。在实际施工中,需要严格按照我国相关设计要求以及施工方案做好桩位点以及结构轴线的设置,在经过监理人员经过复核检定确认之后再进行施工。其具体施工工艺,即先使用螺旋钻杆钻到预订的深度,通过钻杆芯管的使用从孔底位置按照从下到上的方式将之前已经制备形成的浆液压入到其中,以此使浆液能够升至无塌孔以及地下水的以上位置,在将全部钻杆提出之后向孔内对骨料以及钢筋笼进行投放,之后从孔底位置向上进行多次的高压补浆处理。对于该方式来说,其具有一次成孔的特征,按照多次从下向上的方式注浆成长,能够在地下水以及流砂等容易塌孔等复杂区域顺利成桩。在实际应用当中,需要做好控制的内容有:第一,在复杂地质施工条件下,当长臂螺旋钻杆钻到设计深度之后,需要及时在高压状态下进行注浆处理,即保证注浆压力在5-8MPa之间。通过高压浆方式的应用,能够将孔壁周边位置的水排到空外,同时水泥浆重力作用的存在能够在顺利成孔的基础上使孔壁不发生坍塌情况。第二,该技术具有较快的施工速度,在砂质土层以及普通黏性土当中,能够成桩15-20根长度在10-20m的桩。 4.2土钉墙施工 在该施工方式中,其主要施工内容有:第一,土方开挖。要按照分层、分段的方式施工,并根据具体的土质条件确定分层深度,保证开挖深度能够低于土钉标高的0.3m。在上层开挖工作完成之后,则需要对土钉的抗拉强度进行检测,当其强度达到80%设计强度之后再进行下一层的施工。深基坑分段长度方面,则需要充分联系工程各项工序的衔接情况以及土质环境进行确定,通常来说,第一段长度需要控制在15m以内,第二段则需要控制在8m以内。在深基坑开挖中,当开挖到淤泥层之后,每一层开挖的深度则要低于6m,在完成作业面开挖后,即需要对土钉墙支护方式进行使用,在最后一层施工完成后及时进行底板施工处理。第二,边壁平整。需要通过铁锹以及小型机械设备的配合使用进行切削清坡处理,以此保证边坡的平整度。在修正坡壁后,则需要在坡壁上做好混凝土浇筑厚度控制标志的埋设。第三,混凝土喷射。在混凝土护坡方面,要对从下到上的喷射方式进行使用,保证受喷面同喷头两者间能够保持垂直的状态,且两者间距离在0.6-1m间。在混凝土喷射厚度方面,需要在40mm以上。在完成护坡混凝土材料喷射、终凝2h之后,即需要及时进行喷水养护处理,做好养护时间的控制,即在7d以上。第四,空位布点。在土钉成孔之前,即需要根据工程设计做好孔位的确定以及表计处理,在联系设计斜度的基础上将土钉打入到其中,做好操作平台的架设。在实际钻孔施工中,要加强监测处理,如边坡位置土体具有较大的含水量,则可以通过钢管的使用对钢筋进行代替,通过机械设备的使用将其打入到土层当中,使用梅花形方式布置钢管。在成孔后,则需要及时进行清孔处理,细致的检查斜角以及孔径情况,保证相关参数能够满足设计要求。第五,置钉。在该环节中,需要在钢筋上对定位架进行设置,保证钢筋能够始终处在孔的中心位置。土钉同支架的距离方面,需要保证在2~3m之间,避免因此影响到注浆施工效果。第六,注浆。在孔口位置,对止浆塞以及排气管进行设置,保证其能够同孔壁间贴合紧密,保证注浆管能够深入孔底,在一边注浆的过程中一边以缓慢的方式将注浆管从中拔出,直到停止排气位置。在注浆施工中,可以对水泥浆材料或者浆液进行使用,根据实际工程需求确定是否对速凝剂进行使用。第七,面层钢筋网铺设。在该项工作中,即在土钉两侧位置,按照土钉长度方向对段钢筋材料进行焊接。第八,混凝土面层喷射。要按照从下到上的方式对混凝土进行喷射,保证喷射面同喷头间具有较好的垂直性。对于钢筋位置,则需要先对其后方位置喷射混凝土,之后再喷射前部,以此避免出现钢筋背部出现空隙的情况。在钢筋网铺设前,也需要对其进行初喷处理,在完成铺设后再进行复喷,保证每次厚度控制在40mm以内。在混凝土喷射前,即需要先湿润受喷面,根据实际将一定量的速凝剂加入其中,以此实现混凝土凝结速度的加快。在完成混凝土喷射、终凝2h后,即需要以喷水的方式做好养护,对于最后一层土钉墙,需要将其插入到基坑底部0.2m以下位置,并在顶部位置对护顶结构进行设置,将厚度设置在1~2m之间。第九,排水设置。在实际支护施工中,对于支护结构的内部积水以及地表位置存在的积水情况,要通过排水设施的使用及时排水,避免土体因此处于饱和状态而影响到结构强度。而在基坑顶部位置,也需要做好排水沟设置,在基坑当中设置排水沟以及集水坑,以此实现集水坑当中积水的及时排出。第十,试验检测。在完成支护施工后,即需要及时检测具体的支护效果。首先,要做好混凝土强度以及注浆强度的检测,每批选择三组,保证注浆强度在12MPa以上。其次,要检测混凝土厚度,在该项工作中,可以通过凿孔方式进行检验,即每100m2取一组,一组当中选择3个以上的点,保证检验厚度同设计厚度相比较大,且最小厚度大于设计厚度的80%。最后,是土钉的抗拔力试验,即在不同涂层中对3根非工程土钉进行试验。当注浆强度到达6MPa即可以开展试验,根据所获得的结果确定施工情况是否能够满足要求。 5结语 在上文中,我们对建筑工程深基坑支护技术施工与应用进行了一定的研究。在实际工程建设中,需要能够对工程周边的环境以及地质情况进行考虑,做好施工机械设备以及工艺术的选择,并做好施工技术参数的严格把握,保障工程建设质量。
岩土工程深基坑支护施工篇1 0引言 在岩土工程施工工作中,必须保证安全意识和安全措施达到相应标准,这也就突出表现了深基坑支护技术的重要价值。岩土工程的深基坑支护技术属于非常繁琐的施工技术。在技术种类的选取以及具体建设上都需要有良好的专业素质,在施工过程中要统筹规划,细致分析,将深基坑支护所涉及的各个环节联结起来,才能够使深基坑支护技术在岩土工程中发挥出最大的价值。 1岩土工程深基坑支护技术的主要类别 1.1深层搅拌桩支护技术 深层搅拌桩技术属于比较基础性的深基坑支护技术。其具体操作方法是将石灰和水泥土等基础性材料通过机械搅拌的方式进行混合,使二者之前产生相应的反应,从而形成具有足够强度的桩体。这种深基坑支护技术在重力坝式挡墙中应用较为广泛,因为形成的搅拌桩本身的强度较大,所以可以支撑住来自于基坑侧向的土层压力,最大限度地保持稳定性。一般情况下,深层搅拌桩支护技术在内测并没有支撑,这样就提供了非常大的施工空间,并且其原材料价格低廉,加工方式也很简单,是最经济的深基坑支护技术之一。 1.2锚杆支护技术 锚杆支护技术多应用于隧道、采集场、以及边坡深基坑等场所的岩土施工工作当中,其锚杆的制作材料主要是聚合性材料、木材料以及金属材料等。操作方法是将符合标准的锚杆打入到事先钻好的锚杆孔当中,通过锚杆自身结构的特殊性从而将岩体和围岩进行深度结合,进而增强整个工程的稳定性。锚杆支护技术能够最大限度地提升支撑体所承受的拉力,并且锚杆在制作的过程中不需要耗费很多的原材料,加入的金属材质可以有效保证锚杆的强度,是一种十分高效的深基坑支护技术。 1.3地下墙支护技术 地下墙施工技术是指使用人工手段或机械手段,在基坑事先制定的点进行挖掘,并遵照相应的施工要求挖掘出单元的沟槽,之后将沟槽进行拉通处理,随后利用水泥对沟槽内壁进行加固,最后在沟槽中放置钢筋笼,浇筑混凝土从而形成连续的地下支护墙。这种支护技术的强度非常高,同时具有非常强的防水性和防渗透性,还能够有效抵御土压力和侧向流动水压力,对地上建筑物的竖向沉降有着非常强的防护作用。但这种方式工程量较大,相较于前两种施工技术来说所耗费的成本较高,因此要在合适的施工场所进行使用。 2岩土工程深基坑支护技术在操作方面存在的问题 2.1无法保证土层挖掘和边坡支护工作达到相应标准 在岩土工程施工的过程中,土层挖掘和边坡支护工作经常会出现一些问题,其中最典型的问题就是工作做的不到位,经常在岩土支护工作开展一段时间之后,才开始展开支护工作,这样一来就导致了后期需要通过支架和回填的方式来保证支护质量。究其原因,就是由于施工部门之间缺少协调合作所导致的。我们可以将土方工程和支护施工工作简单地做一下对比研究,支护工作在操作方面较为复杂,而土方施工工程操作比较简单,能够在短时间内完成,这样就造成了施工部门之间的施工冲突,土方施工没有给支护施工工作留下必要的操作空间,从而使支护工作产生较大的安全隐患。 2.2边坡修理无法满足相关规定 在深基坑支护工作中,经常会出现欠挖和超挖的现象。众所周知,深基坑支护技术的开挖工作都是先通过机械手段来进行的,在机械完成大规模的开挖工作之后,再由人工来完成细致的修补工作。在实际的施工操作当中,由于管理人员的协调工作不到位,就会经常出现分段分层的开挖规格不一致。在操作层面上,由于技术人员的个人操作原因,经常会造成边坡表面的坡度不一,进而影响后面的铺网工作,导致支护结构较差。 3优化岩土工程深基坑支护技术的具体措施 3.1充分完善设计理念 在深基坑支护工作开始前,要对施工现场的地理环境,气候状况等因素进行细致的考察,并制定出详细的调查报告,根据调查报告来设计深基坑支护技术的具体施工方案。同时,由于深基坑技术的结构设计受客观因素的影响较多,因此在施工工作中需要各部门之前相互协调,通力合作,严格遵守深基坑支护技术的具体施工规定,完善深基坑支护技术的整体施工体系,进一步深化设计理念。 3.2及时解决变形问题 岩土工程的变形问题对整个工程尤其是深基坑支护施工工作来说有着非常严重的负面影响,因此相关施工人员需要定时对施工现场进行变形观测。在变形观测工作中,相关工作人员需要重点检查周围的建筑物、深基坑支护的整体结构以及地下管线的铺设情况,充分发挥数据的作用,一旦发现变形问题要在第一时间解决,防止以后出现更大的安全隐患。一旦施工现场出现大规模的滑动情况,需要立即停止施工,启动应急方案来修复。并且在必要的时候可以通过专家论证的方式来解决问题,避免在施工现场出现安全事故。 作者:何成君 单位:四川省通川岩土工程技术开发有限责任公司 岩土工程深基坑支护施工篇2 深基坑支护施工技术是常用的,但是根据不同的岩土工程情况,也会出现一些问题,这些问题对工程会产生一些不良的影响,很有可能导致发生事故。因此,对一些深基坑支护施工技术的问题,应该展开具体的应对措施,提高技术的安全性和稳定性。 1深基坑支护施工技术的重要性 在岩土工程的施工过程中,一些坑深都会达到5米以上,在此基础上,在使用深基坑支护技术的同时,还要注重工程的质量问题。深基坑支护技术还包括很多类型,如放坡、桩锚体系和“SMW工法”等。在岩土工程的施工过程中,要根据不同的实际情况,选择采用合适的深基坑支护技术类型。只有选择最合适的类型和方法,才能够保障工程的质量安全,减少事故的发生概率。如果岩土工程中,施工挖掘的深坑超过5米,一般来说,超过5米深的坑,周围的地质条件是复杂的。需要通过使用深基坑支护施工技术,来达到保障施工安全的效果。深基坑支护的侧墙,可以发挥着加固和防护的作用。深基坑支护技术的施工方案,需要在施工前制定好。保障施工中的一些建筑物,和一些所需要用到的下管线的安全,保障有充足的空间可以进行施工。在施工的过程中,还需要根据整体的建筑情况进行分析,尤其是在地质复杂的情况下,不同的地理位置需要采取针对性的应对措施。 2岩土工程中深基坑支护施工中的问题 2.1工程施工不依照图纸进行 在岩土工程进行之前,工作人员会对施工现场做好测量工作,还应该设计好相应的工程图纸。但是在施工过程中,很多工作人员没有依照设计图纸进行操作,进而产生一些安全事故,这一行为和问题严重影响了施工的进程和建筑工程的质量。比如,一些施工人员在岩土工程中,做钻洞工作的时候,不提前使用标准的工具对所要钻的洞进行测量,而是为了加快工程的进度,大致的经过估算就直接开始进行钻洞工作。这种情况是一个重大的问题,对后期的施工会有非常大的影响。不严格按照标准进行施工的话,是很容易产生安全隐患的,一旦产生,就会产生消极的影响。所以,工作人员一定要严格按照图纸进行工作,在工作之前,施工规定的工具做好测量,以免产生误差,影响后期的施工。工程中的管理人员也应该加强监督,避免这种现象的发生。 2.2施工技术过程存在问题 有些岩土工程中深基坑支护技术,需要做一些改造的工作,包括对自然边坡和人工边坡进行改造,在改造的过程中,挖坑的程度过大或者过小,都会有一定的影响。要严格按照标准,才能提高质量。施工技术这一问题的出现,跟管理工作息息相关,管理人员要在现场做好监督工作。监督力度不足,就有可能产生问题。在施工的过程中,自然边坡和人工边坡改造是工程中的重要环节。需要工作人员在挖掘的过程中,采用精准的数据,采用规定的挖掘机械。同时,还需要注意挖掘出的土壤,不能阻挡通道,要正确出土。否则,稍有不慎,就会影响到整个工程的进度。 2.3工程施工管理存在不足 为了避免施工技术中出现的各种问题,工程施工管理也发挥着重要的作用。在施工过程中,需要管理人员做好监督工作,严格按照科学标准进行施工,根据设计图纸进行施工。很多建筑企业,想要减少施工的成本,在人员管理方面分配的不够合理。如果一些难度较大的工程或位置,工作人员没有采用合理或足够的建筑材料进行施工,对工程的安全存在很大的隐患,所以,管理人员要对现场情况进行掌握,提高施工的质量和效率。 3提高深基坑支护施工技术的措施 3.1深基坑支护技术设计理念的转变 在深基坑支护技术的设计理念中,支护结构缺少统一的设计标准和规范。在实际的施工过程中,支护的结构会根据不同的地质情况产生不同的变化,需要根据实际的结构,进行计算。否则,计算和实际结构就会产生较大的误差,影响工程的安全性。所以,为了能够提高基坑支护技术中的机构设计,要转变设计理念,引进先进的经验,在条件允许的状况下,改变传统的计算方法,对结构不断改进,提高工程的效率。 3.2提高检验的标准和准确性 在施工的过程中,对工程的标准需要进行检验。不管是深基坑支护技术的结构,还是工程中所使用的建筑材料,和建筑机械是否规范,都是需要检验的。其中包括施工技术中一些较为复杂的工艺和技术,也是需要企业引进专业的人才,进行检验。经过检验之后,才可以进行下一步的工作。使用先进的检验方法,会提升检验结果的准确性,检验的结果越准确,工程的质量就越高。提升整个建筑工程的安全性就有了一定的保障。 3.3完善施工技术的管理 施工技术中的管理工作也是建筑工程中的关键,要想提高施工的效率,就要完善施工技术的管理工作。很多事故都是因为管理工作不到位、不合格,工作人员的技术操作的不够规范而产生的。所以需要对施工现场进行合理的人员分配,设置一定的管理人员进行监督,保障工作人员的技术工作按照标准进行,避免工程中发生事故。所以,完善施工技术的管理工作具有重要意义。 4结束语 总之,岩土工程中的深基坑支护施工技术,是最常用的,对施工技术的要求也很高,稍有误差,就可能会产生很大的事故。因此,在建筑领域中,要加强对施工技术的掌控。消除或减少岩土工程中深基坑支护施工技术中存在的一些安全问题,进一步提升深基坑支护技术的安全性。 作者:李宏 单位:南京东大岩土工程勘察设计研究院有限公司 岩土工程深基坑支护施工篇3 我国深基坑工程始于20世纪80年代,近年来由于城市高层建筑、地下室、人防及城市地铁等的迅速发展,这些建筑物大都在城市中进行开挖,基坑周围通常存在交通要道、已建建筑或管线等各种构筑物,要保护其周边构筑物的安全使用,这就涉及到基坑开挖支护。建筑高度越高,其埋置深度也越深,对基坑工程的要求也越来越高。 1深基坑支护施工技术概述 当开挖深度达5m以上或不足5m但周边环境复杂或地质条件复杂时,土方开挖均需采取深基坑支护。基坑支护是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全,对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。基坑支护总体方案的选择直接关系到基坑及周边环境安全、施工进度、工程建设成本。基坑支护方案既要保证基坑周边建(构)筑物、地下管线、道路的安全和正常使用又要保证主体地下结构的施工空间。基坑支护的方案通常有顺作法和逆作法二种,实际施工中常采用顺作法。基坑支护设计时,应综合考虑基坑周边环境和地质条件的复杂程度、基坑深度等因素,同一基坑的不同部位,可采用不同的安全等级。 2深基坑支护在岩土工程中的施工要求 2.1设计要求 深基坑支护设计在建筑工程施工过程中占据着至关重要的位置,合理的设计能够保障深基坑支护的稳定性,降低其变形性。深基坑支护技术的抗压能力和承载能力的强弱决定了深基坑结构中是否出现倾倒破坏、滑动、周围环境损坏等问题,主要在深基坑开挖过程中通过土体失去稳定和变形以及支护结构损坏而表现出来。建筑工程的支护在保障其稳定性之前,深基坑支护设计时严格注意控制位移量,降低和预防对深基坑工程附近的建筑物产生影响。当计算支护结构变形相关数据时,需要将周围环境影响计算在内,通过控制支护结构变形来确保支护结构水平位移,因此要实施对水平位移状态进行监控。在支护工程设计中应包括支护体系选型、围护结构的承载力、变形计算、场地内外土体稳定性、降水要求、挖土要求、监测内容等,应注意避免“工况”和计算内容之间可能出现的“漏项”,从而导致基坑失误。目前常用的基坑支护形式见表1。 2.2技术要求 在建筑施工过程中,深基坑支护技术在应用时要根据建筑工程的占地面积、深基坑的边缘距、地质条件进行合理的结构设计,结合工程的实际情况才能利用深基坑支护技术为建筑工程安全性能提供保障。所设计的深基坑支护结构应具有防渗、支挡、加固等功能,从而提高工程的稳定性。 3深基坑支护常用施工技术分析 3.1混凝土灌注桩支护 混凝土灌注围护桩是排桩式中应用最多的一种,施工时无振动、无噪音等环境公害,无挤土现象,对周围环境影响小;墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变形小。其质量关系到整个基坑安全,因此在施工过程中需事先落实好施工措施,严格把关每个环节,从而保证顺利施工,达到提高工程支护质量和建筑工程预期效果。 3.2锚杆支护 锚杆支护是在采场、隧道等地下洞室工程及岩土、边坡深基坑等地表工程中主要使用的加固支护方式之一。制成的杆柱主要利用聚合物件、木件、金属件等材料制造,将其打入到洞室周围岩体或地表岩体提前钻好的孔中,利用自身的特殊构造将岩体与围岩结合在一起,从而产生补强效果、组合梁效果和悬吊效果,达到支护目标。锚杆支护能增加将支撑体承受的拉力及节约能源,从而增加稳定性,不易变形,更加高效。 3.3组合型支护 深基坑内部的环境条件差别很大时,可以依据实际环境使用组合型支护,最大化发挥各类型支护结构的优势。主要的组合型支护类型有:组合土钉墙和预应力锚索、组合水泥土墙和灌注桩和H型钢、组合土钉墙和微型注浆桩、组合钢筋混凝土排桩和桩间高压旋喷桩、组合土钉墙和水泥土搅拌桩等。目前主要的深基坑支护组合形式为排桩与土钉墙的组合支护结构。 3.4自立式支护 自立式支护包含悬臂式排桩支护和水泥搅拌桩挡墙支护。主要利用人工挖孔灌注桩、钻孔灌注桩等方式实现悬臂式排桩,它的深基坑内没有支撑,但是机械挖土和地下工程仍然正常运行,这也是它最大的优势所在。缺点是当坑基较深或地质条件差时,会加大支护桩顶部水平的位移量,从而增加了工程造价和成本支出,因此悬臂式排桩支护的坑基一般在地质条件较好处施工。水泥搅拌桩挡墙支护具有和悬臂式排桩同样的优势,缺点是支护方式挡墙占据面积太大,支护强度会受到土层中的含水量和有机质含量的影响。在应用方面,自立式支护具有高稳定性、高效率、高整体性、大厚度的坑基挡墙、隔水效果好、造价低等优点。 4实际工程应用分析 4.1工程项目概况 已知某项目地下室3层,主楼28层,基坑开挖深度:场地地面标高为-0.10~-0.90m不等,实际开挖深度约14.1~14.9m;基坑围护长度约638m;基坑开挖支护面积约9300m2。基坑支护方案为旋挖法灌注桩+旋喷土锚+高压旋喷桩截水+钢构角(抛)撑+冠(连)梁。 4.2支护施工技术关键点 该工程土方开挖深度达14.1~14.9m,归属为大规模深基坑工程,存在一定危险系数。该项目施工技术的关键点为挡土、抗滑移的旋挖法灌注桩及起止水作用的高压旋喷桩。土方开挖施工和基坑支护施工应配合与协调好,保证施工质量和效率。总体施工步骤为:测量放线→旋挖灌注桩施工→高压旋喷桩施工→冠梁施工(包括角撑梁、联梁、抛撑施工)→分层挖土、分层施工旋喷土锚、施工挂网喷砼护壁→施工降水井(抽排水)→或分层挖置集水坑(抽排水)→施工至坑底支护。 5结语 深基坑支护在岩土工程中具有重要的地位,与工程质量息息相关。虽然技术应用比较成熟,但依然存在着许多亟待解决的问题,需要我们进一步创新和完善深基坑支护技术。在施工过程中,首先要明确深基坑支护的施工要求,根据工程的实际需求选取深基坑支护技术,加强深基坑支护施工管理,严格控制每个施工环节,不断提高岩土工程深基坑支护施工质量。 参考文献: [1]欧阳银.试析岩土工程施工技术的应用[J].科技风,2015(23):136. [2]唐韬.工程建设中深基坑的支护与岩土勘察技术探讨[J].建材与装饰,2016(26):34-35. [3]成依容.浅谈深基坑中支护施工的问题[J].科技展望,2014(11):49. 作者:廖辉 单位:安徽省地质矿产勘查局327地质队
岩土工程深基坑支护施工篇1 1引言 在现代化社会的发展中,岩土工程深基坑支护施工技术逐渐成为工程施工的关键内容,在科学技术水平快速提升的背景下,很多先进技术已被应用到岩土工程中,使深基坑支护施工技术在岩土工程中的重要性日益突显。深基坑支护施工主要是支护深基坑的土层和岩层,通过支护结构的设置,使土层和支护结构产生相互制约的作用力,进而维护基坑土体的稳定性。因此,技术人员需要掌握岩土工程深基坑支护施工技术,分析并解决深基坑支护施工问题。 2岩土工程常见的深基坑支护施工技术 通常情况下,会对基坑支护结构主要分为挡土系统、挡水系统和支撑系统。由于基坑所在区域的地理环境、基坑深度、宽度和荷载量存在很大的差异,导致支护结构也有所不同,根据基坑支护结构的不同进行划分,基坑支护主要分成深层搅拌桩支护、地下连接墙支护、排桩支护以及土钉墙支护,下文主要介绍了岩土工程常见的深基坑支护施工技术。 2.1深层搅拌桩支护技术 深层搅拌桩支护技术在固化水泥、石灰等原材料的基础上,利用机械深层搅拌土层和固化原料提高土层的稳定性,形成高强度的桩柱。通常情况下,深层搅拌桩适用于深度小于7m的基坑,利用水泥的不透水性,可提高土体的防水和防渗功能[1]。同时,深层搅拌桩支护技术可以利用搅拌重力抵抗侧向力,内部无须支撑,为施工提供了很多便利,提高了工程的经济效益。 2.2地下连续墙支护技术 地下连续墙支护技术具有较高的刚度和强度,并且防渗效果较好,适用于低于地下水位的软土、砂土等地层和复杂施工环境中,尤其适用于深基坑中分布有软土及墙体埋深较大的情况下。地下连续墙不仅是深基坑支护施工的围护结构,还是主结构的侧墙,能有效对软土层变形进行控制。 2.3排桩支护技术 排桩支护技术主要是针对钢筋混凝土挖孔、钻孔桩在柱列式间隔布置的支撑形式,为了提高柱状围护结构的刚度,不同桩和钢筋混凝土帽梁需要在桩顶浇筑大断面,以进行连接,避免出现地下水对结构的侵蚀问题。该支护技术的灵活性较强,可以根据岩土工程的施工强度调整桩与桩之间的疏密程度,提高支护的整体效果[2]。 3岩土工程深基坑支护施工问题分析 3.1深基坑边坡修理不规范 通常情况下,在深基坑开挖过程中,技术人员需要先进行机械开挖,再对基坑边坡进行人工修复,最后完成挡土支护作业。但是,在实际施工中,出现了过度挖掘以及挖掘欠量等问题,在技术交底不彻底、施工管理不规范、技术人员水平相对较低等因素的影响下,导致基坑作业面平整度和顺直度很难满足设计要求,尤其是后期的人工修复无法达到相关标准,导致施工质量验收不合格。 3.2不注重成孔注浆环节的质量控制 在岩土工程深基坑支护施工技术的应用过程中,成孔施工运用的土钉、锚杆以及钻杆直径需要遵循严格的标准。钻孔前,施工企业需要对土质进行详细的分析,注浆时,需要进行及时详细的检查,确保注浆达到一定的充盈度,进而发挥注浆施工的作用。但是,在具体的施工过程中,操作人员常缺乏足够的质量意识,使成孔注浆施工不具有规范性,严重影响了岩土工程的质量。 4岩土工程深基坑支护施工技术的优化措施 4.1确保边坡支护与开挖工作的协调性 为了确保岩土工程深基坑边坡支护和开挖工作的协调性,施工企业需要根据现场实际情况制定相应的施工方案,为边坡支护和开挖工作的顺利开展提供支持,为了避免出现土层变形问题,施工企业需要做好变形监测工作,及时解决变形风险,提高岩土工程的整体质量。 4.2提升深基坑支护施工的规范性 在岩土工程深基坑支护过程中,相关技术需要严格按照深基坑施工设计方案开展相应的施工作业,为了确保施工过程的规范性,施工企业需要加大施工现场管理力度,严格控制施工人员的施工行为,及时制止施工过程中的各项违规行为。除此之外,在深基坑支护施工准备阶段,施工企业需要定期开展专业技能培训活动,提高施工人员的综合素质,使其认识到施工规范的重要性。 4.3加强深基坑支护施工质量管理力度 为了提高深基坑支护施工的整体质量,相关部门需要做好以下工作:首先,在岩土工程深基坑支护施工过程中,技术人员需要加强过程控制管理的力度,施工企业要做好日常巡检和抽样检查等工作,及时上报其中的问题,并监督施工企业开展整改和修补工作;其次,施工企业需要制定相应的施工质量规范标准,严格按照施工人员设计要求进行,并做好施工技术交底工作,确保施工人员熟练掌握施工作业流程;最后,施工企业需要明确施工目标和施工任务,在专家审核过程中,需要重点确定锚杆长度、数量、规格和摆放位置[3]。并且,为了有效地协调土方开挖施工和支护施工,技术人员需要制定相应的土方开挖方式和顺序,严格按照基坑开挖标准进行,严禁出现乱开乱挖问题,还要缩短基坑开挖无支撑暴露时间。 5结语 综上所述,随着社会经济的快速发展,我国建筑工程项目建设规模在不断扩大,岩土工程深基坑施工作为建筑工程项目中的基础和关键内容,现已得到了大家的广泛关注。为了提高建筑工程项目建设的整体质量,相关部门需要做好基础施工,并根据工程项目实际情况合理地选择深基坑支护方式。同时,设计人员需要合理地设计深基坑支护方案,施工人员应严格按照方案要求进行,实现基坑开挖、基坑支护工序的密切配合。 作者:李巍 宋亚喆 单位:辽宁省冶金地质四〇五队有限责任公司 岩土工程深基坑支护施工篇2 岩土工程深基坑支护施工技术的广泛应用,在某种程度上提高了基坑施工效率,确保工程按时交工。对此,深基坑支护方案的繁琐性非常明显,应开展全面调查,并有效融合工程细节。可见,工作人员要选择合适的施工方法,全面提升施工质量,实现工程目标。 1深基坑支护施工技术分析 为了进一步提高工程施工安全性与可靠性,在深基坑支护与开挖环节,基坑工程与其他工程要积极配合,相互协作,尽可能将岩土工程项目中的矛盾问题解决。相较于机械方面不但要明确机械对支护施工技术的可行性,还要让机械满足施工工艺标准,提高施工效率,确保深基坑支护施工可靠性,延长其使用期限。例如,深层搅拌桩结合型钢支护,利用水泥来加固土体,在施工前期运用机械不停搅拌水泥土,用水泥加快材料硬化速度,在水泥土中插入型钢达到预想效果。在深基坑软土基坑支护中,须持有科学、严谨的态度,桩基支护与地下连续墙常常与钢筋混凝土管桩支护混为一谈,桩基支护与地下连续墙要合理布置桩径(墙厚)及插入深度。在深基坑施工项目中,锚杆和内支撑是核心,锚杆和内支撑刚度较大、变形小,可以加强深基坑平稳性,延长其使用期限。 2深基坑支护施工问题 2.1设计问题 在设计深基坑支护过程中通常都会使用到计算公式,在运用计算公式时计算内容均为简化算法,然而基坑的含水量、天然重度等参数离散型较大,若精度偏低,就会严重影响施工进度及安全。比如,增加内摩擦角度,改变土体物理性质,针对长宽没有多大区别的岩土工程而言,若是设计上没有问题,井壁就会引发位移,在开挖基坑时由于空间范围过窄,会严重影响后期深基坑支护效果。 2.2取样问题 在岩土工程深基坑支护施工流程时,应对深基坑中的土样加以取样和分析,这样做的目的是让工程设计满足施工真实状况。在施工环节,依然有众多施工企业和施工团队从此自身利益出发,不停延缓竣工时间,或者在取样时进行破坏,导致取样范围缩减,工作展开情况不顺,降低取样分析工作的精准性,而采集的分析参数不能帮助施工单位明确施工计划。 3岩土工程深基坑支护施工技术完善方法 3.1完善施工设计 在拟定岩土工程深基坑支护施工方案时,应详细了解材料是如何使用并且需要多少材料,最后展开缜密的计算。另外确保工程中材料设施的充足性,在某种程度上降低材料受损率。在找寻装卸和运输工具时要尽可能选择合适的,避免在施工阶段材料出现二次搬运情况。在施工过程中,应合理摆放施工材料,在购买的同时要根据施工进程和目前仓库材料的库存情况,科学规划施工场地材料的使用情况,并把“就地取材”思想理念视为节省目的,使得深基坑施工设计的多条管线途径和预埋计划在科学严谨的基础上保持资源节约性,尽可能让管线途径变的最短,实现材料节省目标。 3.2规划基坑开挖施工流程 在开展岩土工程深基坑施工项目前期,应详细阅读岩土工程勘察报告,充分制定支护方案,而后开展施工。在施工过程中,为减少深基坑裸露在外的时间,尽快完成支护结构施工。为了提高支护结构施工效率,需要在总体开挖过程中将基坑施工的连续性充分体现出来。除此之外,在实施深基坑开挖时,要求特别关注土方堆放和运输问题,并做好相应的管理工作。根据我国基坑开挖施工规则,在对土方进行开挖时要求距离在2~3m。要求工作人员严格缜密地计算基坑之间的安全距离,并严格掌控土方堆放的高度,这样不会影响基坑支护施工项目。 3.3场地排水设施布置 在岩土工程深基坑支护施工项目中排水是影响基坑安全的重要因素,尤其对水下建造项目来讲,经常会引发流沙与管涌现象。当情况严重时,支护结构上的土可能会坠落,在很大程度上影响支撑受力,基坑安全也会因此受到影响。在对岩土工程深基坑支护展开施工时,要防止在水下施工,做好排水工作,及时将水排放出去。若基坑被地下水浸湿,应马上制定解决方案,为基坑底部干燥提供保障,保护施工地区生态环境,调整基坑安全可靠性,同时,加强深基坑竖向构件坚固性与抗剪承载力。 3.4施工技术有效性 在施工设计环节需进一步改良和调整施工技术,选择符合施工项目的计算公式,为计算方法精准性提供保障。严格遵循国内施工项目的规范条例,摒弃传统设计理念,加大创新力度,站在项目建设角度考虑,选择合适的设计方法。不仅要建立与传统理念相一致的真实信息反馈动态系统,还要加大施工设计对外框架变形的控制力度,精准计算和明确地面超载状况,进一步优化平面效应与空间效应。另一方面岩土工程在设计阶段,应进一步分析其影响因素,提前制定解决方案。增强设计方案自身有效性,不断改良和调节施工阶段中的各类问题,以有效提高深基坑本身的施工效果。 4结束语 深基坑支护施工技术在岩土工程项目中扮演重要角色,在日常施工环节常常被外界各类因素所限制,对此,要积极引荐专业技术强的工作人员开展调查和研究,明确参考项目建设的主要特征,深入讨论和分析救灾方面的问题。完善施工设计、规划基坑开挖施工流程、改善支持与排水建设、提高施工技术有效性,避免出现设计和取样问题,从而为为岩土工程项目创造更多价值。 作者:李勇 单位:广东住宅建筑设计院有限公司 北京分公司 岩土工程深基坑支护施工篇3 伴随着我国社会经济的不断发展,当前人们的生活水平有了很大的提高,建筑行业的发展速度越来越快,在此背景下,建筑工程中的岩土工程深基坑支护技术也有了比较大的进步。但就实际来看,现阶段的施工技术还不够完善,再加上岩土工程深基坑施工有着复杂性的特点,在实际进行施工时容易出现各种问题,所以在进行深基坑支护施工的过程中,要想确保深基坑支护施工的顺利进行,就一定要根据工程的具体状况,考虑到各个方面对于深基坑施工质量存在影响因素,在此基础上制定出科学、合理的施工设计方案,并根据此施工设计方案来展开施工,从而实现对施工质量与效率的提高。基于此,本文对岩土工程深基坑支护施工技术进行了深入研究。在对建筑工程进行施工的过程中,岩土工程是非常重要的一个部分,是整个工程建设能够顺利进行的关键所在,其关乎着建筑工程施工建设的安全与稳定。但就目前来看,随着经济发展速度的加快,当前建筑工程的类型越来越多,为确保岩土工程的稳定,往往都会选择深基坑支护施工技术来实现对于岩土工程的加固,以此来使得工程的使用寿命能够得到有效延长。但在对深基坑支护施工技术进行应用的过程中,依旧存在着各种各样的问题,不但对深基坑支护施工作用的发挥造成了很大影响,并且还引发了严重的经济损失,不利于整个建筑工程的建设。因此,针对岩土工程深基坑支护施工技术所进行的研究是很有必要的。 一、岩土工程施工特点和支护技术 1.岩土工程施工特点 在对岩土工程进行施工时,通常都有着较为明显的特点,这些特点主要包括以下三点:其一,各区域间的差异造成了岩土及土壤特性有着明显不同,例如,在不同的地区当中岩石和土壤的抗剪能力和应力等的特性都会存在区别,因此,在对施工技术进行使用的过程中必须要结合具体状况合理选择;其二,因为在气候条件、地形条件以及地理条件方面存在很大区别,这也将会导致岩石与土壤间产生的变性区间出现变化,从而对施工参数造成直接影响。其三,岩土工程通常都是在地下进行施工的,因此,有着隐蔽性的特点,施工人员要通过检测设施来得到有关的信息数据为施工作业提供指导,所以,岩土工程对于设备的技术性存在较高要求,并且还有着较高的依赖性。 2.深基坑支护技术类型 (1)钢板桩支护技术 在岩土工程深基坑支护的过程当中,通过钢板桩来实现支护是较为常见的基本类型,通过对钢板桩支护技术的运用,能够使得支护的效率及质量得到一定的提高,其具有较广的适用范围,特别是在对挡土和防水存在较高要求的区域,对于这样的钢板桩支护技术的运用可以发挥出较大的作用。在实际应用中,钢板桩支护技术就是通过有锁口或钳口的热轧钢炮来进行制作的,结合此结构的特点来实现充分的连接,使之可以在深基坑内形成良好的钢板桩墙体结构,而在实际应用中发挥出应有的效果。就钢板桩支护技术的应用类型来看,主要有Z型、U型和直腹板形式等的基本截面形式,要根据深基坑的实际情况和附近环境的影响,选择合适的截面建设方式来实施处理。通过对钢板桩支护技术的合理运用可以实现良好的效果,在实际操作中具有较高的便捷性,但在进行施工时容易产生较大的噪音,所以会对附近的环境造成负面影响,应当在进行施工时对此予以关注。 (2)深层搅拌桩支护技术 深层搅拌桩支护物主要就是通过石灰或水泥土等的材料来当作固化剂使用,采用深层搅拌机械,针对固化剂和软土实施强制搅拌,借助两者间产生的相互作用来把软土硬结为桩体,这样的基护结构往往通过重力坝式进行挡墙,其凭借自身的重量就可以有效抵抗侧向力,保证自身的稳定性。一般而言,在内部不存在支撑的情况下,这种形式将会对机械挖土和基坑内地下结构的施工带来较大的便利,且相关费用也并不高,在进行施工的过程中采用的材料为水泥,具有较好的经济性。 (3)排桩支护技术 排桩支护所表示的是针对钻孔灌注桩和钢筋混凝土挖孔实施柱列式布置来实现挡土的支护形式。在实际应用中,柱列式灌注桩具有较高的刚度,但其需要大面积的钢筋混凝土帽梁的浇筑,以保证各柱间连接的可靠性。与此同时,还需要于桩背和桩间利用高压的方式来完成注浆。对于灌注桩所进行的施工并没有太大的难度,在进行施工时无需大型的机械设备,也不会对附近的土地造成危害,同时施工成本也是比较低的。 (4)地下墙支护技术 就地下墙支护技术来看,其主要是预先利用人工的方式或者机械方式来于目标基坑点实施挖掘作业,同时根据相关的施工要求来对沟槽进行挖掘,做好对沟槽的拉通处理,然后通过水泥来加固沟槽的内壁。最后,把钢筋笼放置到钢槽内,浇筑混凝土来形成完整的地下支护墙。地下墙支护技术在实际应用中有着许许多多的优点,如强度高、防水性好等,其可以有效防护土压力及流动水压力所带来的影响,同时对于上方建筑物还有着一定的支撑性能,所以有着良好的防护作用。但由于地下墙支护技术有着大量的工作,在整个过程中将耗费非常多的时间与成本,因此,应当结合具体状况来进行选择。 二、岩土工程深基坑支护的主要问题 1.施工问题 在岩土工程当中,挡土将会与土壤间出现一定的作用力,也就是土压力。在此前的岩土工程当中,针对土压力所进行的计算往往仅会考虑到主动、被动以及禁止等级极限状态。但就实际来看,土压力的大小和支护结构的变形程度及土质有着密切关系。所以在对岩土工程进行施工时,并非只有这些极限状态,一般是处在两状态之间的,并且将会伴随深基坑施工进程的推进而出现变化,这就导致岩土工程深基坑支护施工的难度变得更大。 2.取样不完整 在对岩土工程深基坑进行支护施工的过程当中,要在设计阶段当中针对现场基坑中的土壤及基坑实施取样分析,以此来确保工程设计可以和实际施工技术相符。但许多岩土工程在进行取样作业的过程当中,一些施工单位与施工人员为了增加经济效益、减少施工周期,在进行取样的过程中存在着缺乏合理性的违规操作,这样的情况不但会使得取样的范围变得更小,而且还将会对取样的完整性造成严重影响,致使土样和石方的取样分析缺乏准确性,无法给施工方案的制定提供有效依据。 3.支护结构产生空间位移 在岩土工程施工的过程中,深基坑之所以会产生不稳的情况,这样的情况往往是由于空间位移而造成的,其原因就是在岩土工程深基坑设计的过程中,没有对空间效应的作用引起关注,过度重视提供水平支撑力,这样的设计方式是缺乏合理性的。在针对岩土工程深基坑实施平面设计的过程中,一定要对空间位移方面的影响引起高度重视,对支撑结构进行合理调整,防止空间位移对支护结构的稳定带来不利影响。 三、岩土工程深基坑支护施工技术的施工要点 1.混凝土灌注桩技术 在岩土工程的施工过程当中,通过对混凝土灌注桩技术的合理运用,能够有效强化地基、加固基层并提高承载力。在进行钻孔的过程当中,要提前根据施工区域具体的地质情况来做好对地质剖面图的合理绘制,并且还要在此基础上选择最为合适的专机实施钻孔。之后要对孔中的深度和大小进行严格的审查,在对混凝土进行灌注的过程中,需要对灌注的温度和塌落度进行充分检查,一般而言,温度的最大值应当小于30℃,塌落度的范围则要保持在±1~2cm的范围内,必须要确保混凝土能够满足以上要求,在对混凝土进行浇筑的过程当中,要通过螺旋钻钻杆完成对混凝土的注入,在浇筑工作全部完成后,需要在12~18h之内及时做好相关的养护,以此来有效确保混凝土硬化过程的稳定性。 2.钢板桩支护技术 就钢板桩施工技术来看,它有着成本低、强度大的特点,因此,它在岩土工程当中有着广泛的应用。具体而言,钢板桩支护属于连续支护技术,常被用于基坑深度超过5m的基坑当中,该技术所运用的钢材主要是带有钳口和锁口的热扎型,利用对钢板的充分连接,实现对其它物质的有效阻挡,它的截面形状一般是梯形,在钢板桩支护中,所运用的所有钢板都需要满足相关要求,长度通常要控制到6~9m的范围内,厚度为25mm,宽度为3m。在实施钢板桩支护前,要先做好相关的定位工作,之后进行定位装施工,再凑合相关的钢板,从而做到对岩土工程深基坑的有效支护。 3.土钉墙支护技术 在对岩土工程的深基坑工程进行施工建设的过程当中,要尽可能地提高其整体的稳定性,并加强边坡超载的承受能力。通过实践能够发现,土钉墙支护技术可以有效满足以上两方面的要求。首先,要实施开挖修坡与排水系统的施工,之后再实施初喷混凝土、成孔、土钉安装、注浆等的施工作业,最后编制钢筋网,进行地表排水和基坑排水系统的施工。在进行施工的整个过程当中,针对支护内部排水系统的施工包括了以下方面的内容,首先要充分挖掘积水坑,根据施工图纸的要求和口线来合理实施,倘若施工区域的地下水位较高,就要通过对防渗帷幕的设置来保施工的安全性与稳定性,倘若施工区域的地下水位较低,就要通过微型桩的设置来解决问题。其次,要确保所选择的土钉有正确的尺寸,以此来保证注浆施工的顺利实施,利用对注浆速度的合理控制,提高土钉墙支护施工的质量与效率。 4.锚杆支护技术 要想有效防止深基坑出现变形的情况,并加强支护结构的稳定性和可靠性,要在施工过程当中合理运用锚杆支护技术,通过对该技术的运用实现对工程支护能力的有效提高。在采用此技术进行施工的过程中,要通过锚杆钻机来实施钻孔,要根据实际情况提前做好对水平位置和钻杆倾斜度的调整,加强对钻杆速率的控制工作,倘若遇到了障碍,就需要立即停止钻孔,待障碍被成功清除后才能够继续实施钻孔工作。要想有效确保深基坑的稳定性,就要保证锚杆两端连接到稳定的岩层与其它,不结构,再通过预应力,保障毛毡的承受压力,以此来实现对深基坑稳定性与安全性的提高。在锚杆插入工作完成以后,就要通过水泥砂浆来及时地进行补充,并针对性地进行检查,确保岩层与锚杆间有足够的紧密度与结合度。5.检测技术要想加强深基坑支护的施工水平,就要在进行施工时尽可能地做到对检测技术的合理应用。通常情况下,建筑物的楼层越高、开挖深度越深,那么支护变形、移位等问题的出现就将更加频繁。所以,在进行施工的过程中,一定要严格进行检测,确保所有施工中的问题都能够得到尽快的发现,从而及时采取措施补救问题,确保深基坑之后施工的顺利进行。 四、岩土工程深基坑支护施工的优化措施 1.做好变形观测并及时补救 在开展岩土工程深基坑支护施工的过程当中,最先要做好的就是针对支护结构的观测变性。所监测的内容包括:深基坑边附近的变形观测、附近建筑物的变形观测以及地下所铺设的管线变形观测等。施工单位需要结合所监测得到的数据来实施相应的整理分析,同时还应当观察到深基坑支护技术的具体应用状况,找出深基坑所存在的偏差,在此基础上明确深基坑结构是否存在变形或铺设管线存在变形。倘若在进行设计的过程中存在偏差,就要在实际进行施工时及时地对设计数据进行改正。为保证能在实际进行施工时不发生误差,施工技术人员在观测深基坑和有关部位的过程中,要保证所观测数据的精确性与准确性,要结合施工前的设计方案来做好变形观测工作,禁止随意地对观测的流程及数据进行更改。倘若在变形观测的过程中存在异常,就要尽快采取措施做好处理,以免问题扩大。倘若深基坑的位置存在明显变化,就应当结合位置的变化情况来制定措施进行补救,及时进行加固,以防止深基坑出现二次滑动。 2.完善深基坑支护技术设计理念 经过长期的发展,当前我国深基坑支护技术取得了较大的进步,并且在实际应用中发挥了越来越大的作用,在实际应用中找出了深基坑支护过程的规律,这对于深基坑支护技术新理论的出现与发展是非常重要的。但实际上,以往传统的深基坑支护理论技术早已不符合当下深基坑支护技术发展的要求。但因为我国岩土工程中深基坑支护的有关技术还不够成熟,处在发展与建设的阶段,同时我国也缺乏针对深基坑支护技术的具体标准,应用理论不够完善,部分环节的数据计算停留于此前的发展阶段。通过这些理论计算、测出的数据与实际结果往往有着明显差别,无法为整个工程的施工提供帮助与指导。因此,对于深基坑支护技术而言,施工单位必须要对原本的设计理念进行转变,摒弃以往落后的设计理念,及时创新思想,结合具体的施工状况来合理设计深基坑支护技术,建立围绕数据观测及信息反馈的动态设计理念及方式。 3.加大对深基坑支护技术质量的控制 在对升级中支护技术进行应用的过程中,在理念上所进行的创新是必须要进行的,而对于施工过程所进行的控制同样是很有必要的。倘若在进行施工时,施工单位未能够做好对于深基坑支护过程的控制,在此情况下,一旦发生问题就很难得到顺利的补救。因此,施工单位一定要对施工阶段的控制引起更多的关注,充分把握施工控制的力度及方式,根据实际情况来合理地安排人员,确保施工人员能够依据相关的施工标准来做好深基坑支护的施工。在正式施工前,相关人员需要充分把握施工现场的环境,尽可能地对施工地点的地质情况有足够深入的了解,保证深基坑支护施工的设计图纸与施工环境一致。只有做好了针对深基坑支护施工的质量控制,才能够真正提高岩土工程深基坑支护施工的效率与质量。 五、结语 总而言之,在进行岩土工程深基坑支护施工的过程中,因为深基坑工程是比较复杂的,所以在进行施工的过程中,相关施工人员一定要充分把握岩土工程深基坑支护技术的施工要点,并在此基础上结合其中所存在的问题,采取措施来实现对深基坑支护施工的优化与改进,根据岩土工程的实际情况来选择最为合适的施工方法,从而保证整个岩土工程深基坑支护施工的安全性与经济性。 作者:吴亮根 单位:中冶南方城市建设工程技术有限公司
岩土工程深基坑支护施工篇1 1深基坑支护现状 随着我国综合国力的提高,越来越多的高层建筑开始出现,在有限的土地资源下,高层建筑是城市建筑发展的未来趋势,在这样的时代背景下,对基坑的安全性、稳定性要求更为严格。在传统岩土工程施工中,基坑技术类型单一,一般通过放坡开挖、人工挖掘方式进行,导致基坑深度有限,无法满足时代需求与高层建筑发展趋势。近年来,随着深基坑支护技术的出现,有效地解决了传统基坑存在的问题,取代了传统基坑,成为岩土工程的核心。目前,随着我国建筑事业的发展,支护技术不断更新、改进,有效地解决了强度低、工艺单一的局限性,为高层建筑施工创造了先决条件。但由于我国特殊国情,不同地域岩土工程特点不同,即使深基坑支护技术替代传统技术,并取得较为显著的成绩,但在实际施工中同样存在诸多问题【1】。 2深基坑支护技术 随着深基坑支护技术的出现,支护类型的增多,为不同类型岩土工程提供了选择性。常用的支护技术有以下3种:1)地下连续墙支护技术。其具备防渗性良好、整体性良好、结构刚度大、适应能力强等优点,可应对各种复杂环境与地理条件,是一种可靠、实用的支护技术。当在软土层实施岩土工程、地下管线、周围相邻建筑对位移与沉降要求较高时,一般可采用这种支护结构。其具有可减少工程对环境的影响、对地质条件要求低等优点,如进入风化岩层或遇到砂卵石地层,通常可采用连续墙支护技术。此外,其整体性好、刚度大,可用于超深支护技术结构,但该支护技术对灰浆液的处理工艺复杂、造价较高。2)深层搅拌支护。这种支护方式主要通过机械装置将水泥、石灰进行搅拌,使其发生物理与化学改变,固化砂石、软土,起到良好的防护与支护作用。这种支护方式更有利于节省资金,但技术施工过程相对较为复杂,一般对7m左右深基坑使用效果更好。3)排桩支护。通过打孔、挖柱对柱列形式钢筋混凝土结构进行处理,并根据提前设计的形式进行排列,最终发挥抵挡沙土的作用。该种支护方式具有工程资源节省、工程进度较快的优点。但这种方式的不足在于必须使用混凝土帽石对2个柱子进行固定,达到整体结构稳定的作用,预防水、沙土的进入【2】。对于工程作业中所产生的泥土,为避免其对支护设施造成破坏,必须远离支护设施,以保证施工作业人员的安全。同时,为预防深基坑坍塌,作业产生的泥土必须远离深基坑。深基坑支护作业支护方式,必须根据深基坑深度进行选择,以确保支护的有效性与安全性。 3当前深基坑支护存在的不足 3.1支护结构设计不合理 我国是通过极限平衡理论计算深基坑支护结构,但设计结果与实际受力存在较大出入。以相关工程实践证明:从理论上讲深基坑支护结构匹配极限理论计算安全系数,但在实际工程施工中,受到支护机构系数影响,支护结构与相关要求存在出入,无法达到相关要求。 3.2未充分进行深基坑取样 根据相关规定,岩土工程开展中,需要对地基土层取样,并充分分析,为深基坑支护技术提供数据支持,以确保土体满足岩土工程相关物理学指标,为支护结构设计做保障。同时,需要根据国家开挖指标,对深基坑进行钻探,开挖内部,进而降低造价,从根本上降低勘察工作量。受到土样的复杂性特性影响,土层特性并不能完全凭借土样评估,导致实际情况与结构设计存在不同。 3.3空间效益差异性 深基坑坑内位移具有中间大、两边小的特性,长边深基坑坡度稳定性相对较差,易造成空间问题。以往岩土工程中,传统基坑支护结构是以设计平面应变进行,受多种因素影响,不同形状深基坑工程设计存在巨大差异化,对此,必须以平面设计应变方案做参考,科学、合理调节支护结构,满足开挖空间需求。 3.4支护结构设计不准确 岩土工程安全性与工程质量及深基坑支护结构压力大小存在必然联系,因此,在岩土工程中,我国一直采用朗肯理论与库伦公式计算土质复杂情况。面对复杂的深层坑开挖,易受到内摩擦角、黏聚力、含水率等诸多因素影响,对于支护结构实际受力极难进行估算,导致支护结构设计参数计算与实际受力差异化。有研究指出,内摩擦角相差5°的支护结构,承受的主动土压力有明显差异,开挖后土体凝聚力与原土体凝聚力不同。因此,施工工艺与支护结构的差异会影响土体力学参数。 4施工技术措施 4.1强化施工质量 岩土工程中,加强工程质量监管,做好过程控制是保证深基坑支护施工质量的关键,通过严格的管理控制措施,及时发现施工环节中存在的隐性、显性问题,及时采取应对措施进行纠正补救。对此,首先要加强管理者的监管意识,从管理层加强管理制度,确保施工中严格依照设计方案执行,将管理工作落到实处,提高工程质量。施工前,需要充分做足准备,施工人员需要详细阅览图纸,并熟悉施工流程,依照地质资料、施工环境、图纸等科学、合理规划施工进程,确保岩土工程深基坑支护的顺利完成。岩土工程施工时,需要明确目标、了解任务,摆放好锚杆位置,型号、数量、长度设计合理,适当增加放坡系数、扩张钢筋范围等,保证对工程的审核。坚持深基坑支护、岩土工程开挖分段、分层进行。将设计方案、土方具体开挖方法、开挖顺序等有效结合,依照相关原则,避免出现违规开挖的情况,影响工程质量,从根本上提高深基坑支护工程施工质量。 4.2加强变形观测力度 深基坑支护的主要变形观测包括:基坑边坡变形观测、地下管线变形观测、周边建筑变形观测等。通过具体观测相关数据,对岩土工程支护设计中土方开挖的具体情况进行详细了解。实际施工中土方支护设计的具体情况,可通过偏差分析进行了解,进而及时掌握土方开挖沉降与深坑土体变形影响。施工过程中,需要及时修改设计偏差数据,尽早采取应对措施,确保施工作业的顺利进行。 4.3优化设计理念 我国岩土工程不断发展,深基坑支护技术发展空间巨大,在支护工程设计理念中,需要随着岩土变化与实际支护结构承受力,调整转变规律,促使深基坑支护结构设计进一步完善。受到我国实际情况影响,目前,尚无统一的设计规范,一般根据库伦理论与郎肯理论确定实际土压分布情况,且引用“等值梁法”计算支护桩,避免实际设计与施工方法存在的不足。但受限于郎肯理论影响,实际计算结果存在不同,导致支护设计存在安全性与经济性问题。在当前情形下,需要以生产施工实际情况为基准,制定深基坑支护设计方案,将国内外先进理念引入国内设计理念中,摆脱传统方法的制约,建立现代化信息动态设计体制。 5结语 目前,岩土工程深基坑支护施工技术仍存在诸多不足之处,如支护结构设计不合理、未充分进行深基坑取样、空间效益差异性、支护结构设计不准确等,这些因素都会对岩土工程深基坑支护产生影响。因此,有必要进行强化施工措施,在未来的岩土工程深基坑支护工作中,必须以更高的标准对待,减少施工中的不足之处,提高施工质量。 作者:郎雷亮 单位:山东建勘集团有限公司 岩土工程深基坑支护施工篇2 为满足社会发展需求,岩土工程基坑开挖深度不断增大,对支护施工也有了更为严格的要求,支护施工效果是影响岩土工程施工安全与效率的重要因素。虽然目前有更多新型技术与材料被应用到深基坑支护施工中,并取得了一定的质量效果,但是从整体看还存在部分问题,需要从根本上进行分析,明确施工问题存在的原因,并基于此来选择相应的措施进行优化,争取不断提高深基坑支护效果。 1深基坑支护施工技术分析 建筑工程高度的增加,使得地基的开挖深度也不断增加,为保证其支护施工的安全性,就需要在支护施工时与基坑工程其他相关工程相互协调,从土方开挖、降排水以及机械利用等方面着手,确定支护施工的合理性,提高施工技术的规范性,提高基坑支护施工的安全性、长久性与稳定性。深基坑支护技术常见的有深层搅拌与钢板桩支护、排桩支护与地下连续墙体支护、锚杆与内支撑支护等。第一,深层搅拌与钢板桩支护,主要是利用水泥固化作用,施工前用机械进行充分搅拌,提高材料硬化的速度与效果,对深基坑软土层形成有效支护结构。第二,排桩支护与地下连续墙,主要是将钢筋混凝土管桩视为挡土结构,通过柱列式布置完成对钻孔与挖孔的施工。此种支护技术必须要控制好桩间距路,以工程实际情况为基础,来选择应用密排布置或者疏排布置方式。第三,锚杆与内支撑支护。锚杆与内支撑是深基坑墙体的重要结构,具有刚度大以及变形小等特点,可以有效提高基坑结构稳定性与长久性。 2深基坑支护常见施工问题 2.1设计不合理 在对岩土工程深基坑支护施工进行设计时,需要应用专门的公式对支护结构压力、安全以及工程质量等因素进行综合计算,提高支护施工的适应性。但是就实际情况来看,在用公式计算时,适用范围多为简单结构以及深度较浅的基坑,对于弯角多、含水量大、体量大以及深度深的基坑工程来说计算结果精度低,进而对施工效果产生影响。例如会导致内摩擦角度过大,或者改变静距离,降低支护结构的稳定性与安全性。一般来说细长结构深基坑支护稳定性比极高,对于长宽比较小的岩土工程因为设计不合理,经常会出现坑内位移问题,使得基坑开挖空间过于狭窄,影响支护结构的正常施工。另外,在计算时物理参数选择不当,也会加大对基坑结构与土质特点计算分析的难度,影响工程结构设计的合理性。 2.2取样不完整 在岩土工程深基坑支护施工设计阶段,需要对基坑土样与石方进行取样分析,确保工程设计的合理性。即以岩土工程深基坑支护规范要求为依据,利用钻探取样的方式对深基坑进行全面勘察,在整体上掌握深基坑结构特点。但是在实际施工过程中,很多施工单位为降低造价、缩短工期,在取样阶段随意减少取样数量,缩小取样范围,导致取样分析不彻底,取样分析结构不能代表岩土工程深基坑地质与结构特点,影响施工方案的设计效果,拉大了设计方案与工程实际之间的距离。 3岩土工程深基坑支护施工技术优化措施 3.1优化支护施工设计 为提高岩土工程深基坑支护施工技术落实的有效性,必须要从设计阶段进行优化,选择合适的计算公式,提高计算方法应用的精确性。并且,要在严格遵循国家相关规范基础上,对传统设计理念进行优化,即从工程建设现状出发,选择最为合适的设计方法。施工设计时除了要基于传统理念建立真实信息反馈动态系统外,还应加强对结构变形的控制,做好地面超载情况的计算与确定,并合理转化平面效应与空间效应。另外,设计时还要加强对各影响因素的研究分析,从综合角度出发,提高设计方案的合理性,并在施工过程中不断调节,提高深基坑支护施工效果。 3.2优化基坑开挖施工 对于岩土工程深基坑施工,应采取先支护后开挖的施工方式,在实际施工中要尽量缩短建筑深基坑暴露的时间,提高支护结构施工的后期效果。并且,为提高支护结构施工质量,还应保证整个开挖过程的连续性。另外,深基坑开挖时土方的堆放与运输也是重点管理内容,避免将开挖土方堆放在深基坑周边,按照相关要求开挖土方至少要距离基坑2~3m,应由施工人员来计算安全距离,并控制好土方堆放高度,确保其不会对基坑支护施工造成影响。 3.3优化支护降排水施工 降排水处理是岩土工程深基坑施工的重要环节,尤其是在水下施工的工程,很容易出现流沙与管涌问题,情况严重的甚至会出现护壁土体塌陷的问题,不但会影响正常支护,同时也会增大安全威胁。因此,岩土工程深基坑施工时,要避免在水下施工,积极做好降排水处理,一旦发现地下水超过基坑表面,立即采取措施降水施工,确保基坑底部的干燥性,提高施工环境的安全性,并且可以增强基坑底部的稳定性,提高深基坑土体固结性以及地基结构的抗剪性能。 4结语 深基坑支护施工是岩土工程建设的重要环节,其在施工时受各方面因素比较大,虽然目前有更多新型理念与技术被应用其中,但是还存在一定不足,需要专业技术人员进行更为深入的研究,结合工程施工特点,从多个角度进行研究,争取不断提高设计、施工以及管理等方面的控制效果,争取不断提高工程施工质量。 作者:刘帅 岩土工程深基坑支护施工篇3 1引言 在建筑工程中,为了保证建筑工程的综合质量,必须加强基础工程的建设,确保高水平地完成基础工程,只有深入了解深基坑支护技术,明确深基坑支护施工技术的具体要求,将深基坑支护施工技术应用于建筑工程中,才能够有效建筑工程质量,因此对岩土工程深基坑支护施工技术进行详细探究具有十分重要的现实意义。 2岩土工程深基坑支护施工技术概述 深基坑支护主要是指规模较大的建筑物中支护结构或者深度在5m以上的地下室工程,是为保障地下结构施工、基坑及其周围环境安全所采取的一种技术措施。就支护形式而言,通常可分为钢板柱、排桩、搅拌桩、土钉墙、地下连续墙、柱列式灌注桩等多种支护工艺,且各有特点,适用条件有所不同。在建筑工程中,深基坑支护技术不仅仅是一种科学有效的地基处理技术和工艺,而且还能够为建筑基础承载力和强度提供有力支持,有利于有效改善整体基础施工的可靠性和有效性,进而保障基础工程整体质量。深基坑支护是一个包括基坑开挖、支护、防水和环境保护于一体的复杂系统,其成败与工程质量、工期和造价息息相关,而且会对周围的构筑物和生态环境有所影响,这就要求在建筑工程中应用深基坑支护技术时,注意结合实际情况选择最优的支护工艺,同时加强技术管理和质量控制,以此最大限度发挥其技术优势。 3岩土工程深基坑支护施工要求 3.1深基坑支护的设计要求 在建筑工程施工结构体系中,深基坑支护设计至关重要,在保证深基坑支护具有稳定性与变形性方面发挥着十分重要的作用。深基坑结构出现的滑动、倾倒破坏以及四周环境的损坏都属于深基坑支护技术的承载能力极限状态。而在正常使用极限状态主要表现在深基坑开挖过程中,对周边土体产生支护结构变形或者很大变形的影响。而没有针对深基坑结构的稳定状态进行极限状态的分类。因此,深基坑支护技术在建筑工程不断应用过程中,一定要保障其深基坑支护的承载力的安全系数,这样才能有效提升建筑工程支护的稳定性。还需要注意的是,在保障建筑工程的支护的稳定性前,一定要注意在深基坑支护设计计算时,严格控制位移量,这样才能够有效预防深基坑工程对周边建筑物的影响。除此以外,在对支护结构的变形进行计算时,一定要考虑对周边环境影响,要控制好支护结构变形,从而保障支护结构的水平位移,所以要随时监控水平位移状态。 3.2深基坑支护的技术要求 深基坑支护技术在建筑工程施工过程中,一定要注意要依据建筑工程的地质条件、深基坑的边缘距以及占地面积等方面在结构设计上进行合理设计,只有在建筑施工合理利用深基坑支护技术就可以保证建筑工程安全。深基坑支护技术还具有防水性,从而预防建筑工程出现渗漏问题,这样就可以保证建筑工程的稳定性。 4岩土工程深基坑支护施工技术分析 4.1混凝土灌注桩支护施工技术 混凝土灌注桩的详细流程包括:对钻孔的场地进行平整操作、测量放线布孔、挖出排水沟并且布置出泥浆池、使桩机就位、准备好泥浆、用钻机进行钻孔操作、洗孔清孔、布置钢筋笼、浇筑灌注桩水下混凝土。混凝土灌注桩在质量检验上比起其他桩种较为严格,所以在现场施工时,不仅要将施工措施事先规划好落实好,还要对该工艺流程的各环节进行严格把关,严格执行,这样才能确保工程施工过程的顺利进行,并且可以提高工程支护的质量,达到建筑工程预期的目标要求。就混凝土灌注桩施工来看,该施工过程需要做好各种辅助的施工措施,包括测量放线布孔以及对场地进行必要的平整处理、机桩准确定位、泵的提升速度控制等等,这样才能提高混凝土灌注桩的施工质量,使基坑支护达到预期的目标。 4.2锚杆支护施工技术 锚杆支护指的是在边坡、岩土深基坑等地表工程及隧道、采场等地下洞室施工中采用的一种加固支护方式。即用金属件、木件、聚合物件或其他材料制成杆柱,打入地表岩体或洞室周围岩体预先钻好的孔中,利用其头部、杆体的特殊构造、尾部托板,或依赖于黏结作用将围岩与稳定岩体结合在一起而产生的悬吊效果、组合梁效果、补强效果,以达到支护的目的。这种支护形式可以增加支撑体所承受的拉力,增加了其稳定性,使其不易变形。同时该支护形式还可以节约能源以及人力资源,并且具有高效的特点。根据实践证明,采用这种方法,在深基坑支护期间,周围建筑物无明显变形现象,且坑壁稳定性很好,没有出现坍塌的现象。综上所述,混凝土灌注桩支护和锚杆支护施工方案的可行性比较高,不仅可以保证施工过程的顺利进行,而且还能使周围的建筑物构筑物受到的影响很小或不受影响锚杆的构造见图1所示。 4.3组合型支护施工技术 土地环境条件有很大差别的深基坑内部,就应当根据当时的环境条件使用组合型支护的方法,使得各种支护结构类型充分发挥其优越性。支护类型主要是:组合钢筋混凝土的H型钢和灌注桩与水泥土墙;组合预应力锚索和土钉墙;组合水泥土搅拌桩和土钉墙;组合微型注浆桩和土钉墙;组合桩间高压旋喷桩和钢筋混凝土排桩;组合各种支护结构由高压旋喷桩和水泥土搅拌桩造成的封闭止水帷幕。这些组合型支护结构中,深基坑支护近些年最主要的形式是土钉墙和排桩的支护结构。 4.4自立式支护施工技术 水泥搅拌桩挡墙支护和悬臂式排桩支护是自立式支护的主要形式。水泥搅拌桩挡墙支护其优势在于即使深基坑内没有支撑,也能够使得地下工程和机械挖土正常施工。但是,这种支护方式挡墙面积太大,在施工过程中土层的有机质含量和含水量会影响支护强度。悬臂式排桩是利用人工冲、钻孔或者挖孔灌注桩,其应用优势在于即使深基坑内没有支撑,也能够使得地下工程和机械挖土正常施工。但是,如果地质条件差或者坑基深,则会使支护桩顶部的水平位移加大,增加工程的成本和造价。所以这种方式通常运用在坑基小于等于6m,并且地质条件好的施工场地。自立式支护施工技术的应用优势在于高整体性、高稳定性、大厚度的坑基挡墙、高效率,并且深坑基的隔水效果很好,造价也不高。 5深基坑支护施工技术在实际工程项目中的应用分析 5.1工程项目概况 某工程项目拟建一栋26层办公楼及地下车库,建筑高度为88.4m。基坑开挖坑底的最大标高为-6.9m,±0.000与高程24.6000m相当。施工场地基本平整,基坑周长为362m,基坑面积为12980m2。 5.2支护施工技术要点 该工程的土方开挖深度为6.9m,属于大规模深基坑施工工程,具有一定的危险性。所以基坑支护施工需要与土方开挖施工进行良好的协调及配合,确保工程的施工的效率与质量。清理施工现场,确保整洁无杂物后,对土钉锚喷支护进行部分分层开挖支护操作。完成支护桩施工后,需等待其强度达到百分之百后,才能够进行支护结构施工操作,包括土钉喷锚施工、土方开挖等,以便加快施工进度,提升效率。 6结语 综上所述,在岩土工程施工中,深基坑支护至关重要,因此必须不断创新创新和改进深基坑支护技术。在岩土工程施工中,首先需要明确岩土工程深基坑支护施工要求,然后结合工程实际需要,选用岩土工程深基坑支护技术,包括混凝土灌注桩支护施工技术、锚杆支护施工技术、组合型支护施工技术以及自立式支护施工技术,这样才能有效避免岩土工程施工中出现深基坑支护问题,保证工程的顺利进行。 参考文献 [1]严元.论岩土工程深基坑支护施工技术措施[J].城市建筑,2012(11X):56. [2]任艳秋.论岩土工程深基坑支护施工技术措施[J].黑龙江科学,2014(03):52. [3]章鸿锋.论岩土工程深基坑支护施工技术措施[J].中国科技博览,2013(29):131. 作者:张建磊 单位:贵州正业工程技术投资有限公司
岩土工程深基坑支护施工篇1 1深基坑支护施工技术分析 为了能够使得配套施工能够安全有效的进行下去,在开挖与支护施工过程中,有必要去对基坑工程其他的相关工程进行配合,尽量的减少和排放土方工程存在的矛盾。除了对于机械等方面给予有效的使用之外,还要求其能够对于支护施工本身的合理性给予有效的确认,使其能够令施工的工艺的标准化程度获得快速提升,使得基坑支护施工本身的安全性获得保证,另其自身的使用寿命得到适当的延长。(1)深层搅拌与钢板桩支护。主要是运用水泥对其进行固化,施工之前还需要使用机械对其进行搅拌,使其能够令材料自身硬化的速度与硬化的效果得到保证,构成深基坑软土自身的一种合理的支护结构。(2)桩基支护与地下连续墙经常会被理解为属于钢筋混凝土管桩的一种支护形式。这种支护技术需要对桩之间所处的距离进行控制。(3)锚和内部支持。锚杆以及内支架是当前进行深基坑施工的重要结构,其自身的刚度大,并且变形能力相对较小,能够令基坑本身的的稳定性和使用的寿命获得保障。 2深基坑支护经常会出现的施工问题 2.1设计不合理 基坑的设计在进行设计的时候一般都会用到公式,但是使用公式的时候一般都是对相对简单的结构和浅基坑进行计算。其更加适合被用在对拐角比仅计算,但是其中的含水量与体积相对比较大的基坑。然后如果精度较低的话,那么就对实际的施工的效果造成影响。例如,会使得内摩擦角会变大,以及静态距离产生变化,使得支撑结构自身缺少足够的稳定性与安全性。总的来说,细长结构的深基坑支护其对于的稳定性上有着较高的要求。对于长宽相并不大的岩土工程,如果在设计上存在不合理情况,那么井壁就很可能产生位移,使得基坑进行开挖的空间太过狭窄,这对后期采取支护所获得的效果也会产生一定的影响。 2.2取样不完整 在对其进行施工的设计阶段,就需要对于基坑中所包含的土样和基坑中的石方进行取样并分析,这样做的目的就是使得工程设计可以和实际施工情况保持吻合。可是在进行施工的时候,目前有很多施工单位或者施工队伍为了能够提升自身所获得的经济利益,使得施工的工期能够被压缩,在进行取样的过程中经常会动一些手脚,使得取样的范围缩小并且在取样的时候并不完善,这种情况使得取样分析变得缺少准确性,而其获得的分析的结构也无法为施工施工方案的确认提供帮助。 3岩土工程深基坑支护施工技术具体的优化对策 3.1对支护的施工设计给予优化 为岩土工程的深基坑制定支护方案,需要去对材料自身的用途和使用数量去进行非常严谨的计算。并且还需要对在需要进行装修工程里材料不仅能够保持充沛的同时也不会出现材料损耗的情况。首先需要挑选适宜的装卸以及适当的运输工具,需要尽可能的预防在施工过程中出现对材料的二次搬运。进行施工的时候,要使得材料自身进行放置情况合理,及时依照施工的进度与材料当前的库存状况去进行材料的采购,合理去对施工现场的材料实际的使用计划给予有效的设计,并且将“就地取材”的建设思想作为节约目标,令深基坑施工设计中的多种管线路径以及预埋方案在保持合理有效的同时尽可能的做到节约资源,尽量令管线本身的路径最短,从而令材料节约的目标给予实现。 3.2对基坑开挖施工给予优化 针对岩土工程深基坑的施工,需要在对其进行支护后在进行自后的施工。这样做的目的是其在进行施工时,能够尽量的将深基坑暴露的时间缩短,令支护结构在施工快完成的时候能够获得比较理想的施工效果,并且,为了能够使得支护结构的施工质量有所提升,还可以在进行整体开挖时保证基坑施工的持续性。另外,深基坑开挖施工进行的过程中,其土方堆放以及运输的问题也是需要注意并且需要对其进行管理的。我国针对基坑开挖施工提出的规定中指出,进行开挖的土方需要与基坑保持至少2至3米的距离。施工人员还需要对这一安全距离给予科学并且合理的计算,同时还要对土方堆放高度进行有效控制,其他零点对基坑支护施工不产生影响。 3.3优化支持和排水建设 向下排水处理是岩土工程中深基坑施工过程中不可或缺的部分。特别是在水下建造项目时,会出现流沙和管道涌浪。在更严重的情况下,挡土墙上的土将会塌陷,这不仅会影响正常的支撑。同时,施工安全也将受到威胁。因此,在岩土工程深基坑的施工和施工中,应避免水下施工,积极完成排水,并进行相应的排水和排水处理。如果地下水超过地下水坑,必须立即采取有效措施,保证基坑底部干燥,同时改善施工环境。基坑底部的稳定性和安全性得到有效改善。同时,要确保深基坑的固结和基础结构的抗剪承载力。 3.4施工技术的有效性 必须在设计阶段对施工技术进行有效优化,选择合适的计算公式,以提高应用计算方法的准确性。在严格按照我国有关国家规定的基础上,优化传统设计理念,即从项目建设条件出发,选择最合适的设计方法。除了构建传统概念的真实信息反馈动态系统之外,施工设计还需要加强对结构变形的控制,计算和确定地面超载情况,合理变换平面效应和空间效应。另外,在设计过程中,还需要对影响因素进行详细研究,并提供有效的分析。总体上,要提高设计方案本身的有效性,并在施工过程中不断做出相应调整,以有效提高深基坑本身的施工效果。 4结论 深基坑支护施工是当前岩土工程施工的重要组成部分,但在施工过程中往往受到各种因素的影响,所以还需要一些专业技术人员进行更深入的研究和分析。同时参考项目建设的具体特点,开展救灾若干方面的相关研究。他们致力于设计,施工和管理效果的可持续和有效管理。控制方法使其能够不断为提高我国项目施工质量提供有效帮助。 作者:张昊 单位:河北中核岩土工程有限责任公司 岩土工程深基坑支护施工篇2 随着时代的飞速发展,人类的生活生产方式趋于高端化,更加把注意力放在了构筑物的数量和质量要求上。这也导致了岩土工程必须在社会的推动下发展,因为岩土工程出现在人们面前的形式大部分是地基,基坑是为了提供地下工程施工所挖的临时坑,但是受地质条件、周围环境、地下管线复杂等多方面因素的影响,经常导致一些事故的发生,因此必须使用支护来保证施工的正常进行,确保日后建筑物的整体性和稳定性。 1了解深基坑支护的种类 构造越高的建筑,基坑的深度值必然与建筑物高度呈正相关,基坑的深度越大容易形成的事故又相应的增多。因此为了保证施工的安全性,就需要先保证支护结构的稳定性,根据不同的基坑深度、地质、环境与荷载情况采用不同的支护结构。常见的有四种:深层搅拌桩支护、排桩支护、地下连续墙支护、土钉墙支护。 2目前较多出现的深基坑支护问题 应用极为广泛的深基坑支护手段,通常会因为各种因素的影响而出现一些问题,比较常见的有如下几种: 2.1挖掘程度难以掌控 理论情况下,较深的基坑大多采取机械挖土方,剩余约50cm时再采用人工挖土方,最后进行支护作业,这样能够加大程度的减少误差。但是结合实际施工情况来看,我国缺少施工机械方面的人才,所以机械在没有很准确的操作下比较容易出现少挖或过度开挖的情况,还有基坑的坡度很难达到预期的要求,比较难以掌控操作技术含量[1]。由于有些基坑面积比较大,人工开挖所呈现的问题显而易见,难以平衡整个场地的平整度,对后期的施工还是有一定程度的影响。 2.2设计及施工人员对于基坑支护的影响 通常情况下,设计师在设计基坑中的施工都是特别理想化的,难以准确预估到地质条件所产生的影响。大部分建筑物都是在周边房屋众多的环境中施工,城市当中地下结构特别复杂,受各类管道线路、土层性质、人文因素的影响,所以导致支护结构的设计数值及图形都难以达到一个没有偏差的状态,故而很大程度的影响实际工程的施工。在设计并不是很完美的情况下,还有一些施工单位为了节省成本,不按照设计中的要求施工,使支护结构没有达到标准的质量,就将引起支护面开裂、支护强度不够造成的坍塌的问题[2]。这一问题意味着我国施工人员没有意识到深基坑支护质量的重要性。 2.3支护施工的复杂性难以协调整体工程 工程施工中应该尽量保证各个工艺的协调进行,理想中的状态应该是先开展土方开挖的施工,紧接着对支护结构进行施工。然而实际现场中,由于土方开挖操作性低,用时较短,很难在其后根据工期进行繁杂的支护结构施工。支护施工拥有工序复杂、操作技能要求高的特性,以我国目前的支护施工技术很难在短时间内完成一整套的工序,所以致使这道工艺严重影响了施工进度,造成工期延长、窝工等问题。 3加强支护结构施工的发展措施 3.1保证基坑施工的质量是前提 基坑工程是一个复杂的系统工程,任何因素都可能导致施工故障甚至事故。施工单位应当按照施工程序,施工组织设计和相关技术规范进行严格组织施工,对应的作出一些具体的施工措施,而且要严格的对施工过程进行监管。例如,在土方开挖前先进行地质勘察,拍照及摄像留底一份开挖前的环境状况,应该对周边建筑物和地下设施等信息进行分析,特殊土地需要认真组织施工,分层开挖深度不宜过大[3]。如果土壤高程差太大或挖掘进度过快,土壤原始平衡状态变化容易,降低土体剪切强度,导致土体滑动迅速。这一问题会使监管难以顺利进行,故而加大了坍塌事故的发生机率。基坑支护施工的关键点是过程控制。一旦施工过程有一些问题,以后很难纠正和补救。 3.2完备支护施工技术研究系统 实践是验证事实的唯一标准,要想得出正确的理论必须践行大量的科学研究。但是在我国并不具备对基坑支护施工技术的系统研究。对于现有的支护方法,我国的理论知识水平都不能很好的将其功过进行评说[4]。目前我国拥有大量施工单位积累的支护施工资料,但是并没有对其有一个具体的研究说明,缺乏数据的支持,没有系统科学的分析,很难达到理论完整的目标,这是目前我国最为缺乏的。 4结束语 国家的发展必然造成各行业的发展,而深基坑支护施工的应用在整个建筑行业都起到了一个巨大的影响。随着中国经济和科技的飞速发展,深基坑技术水平不断提高。这项技术的应用更加广泛,引起了广大人士的关注。为了保证整体施工质量,对于基坑支护的研究必不可少,具体对如何提高这项工艺所带来的社会效应展开讨论。深基坑支护技术对于人员的要求必须严苛,还需要对我国建设行业开展学习,深化这项施工的设计理念,加强对于支护施工的研究,才能够推动我国建设行业发展形成新高潮。 作者:王立刚 单位:唐山市新地工程勘察设计有限公司 岩土工程深基坑支护施工篇3 引言 随着现代社会的不断发展,各种各样的建筑物层出不穷和这些建筑建设中的不能忽视基坑开挖。虽然可以直接挖掘一些简单的基坑,但也有一些建筑地盘小,要求工程基坑的深度大,需要支持基坑工程技术来保护这些建筑。因此,基坑工程技术也得到充分的发展,从以前的井点降水与钢板桩的运作模式已经成为一个相对完整的体系。在当前形势下,深基坑支护技术可以划分为以下:①让深基坑坑外压的土层系统,主要包含地下连续墙,深层水泥搅拌桩、钢筋混凝土桩、钻孔灌注桩和钢板桩;②深基坑坑支持系统用于固定和支持深基坑坑外壳,包括深基坑支护技术和相关的设备,主要包括结合钢支撑的钢筋混凝土,钢筋混凝土支撑、钢材、钢材管支撑;③用来减少坑水入渗深基坑渗水系统,其中主要包括锁钢板桩的深度、压密注浆、高压喷射灌浆桩、地下连续墙、深层水泥搅拌桩。 1深基坑支护结构方案在选择上的注意事项 在深基坑支护设计方案的选择上应当着重注意两方面内容。即深基坑支护结构类型以及选型时的注意要素:首先是深基坑支护结构类型。按照结构可分为:土钉墙、放坡、水泥、土墙、以及支档式结构。其中支档式结构又能进一步划分成支撑式结构、锚拉式结构和悬臂式结构等。其次是选型中的注意要素,这其中涉及几方面要点:(1)工程所涵盖的工期及经济特性等;(2)要考虑好施工位置的地质情况和环境气候等因素;(3)结合土质与周边环境。进行良好的支护结构设计;(4)充分考量好深基坑的尺寸与形状;(5)还应考虑到周边设施建筑物等对基坑的反作用力情况;(6)监测点的选取和设置;(7)基坑具体深度及其施工条件;(8)地下水源、管线分布情况等。 2优化选取深基坑支护方案 从基坑支护的作用不难看出。其支护结构不仅影响到工程施工的安全性。更会影响到周边环境和建筑物、以及施工土质的稳定性。因此。在进行基坑支护方案设计时。应当尽量确保其稳定性和安全性。同时,在保证项目工程质量的基础上。还应尽量缩减投入成本,使基坑支护机构在确保稳定性和安全性之上。还要具有经济性。良好的基坑支护结构方案,能够对项目的开展起到积极的推动作用,更能够保障施工人员的人身安全,在基坑支护方案的优化选择上,也应注意以下几点内容: 2.1从经济角度设计优化深基坑支护方案 在项目施工前。对所需施工场地进行土质勘测。以及对周边环境进行实际考察,以此来分析和判断出此位置将选用何种支护结构方案。同时,能够进一步确定出此位置进行基坑开挖和进行支护作业是否能够采取有效的经济节约措施。有时,在针对特殊土质条件及较为开阔的施工场地且周边并无其他临近设施和建筑物时,还可以考虑进行简单护面或者无支护的方案来解决基坑支护问题。当基坑开挖深度超过5m时,若采用传统的土方开挖、回填、外运等方式。则会增加施工成本。而若以喷锚网方式进行支护则会使边坡上段位置受力影响较大,从而影响支护效果。对此,可以采用联合支护方式进行施工作业。对基坑上段采用放坡、下段采用喷锚网。通过这种联合支护形式。能够很好的对基坑进行支护。 2.2从基坑深度来优化深基坑支护方案 在基坑支护中会涉及到悬臂桩的嵌固,且对其进行嵌固的深度通常要达到其高度的倍数,而由于悬臂桩在进行支护的过程中会涉及到弯矩的承载,且会出现侧向性位置移动,这将会对基坑周边的环境带来一定程度的影响。对此。在施工过程中,要严格考量好基坑位移所产生的敏感度。若存在悬臂桩支护方案与实际施工支护有出入时。则可使用联合支护方式达到支护效果。如在基坑上部采用喷锚支护,基坑下部采用排桩支护或直采用桩(锚杆支护形式进行基坑支护,这两种联合支护方式不仅能够解决悬臂桩无法达到的效果,更能有效减少施工资金的投入。此外,在支护施工过程中。还要对周边环境进行全面检测。确保安全后。方可进行支护方案的应用。 2.3深基坑支护的优化设计研究 设计方案的优化在深基坑支护中,由于施工难度大、时间长、条件差等不利因素。使得基坑工程具有较大的不稳定性。根据不同施工环境、地质条件、周边环境设施、以及气候因素等。基坑支护会出现不同程度、不同类型的安全问题。因此,在基坑支护方案的设计上。要做综合性的考量。例如:基坑支护方案的设计,要对地下水源或管线分布位置进行明确勘测;要对周边环境及建筑物进行距离设定;对于支护结构及尺寸进行选择等。同时,要求设计人员具备较强的综合素质及能力,不仅要有基坑支护专业知识、建筑工程设计经验,还要具有良好的安全质量控制意识,时刻将安全与质量作为方案设计的首选,此外,对于可实施的支护方案要进行必要的对比和筛选,在确保施工安全与施工质量的原则上,综合考量施工的难易性和经济性。 2.4方案中设计参数的优化 对于嵌固深度的优化,基坑支护结构中桩体的嵌固程度对支护效果影响较大,若嵌固深度不足,则会影响基坑的稳定性。若嵌固深度过大,对于桩体材料的浪费也大大增加。会提高支护成本,所以,在进行嵌固深度设计时,不仅要根据土质的实际情况,既要保证安全性,又要尽量做到经济性。桩体的优化。桩体之间的距离决定着支护效果。过为稀疏的桩体排列,将会加大土体的受力,极易出现土体滑落,失去支护能力的现象,若桩体间距过于稠密。则会使土体无法发挥自身的作用。也会极大的增加投入成本。因此,在进行桩体排列设计时,要进行科学合理的计算。调整好桩间距以便使桩体结合土体。发挥出更大的支护作用。 3结语 综上所述,经济的发展,高层建筑与地下工程的增多,使得岩土工程时基坑施工逐渐增多,基坑深度不断加大,这在一定程度上也使基坑支护的危险系数进一步提升为此,应当在基坑工程作业前,对基坑支护结构进行科学合理的优化设计。选取出切实可行的优化方案,唯有如此,才能使深基坑支护工程的稳定性和安全性得以保证,也唯有如此,才能促使工程项目的施工得以顺利进行。 参考文献 [1]严元.论岩土工程深基坑支护施工技术措施[J].城市建筑,2012,15:56. [2]熊小军.岩土工程深基坑支护技术的应用解析[J].低碳世界,2014,11:137~138. 作者:刘文成 芮永康 单位:江苏省核工业二七二地质大队
1引言 当前,随着人们对于建筑工程施工质量的要求不断提升,工程施工难度也在逐渐加大。将现代化的科学技术引进到当代工程领域,能够借助高科技对其进行多方面的管理,并且能够进一步的提升工程建设的整体质量。工程机械智能化信息技术的应用,能够有效提升工程建设的安全以及质量管理。在实际应用过程中,应将工程机械智能化信息技术应用到工程建设的各个环节,注重细节的把握,并且发挥出实际效益。这样才能够提升工程建设质量,真正有利于工程的良好发展,提高工程施工的效率水平。本文针对工程机械智能化信息技术的应用展开分析,希望能够为实际工程施工提供参考依据。 2工程机械智能化信息技术概述 2.1工程机械智能化信息技术理论概述 工程机械智能化信息技术主要体现在三方面:首先是工程设备智能化,包括在工程实际施工过程中所应用到的各类机械设备;其次是工程制造智能化,包括对工程领域的研究对象,采用现代数学方法和计算机技术、电子与通讯技术、测量技术等,对其进行分析控制,最终实现工程整体建设质量的提升。最后是工程机械平台智能化,主要体现在对工程施工管理环节,针对施工机械平台的管理采取人工智能的方式,大大的节省了人工成本的开支。当前,工程机械智能化信息技术已经广泛应用于现代工程项目中,甚至在一些航空领域、生物领域也得到了广泛应用,并且取得了一定的成果。工程机械智能化信息技术不断利用新型的科学手段,能够不断完善自身优势,以函数的传输为技术理论基础,能够对工程施工过程中各类参数的变化形式进行科学结合,还能够提升功能的多样性。随着我国现代科学技术的快速发展,工程机械智能化信息的应用日益发展壮大,通过对工程机械智能化信息技术展开深入的研究,能够更好的应对工程领域中面临的实际问题。 2.2机械电子工程理论概述 机械电子工程又被称之为“机电一体化技术”,属于当代工程机械智能化技术中的一个分支。机械电子工程是机械工程与自动化的一种。在实际应用过程中,借助一些专业化的机械设计制造方法以及机械电子工程专业基础理论知识,能够有效的将各类智能化信息技术进行有效的联接。借助计算机软硬件所具备的应用能力,可以提升工程机械智能化信息技术的应用效率。众所周知,手工业是机械工业的前身,而在机械电子工程应用过程中,现代智能化信息技术的应用极大的提升了工程的生产力水平,具有良好的市场适应性。随着当前人们对于工程质量要求的不断提升,工程机械智能化信息技术的应用适应了当代经济水平的需要,在实际应用中具有良好的经济效益,并且具有灵活性、生产周期短的优势,能够满足当前我国建筑工程领域的实际需求。随着我国科学技术的不断发展,工程机械智能化信息技术也在不断创新。一些工程机械智能化信息技术的应用,不仅使得原有的人工操作得以淘汰,还推进了我国工程智能化的发展,特别是一些电子信息技术的应用,实现了现代工程建设中的数据信息转化、输出、整合,提升了工程建设的整体质量以及效率。 2.3工程机械智能化信息技术的现状分析 工程机械智能化信息技术在最近几年的应用较为广泛,随着我国的科学技术的发展,我国工程领域也逐渐朝着智能化、现代化的方向不断迈进。但是,在工程机械智能化信息技术实际应用过程中仍存在着诸多问题有待解决。首先是工程机械智能化信息技术的应用问题。一些工业领域发展较快的西方国家在应用新技术的过程中,也将人才的培养纳入版图。而我国由于工业领域发展速度较慢,特别在工程机械智能化信息领域缺乏专业化的高新人才,这使得工程机械智能化信息技术在实际应用中缺乏人才支撑管理,应用效果有待提升。当前,我国工程系统主要应用半自动以及自动控制系统,但自动机系统控制技术的应用仍不够成熟,对此,需要进一步提供工程自动化的水平,才能够促进我国工程领域朝着智能化、自动化的方向不断迈进。 3工程机械智能化信息技术的应用分析 3.1智能控制系统在工程领域的应用 智能控制系统通过将计算机电子技术以及人工智能技术相结合,并且对工程进行一系列的模拟人工化的智能控制。此种方式能够模拟人类操作,进行工程施工。因此,智能控制系统在当代工程领域中的应用能够实现人工智能操作,并且能够模拟人类大脑的逻辑思维,便于对工程建设各个环节的数据信息进行搜集和处理,提升了工程建设的生产效率。同传统人工生产建设相比,有了明显飞跃。为工程机械智能控制系统构架。 3.2模糊控制技术在工程建设中的应用 模糊控制技术需要借助系统平台,通过在虚拟平台建立仿真模拟建筑模型,能够实现对工程建设各个流程的自动化控制管理。模糊控制技术的应用能够将工程建设中所面临的一些复杂问题简化,从而更加便于解决。在实际应用中,模糊控制的算法比较简单灵活,只需要借助相关的编程技术,对系统程序进行编制,就能够实现对整个工程建设机械制造的精细化管理,而且还能够对相关的数据信息进行分析。进行模糊化控制可以不用对机械制造工程进行精确化的数据研究,通过输入相关数据,使之保持在合理的偏差范围,就能够对工程进行管控。 3.3神经网络控制在工程建设中的应用 神经网络控制技术主要基于生物学,将单一的网络神经元进行连接,最终形成一个高度复杂的神经网络控制系统。该系统在工程建设中,通过对不同神经元进行协调配置,能够对工程建设的数据信息进行批量处理。与此同时,神经网络控制技术还具有自主学习能力,可以对处理完成后的数据信息记录在册,便于后续工程进行借鉴参考,进一步推进了我国现代工程建设朝着智能化的方向不断迈进。 3.4工程机械智能化信息技术的应用展望 随着我国科学技术的不断发展,工程机械智能化信息技术的应用将会越来越广泛。特别在当前受到全球经济的不断发展变化的趋势影响下,工程建筑项目数量将会一路攀升,人们对于工程建设质量的总体要求也会越来越高。而将工程机械智能化信息技术引进到工程建设中,能够实现对工程建设全部流程的自动化控制,并且能够拓展各类功能,将网络信息技术与工程机械智能化信息技术相互融合,可以促进自动化控制系统的应用,便于对工程建设进行更为全面、细致的管理。 4结论 综上所述,工程机械智能化信息技术的应用极大的推进了我国工程领域的快速发展,应用自动化控制系统能够有效的提升工程建设整体质量,还有利于促进工程整体效率。当前,随着我国工程领域的快速发展,人们对于工程建设的质量要求将会越来越严格。而将工程机械智能化信息技术应用到现代工程中,能够推进我国工程建设事业朝着智能化、科学化的方向不断迈进。 参考文献 [1]吕琨.工程机械智能化信息技术的应用[J].山东工业技术,2018(13):115-116. [2]薛锦灏.工程机械智能化与信息化的发展探析[J].时代农机,2017,44(12):47. [3]李学忠.工程机械机群的智能化与综合管理——信息技术在工程机械上的应用综述之二[J].工程机械,2009,40(08):44-49+123. 作者:宿建伟 单位:山西神州煤业有限责任公司
前言 在我国社会经济发展速度逐渐稳定下来的背景下,我国人民群众生活质量水平不断提升,因此会对和自身日常生产生活关系密切的居住环境提出更高的要求,自然也就会对建筑工程项目整体性质量提出更高的要求,建筑工程监理及施工技术管理,在保证建筑工程项目整体性质量的过程中,发挥出来的作用较为重要。监理工作制度主要包括监理机构现场工作制度、监理机构内部相关制度及相关服务工作制度,其中监理机构现场工作制度包含:(1)设计交底制度;(2)技术文件核查、审核和审批制度;(3)原材料、中间产品和工程设备报验制度;(4)工程质量报验制度;(5)隐蔽工程检验制度;(6)工程质量现场监督制度;(7)工程验收制度。这里主要讨论监理机构现场工作制度中技术文件核查、审核和审批制度;隐蔽工程检验制度;工程质量现场监督制度对施工单位施工技术的管理和作用。 1我国建筑工程建立制度发展趋势分析 随着经济市场改革不断深入,监理的全过程、全方位理念受到重视,并且已经成为未来发展方向。其次,建筑工程监理企业职工逐渐朝着正规化、技术化、专业化方向发展,同时新的材料、工艺、技术不断引入到建筑行业和监理行业当中,为工程技术规范和标准的完善与更新提供保障。 2工程项目概况 某房地产工程项目当中,整体建筑面积25万平方米,总共包含12栋独立的单位工程,建筑层数22-31不同,整体建筑高度65.7-94.6米,建筑工程项目的平面形状是蝶形,地下部分两层,地上部分28层,顶层局部位置上设置二层塔楼。地下1-2层是设备层和自行车车库,地下3层是人防结构。1-28层是住宅楼,顶层局部位置上是储藏室以及电梯机房等结构。建筑物总共包含7万平方米的三层地下室结构。结构类型为现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构,基础采用机械成孔灌注桩承台筏板基础,主楼部分筏板厚底1米,车库部分筏板厚度0.3米。建筑工程项目概算11.67亿元,大宗材料概算量是:土方开挖以及外运输量约40万立方米,机械成孔灌注桩900立方,水泥的整体用量约3万吨;预拌商品混凝土20万立方。 3施工前准备阶段中的监理工作制度的应用 在接收到正式的图纸之后,施工单位应当组织各级施工技术人员去熟悉施工设计图纸,并形成相应的图纸审核意见,图纸会审之前提交给监理单位分析整理,并将其转交给设计单位中的工作人员,让监理单位组织各个单位开展设计交底的具体工作,并将其绘制成方案下发给各个参建单位。设计交底环节中的核心内容,设计意图,其中包含工程特征、设计原则以及关键性技术;设备、材料选取及订货要求也应当得到充分地重视。新技术的应用及应用要求。设计交底和图纸会审正式开始之前,应当明确的通知各个相关单位,要求相关单位工作人员对图纸形成较为深入的认识,准备相应的意见,监理工程师也应当提出意见。对施工方案及施工方案形成较为深入的认识,方案和方法是否和设计意图相适应,并且可以满足现行质量标准当中提出的要求。担任会议主持的情况下,组织相关人员完成会议纪要编写工作,并将其发送给各个相关单位,跟踪管理会议中各项纪要的实际落实情况。 4施工过程中的监理工作制度的应用 建筑工程施工流程其实是一系列相互联系、并且相互制约的工作步骤构成的系统,工序是人、机以及环境等因素对产品质量、安全发挥综合作用的一个过程,工序质量、安全控制其实是针对工序活动条件及活动效果开展的控制工作。如本工程项目参建单位的数量比较多,建设过程中各种工序交叉影响,各种材料、设备集中使用。为此,监理单位应当合理利用监理工作制度对施工关键工序、关键节点的管理作用,精准设置质量、安全控制要点,把好关键的工序的质量、安全控制工作,在实际工作的过程中,对影响质量的五个因素(人、机、料、法、环)进行动态控制,保证工序的稳定性,是提升工程项目质量、安全管理目标的过程中,应当注意到的问题。 4.1原材料、中间产品和工程设备报验制度的应用 在本工程项目当中,在材料及设备质量控制领域当中,要求运输到施工现场中的材料及设备,都应当提前出示相应的产品合格证及技术说明书等书面资料,在经过监理单位检验并确定质量合格之后,才可以将其运输到施工现场当中。如监理单位工作人员认为承包单位提供的材料难以证明产品的质量,那么监理人员可以要求开展复检工作,等到最终确定其质量合格之后,再将其运输到施工现场并投入使用。 4.2隐蔽工程检验制度的应用 隐蔽工程指代的是在上一个工序中的各项工作完成之后,被后续一项工作掩盖起来,正常情况下没有办法复查的项目,隐蔽工程是一个特殊性比较强的工序,隐蔽工程除去需要遵循一般性的施工验收规定之外,也应当使用特殊的控制措施,对隐蔽工程整体性质量做出保证。 4.3工程质量现场监督制度的应用 工程质量现场监督制度主要是指监理人员在现场中的巡视、旁站工作。 5建筑施工技术概述 5.1钢筋工程施工技术 本工程主体剪力墙、暗柱内直径14~20的纵筋,采用电渣压力焊连接。剪力墙、框架柱、暗柱、梁、>20的钢筋,全部采用直螺纹接头。垫层防水保护层施工完成之后,就可以开展筏板钢筋绑扎等工作,支放马凳的过程中,马凳高度、强度、间距应当得到有效地控制,上部钢筋所在位置的精准性也应当得到有效地控制,主体剪力墙钢筋采用整体绑扎后支模方式,为了能够让混凝土保护层厚度以及两片钢筋网之间的距离得到有效地控制。内外两片钢筋之间应当使用“梯子筋”和成品垫块分隔开;梁、板、梯在模板安装、加固完善后现场整体绑扎方法,再在模板上绑扎暗梁以及顶板钢筋。除去钢筋数量、规格尺寸以及间距应当满足设计图纸、规范要求外,钢筋接头的位置、紧固程度、绑扎方式都应当得到充分地重视。 5.2混凝土工程 施工现场混凝土均采用商品混凝土。部分二次构件所需低标号混凝土可以在现场完成拌和工作。在商品混凝土进场前,严格按照设计图纸当中的配比进行试配并复试合格,应明确各种添加剂复试结果和添加数量。进场后的商品混凝土应检查配合比标号、拌和时间、浇筑部位后使用。本工程项目基础筏板厚度1米,部分地下结构剪力墙厚度0.6米,为了有效消除内外温差引发内部应力释放造成的裂缝问题,混凝土浇筑工作完成之后,内外温度差不可以超过25℃,为了实现这个目标,除了在商品混凝土拌合中应用低热量水泥以及有效控制水泥使用量之外,也应当在混凝土当中添加一定数量减水剂,最终得以混凝土墙体防裂能力和抗渗能力得到保证。 6技术管理 6.1钢筋工程技术管理 高层建筑钢筋工程中暗梁因锚固要求端部带有一定弯钩,所以在连接中不可使用单向直螺纹套筒连接方法,必需使用正反丝直螺纹连接模式,直螺纹连接完成后应使用力矩扳手逐一检查,接头两端外漏丝长要符合规范要求;暗柱的箍筋加工时要保证平直段长度,安装时必须采用上部套装方式,箍筋开口方向应错开。 6.2混凝土工程施工技术管理 混凝土浇筑工作进行的过程中,应采用逐步推进的方式,先墙板、楼梯,后板面,混凝土也会因此形成一种扇形流动的态势,逐步将浇筑工作全部完成。混凝土浇筑工作应当连续完成,各项工作之间的间歇时间不可以超过混凝土试配环节中的初凝时间,浇筑找平完成后,迅速覆盖塑料薄膜或棉毯等保温、保水材料,应全面覆盖不留死角。当设置有后浇带时,需提前搭设独立的模板支撑体系,拆模过程中,这个部位的模板不得拆除。待整体结构完成后按照设计要求时间再行浇筑。浇筑时后浇带内垃圾清理干净,钢筋重新调直并除锈,两侧混凝土界面凿毛并涂刷界面剂,应采用比原结构强度高一级的微膨胀混凝土完成浇筑及封闭工作,待后浇带混凝土浇筑完成之后,及时采取覆盖保温、保水养护措施,以免形成干缩裂缝,造成后期楼板裂缝。 6.3加强对施工技术的管理与监督 作为建设单位,需加强监督和管理力度,促进施工技术水平的提升;作为施工单位同样要对施工技术进行不断完善和改进,从工程质量角度来分析,在实施监理工作过程中,监理单位会根据日常工作总结经验,并逐渐构建相应的理论,而施工单位会在受到监理过程中进一步加强自身技术的完善性,从而为建筑工程质量提供有效保障。在具体实施过程中,作为施工单位不仅要保障整个工程项目的质量,同样要重视整个工程项目的经济收益,而作为监理单位,只有严格把控施工质量,确保整个工程建筑依照计划进度来实施,才能在确保工程质量,并为整个工程的经济效益提供保障。而作为施工单位同样要依靠监理单位来对自己进行约束,从而依照施工进度来进行施工,同时要积极引入新的施工技术,促进和强化施工进度,重视监理制度的重要性,从而为自身发展提供有效保障。
路基是公路工程建设过程中最为关键的一部分,其施工质量会对公路工程的整体质量产生直接影响。公路不仅会对一个区域的交通环境产生影响,而且也会应影响一个区域的经济发展情况。因此,公路工程建设人员要从实际情况出发,提高公路路基质量。 1控制公路路基施工质量的意义 路基是公路工程建设过程中的一项重要构成部分,其会对公路工程竣工应用的安全性产生直接影响,也是确保公路在日后应用过程,安全性的基本保障。因此,在公路工程建设过程中,对公路的路基结构的会质量和作用,以及路基整体的稳定性也都提出了更高的要求,因此,相关作业人员,要确保公路路基结构的承载力能够满足公路工程在具体应用中的需求。但是,公路路基施工期间,受不同材料、不同地区、不同设备等各项因素的影响,导致施工人员在实际施工期间,必须采用不同的施工技术提升工程的整体质量,这在一定程度上都增加了控制施工技术的难度[1]。由此可见,在公路路基施工期间,施工人员要对公路路基施工中出现的各项问题进行详细分析,在明确路基施工控制情况的基础上,对路基施工质量控制技术进行适当更新,并且要做好相应的调整工作,避免材料、设备,以及复杂的施工环境对工程施工造成不良影响。将施工质量控制技术合理的应用到公路路基施工中,能够提高公路工程的整体质量,从而提高交通的运行效率,使人们的出行变得更加方便。 2公路路基施工的具体特点 2.1条件复杂 公路工程在建设过程中要穿越不同的环境,这也就导致公路路基建设要在不同的地质环境下进行。实际施工期间,经常需要面对复杂,并且多变的环境,虽然公路工程施工技术看上去并不复杂,但是,在实际施工过程中,施工会受到外界各项因素的影响,经常会出现意料之外的问题,这也就增加了工程在实际施工过程中的难度。 2.2难以管理 公路路基施工涉及到的范围较大,因此,在工程实际施工过程中,施工人员的数量也较多,因此,在施工期间,经常会使用大量的机械设备,施工人员和施工设备较多,这在一定程度上也都增加了公路路基施工期间,在具体管理方面的难度,增加了公路路基工程具体施工的困难性。 2.3投资大 路基是公路工程建设过程中的一项重要内容,其占到了整个公路工程整体敷设的50%以上,因此,在公路路基工程建设中,要投入大量的资金,同时,工程的建设周期也较长,这也增加了工程建设过程中的人工成本。 2.4难以控制进度和质量 公路路基的施工环境较为复杂,外界环境会对公路路基的整体质量产生影响。因此,在实际施工期间,设计方面经常会发生不同程度的变动,这将会影响公路路基的施工进度和质量。 3控制公路路基施工质量技术 3.1做好前做好相应的准备工作 公路路基施工前,作为施工人员要详细阅读施工图纸,全面掌握施工图纸中的每一项内容,避免在施工中出现不必要的失误。在实际施工期间,施工人员应当做到以下三点:(1)依据图纸结合实际情况,了解整个工程的全貌。(2)做好设计图交底工作,并且要在此基础上,完成相应的审查。(3)依据设计图纸,对水准测量等各项内容进行确定,同时,要在施工现场完成相应的复测,对可能会出现的失误能够起到一定的预防作用[2]。 3.2优化设计方案 在公路路基施工期间,要对路面设计方案进行合理优化,要加强对路面交通流量具体情况的重视,并在此基础上,加强对交通车辆可能通过的超重车比例情况的重视,对路面结构层应用的各项技术标准加以重视。设计半刚性结构时,应当优先选择强对温度稳定性好、抗力强度好,依据具有不错干缩性的材料,将其作为公路路基工程建设的基层,提升公路工程的整体质量。 3.3控制路基防护施工质量 公路路基工程建设期间经常会出现各种安全事故,路基滑坡是公路路基损坏中相对来说比较严重的一种,在工程具体建设过程中,因为受实际情况的影响,应当设施陡坡相对较高的路基边坡,这将会增加公路路基工程在具体应用期间发生滑坡事故的几率。由此可见,在设计公路路基,以及开展相应的施工时,应当针对公路路堤的安全性和稳定性,制作一个科学的设计方案,做好边坡在实际施工时的极限坡度进行科学选择,从而防止路面因为遭受雨水的冲刷。此外,还应当依据具体情况,采用砌石块,以及喷射混凝土的方式,完成对公路路基边坡的防护,也可以利用挡土墙、铁丝网等相关防护措施,最大程度减少雨水对公路工程的破坏程度。 3.4合理预防公路路基沉降现象 如果公路路堤较低,应当利用较好的填料对软土层进行更换,应当封层填平,并且要做好相应的碾压工作,使其高度能够与原路基高度相同。如果公路路基高度较高,在具体处理过程中,可以利用打砂桩、木桩、石灰等措施进行,同时,也可以采用具有较好渗透性的填充物。路基铺筑期间,应当通过分层方式,完成对各种物料的填补,同时,应当做好相应的压实作业,及时将流向公路的路基地面水排掉,避免积水对路基的质量造成影响。在施工期间,如果由于填料或者填筑方法,导致公路路基面在应用期间发生了沉降现象,应当样的依据相应的规定,重新开展铺筑、压实各项操作,同时,在该期间,还要做好相应的清沟工作,使地下水位能够降低到一个理想标准,填石路堤要由下而上,利用尺寸不同的石块,完成相应的填充作业,针对填充过程中存在的缝隙,可以利用石渣、砾石等完成填补。 4结束语 控制公路路基施工质量应当与公路工程所在地区的环境,以及工程的具体要求相结合,从而使各项保护技术的作用能够可以得到充分发挥,确保公路路基的质量可以达到人们的要求标准,为人们提供一个良好的交通环境。 参考文献: [1]贺新龙.公路工程沥青路面施工技术与质量控制要点探析[J].科技风,2018(35):124. [2]赖楠.公路工程中路面路基施工的质量控制措施[J].中国标准化,2018(18):135-136. 作者:史亚军 单位:中铁一局集团第四工程有限公司
作为交通控制系统组成部分,城市交通信号控制系统使用分布式系统,其在时时变化的动态交通环境下,只能够根据局部路口以及关联路口信息的基础上设计信号协调机制,保证交通顺利。 1智能体技术下的交通控制系统架构 在城市交通控制中,传统的控制模型一般使用的是集中式的架构,若是路口范围扩大,这种集中式的架构就无法进行交通数据的大量传输控制优化,无法保证系统维护的安全性。随着科技水平的不断提高,计算机技术的不断进步,智能技术得到广泛发展,在智能体技术中,其将智能体分为静态智能体和动态智能体两种,其作为一种分布式的系统平台,通过建立的智能网络建立了多个模块构成的智能管理凭条,该技术在城市交通系统中的应用十分具有意义。本文在城市交通数据中应用智能体技术,为交通系统管理水平的提高作出努力,智能体系统架构主要分成了三种类型,分别为分层式、网络式、混合式。分层式的组织形式是使全部系统整体分解成多个子系统,而各个子系统之前能够实现交互工作;而网络组织形式是使系统整体分散,分散后的系统变成了不同的子系统,彼此连通,相互独立,在局部网络中使用,使用时可以对高复杂性的工作进行处理协调和高速运算。混合式的组织形式包含了前两种形式特征。本文提出的城市交通信号控制系统主要围绕的是动态智能体技术实行的,是一种城市交通控制管理技术。此外,动态智能技术更具自身对网络、异构环境等方面的特征能够保证系统可以在大规模交通实时运行中将运行信息传输到子系统,提高交管效率。 2城市交通信号控制系统中的智能体技术应用 2.1交通集成控制 城市交通信号控制系统中应用智能体技术,这对于城市交通信号网络而言是十分必要的。控制城市交通信号时,通过网络化智能技术中的集成技术对交通信号进行控制,将城市交通交叉口和相邻的信号进行统一的管理,最后再进行自行道路管理,同时提高交叉口的信号控制能力。在整个流程中,利用信号灯和通行标志对交通信号进行规范设置,环节交通压力。同时,结合交通信号控制与诱导协同,根据诱导控制理论将一体化的信号灯进行统一管理,最后利用实时情况促使交通调控。基于智能体技术的交通信号为城市交通情况制定交通引流计划,使得交通出行更加的便利、安全,完善城市交通的管控工作,为交通信号系统的进一步发展奠定基础。 2.2交叉口控制 城市交通信号控制系统中应用智能体技术,通过集成方法管控交通网络,利用系统中的单层分布式智能体管控信号灯,系统管理信号灯,实现了城市信号网络的全局控制,使得各个交叉路口的信号灯能够得到协调的控制。利用时间和空间的分离计数,对城市道路交叉路口的信号灯进行协调科学的控制,按照车辆方向、类型以及行进速度等方面的差异对具体的车道进行划分,通过分流处理城市交通道路使不同车道上的信号灯能够实现智能化的控制,改善城市道路中交叉路口的通行环境,环节道路拥堵问题,保证道路交叉口通行顺利。同时,应用智能体技术也能够使得行人及车辆的行驶路线得到优化设置,使得行人的出行安全得到提升,交通秩序更加规范,防止由于信号灯而导致的交通拥堵或是其他问题的出现。随着科学技术的发展,智能体技术在城市交通信号系统中得到广泛应用,使得交通信号控制系统之间的互用性得到提升。在计算机技术应用的基础上,将智能体技术与集成思想相结合,通过对城市交通网络系统的一体化管理,进而促使城市道路中的各个交叉口能够完成实时的信号交互工作,以促使各个路口中的交通状态能够得到良好的了解。系统性在交互的过程中,通过实时交互的交通流信息来制定相应的通信计划,使得道路拥堵情况能够得到及时的缓解、改善。此外,为了解决本系统的动态不确定性,智能体技术利用其本身的静态功能使得各子系统之间的配合更加协调,同时按照静态编码控制算法和服务使其能够在动态变化中不断适应,进而有效的控制整个交通信号系统。 3结论 综上所述,本文通过对智能体技术下的交通控制系统架构的分析,进而从交通集成控制与交叉口控制两方面研究了在城市交通信号控制系统中应用智能体技术,充分利用该系统高的不确定性、可扩展性、交互性特征,使信号灯系统能够在动态的交通变化形式中保证不同路口信号的交互协作工作,根据交通信息变化状态制定通行路径,加强信号灯系统管控城市交通的能力,改善城市交通环境,增强人们出现的便利性和安全性。 参考文献: [1]张磊.多智能体技术在交通系统中的应用研究[J].山西建筑,2016,42,07(18):256-258. [2]屈晓光.基于多智能体的城市交通控制系统研究[J].城市地理,2016,22(08). [3]杨涛.基于多智能体的区域交通信号控制系统研究[D]. 作者:孙宇帆 单位:重庆交通大学
随着城市化进程的加快,智慧城市依然变成重要的发展方向,因此提高对云计算及物联网技术在智慧城市中的应用的重视程度,充分结合云计算及物联网技术的优势特点,使其能够圆满完成智慧城市建设的重要任务,推动城市化的快速发展。 1相关理论概述 智慧城市主要为众多科学技术不断发展与应用的背景下产生的区域发展概念。智慧城市借助对各项技术的整合应用,通过全新的呈现方式对传统城市服务管理模式进行改变,使城市数字职能化与管理信息化得以实现,为城市创造优秀的环境,促进城市发展建设与可持续发展。云计算依托大数据背景下,基于互联网与计算机技术的创新发展从而产生的综合性产物。当前,广义上的定义主要是指“云计算为可供选择具备虚拟性与资源共享性等特点,根据使用量采取付费模式”。当前,云计算技术被广泛应用到各个行业领域,发挥关键作用。物联网作为新时期信息技术的重要构成,基于互联网为主要核心,借助网络与技术的发展延伸,从而实现了物体之间数据信息的交换与分享以及沟通交流。对于智慧城市而言,其主要为“数字城市”同云计算以及物联网的联合作用下的全新产物,城市发展建设的建立,主要是依托云计算与物联网技术应用的前提下得以充分实现。一般情况下,针对智慧城市系统中的“感知层”以及“应用平台”与智慧层,采用云计算与物联网技术的结合应用,用以确保智慧城市功能与效果的全面发挥。 2云计算及物联网技术在智慧城市中的应用 2.1道路交通体系 道路交通是城市发展建设的重要组成,对智慧城市的发展建设具有十分重要的影响。不过对于城市建设而言,交通管理却无法有效满足城市建设发展的实际需求,通常容易发生各类交通安全事故等问题,对交通体制的优化发展造成不利影响。鉴于此,对于智慧城市道路交通系统发展建设而言,借助云计算与互联网技术进行科学应用,能够有效解决此类问题的发生,对交通管理加以完善优化,有利于道路交通的建设发展。智慧城市交通发展建设阶段,应用物联网技术实行分区域管理。借助远程管理系统,完成GPS定位、远程交通指挥等日常工作,能够有效提升交通管理的整体效率。物联网技术的应用,能够对交通信息进行全面收集整理,提升交通管理的科学性、便利性,从而减少交通意外的频繁发生。此外,云计算的应用,可以对交通现场的复杂情况进行动态分析与判断,获得交通发展的走势,为交通管理部门提供科学合理的依据,便于工作人员对交通事故进行快速处理,明确现场事故双方责任,提升案件处理的水平与效率。 2.2城市基础设施体系 对于城市基础设施而言,其可以为智慧城市提供公共服务,云计算与物联网技术的应用能够推动基础设施发展建设,使传统城市存在的公共服务问题得到有效缓解,对城市居民的整体生活水平的提升起到促进作用。例如,依托GIS与RS、GPS等云计算技术,建立智慧城市共享服务平台,提升政府机构同城市居民之间的有效沟通交流,使政府管理工作更加公开透明。同时,云计算与物联网技术能够保护城市卫生环境,对城市供电供水进行监督,并对城市污水排放进行管控,强化对违法行为的高效监管,促进城市安全监管整体水平的不断提升,对城市生态环境进行改善,从而实现智慧城市的健康发展。 2.3医疗服务系体系 城市发展建设过程中,医疗卫生行业为服务行业体系的重要构成部分,成为确保城市可持续化发展的重要因素。当前,智慧城市发展建设阶段,云计算与物联网技术被应用至医疗服务体系的各个层面,促进了医疗卫生行业数字智能化与管理信息化的发展建设,使行业管理效率与优势得到明显提升。对于智慧城市医疗服务体系而言,应用云计算技术建立医疗卫生数据库以及综合服务管理平台,对病患信息进行采集整理与综合管理,使工作人员的复杂工作量得到明显改善。与此同时,借助计算机网络技术的应用,增强医院内部之间以及同外部之间的沟通交流,使居民就医效率得到明显提升,提升了城市医疗服务的整体效率与水平。除此之外,云计算与物联网技术的整合运用,促进城市医疗服务网上挂号的实现,提升医疗服务整体水平。 2.4物流服务体系 智慧城市发展建设阶段,物流服务体系成为最初应用物联网技术的行业。通过实践得知,物流服务体系中对于物联网技术的应用,推动了物流行业领域的智能信息化发展,从而为各行各业提供优质便捷的物流服务。针对当前的技术应用情况来看,物流服务体系中应用较为广泛的云计算与物联网技术主要涵盖大数据技术、GPS、传感器技术以及射频识别技术与红外线自动感知技术等,为智慧城市的发展建设提供了重要的技术保障。物流服务体系作为城市发展建设阶段率先应用物联网技术的行业领域,历史多年的发展,物联网技术的应用是行业自动化效率快速提升,通过物联网技术的应用,对数据信息进行快速高效的收集整理,增强工作的整体效率与质量,提升物流服务的整体质量。物联网技术与云计算技术的科学合理应用,能够使物流服务体系更加健全完善,简介对智慧城市的发展建设提供促进作用。 3结论 综上所述,智慧城市的发展建设能够实现城市的数字信息化发展,推动社会不断创新发展。云计算及物联网技术能够应用到智慧城市建设的方方面面,相关人员需基于现有技术应用范围,重视对云计算及物联网技术的创新优化,拓展运用领域,为智慧城市的发展建设提供可靠技术保障,促进智慧城市的可持续发展。 参考文献: [1]宁利立.智慧城市构建中云计算及物联网的运用研究[J].智能建筑与智慧城市,2018(01):20-21. [2]陈朝鸿,陈立.基于物联网技术对智慧城市建设影响的探讨[J].中国新通信,2018,20(14):52-53. 作者:秦志中 单位:武汉理工光科股份有限公司
0引言 机械制图是中职机械工程专业的基础课程之一,该课程不仅要求学生具备扎实的机械技术功底,同时还要具备出色的绘图能力、识图能力与读图能力,对学生的抽象思维与空间思维都有较高的要求。传统教学模式中,机械制图课程多以平面展示教学为主,随着现代技术的发展,逐渐演变为多媒体动态演示,仍然无法摆脱课程资源稀缺、理论与实操脱轨等问题。针对以上问题,立足课程改革背景,对机械制图与现代信息技术的融合教学展开分析。 1融合现代信息技术的机械制图教学特征 1.1人机交互———精准投放课程资源 所谓人机交互即指人与设备之间的互动,在生产制造领域中,常常用来表示利用人工智能将详细的工作数据呈现出来,以便于人们了解机器当前的工作状况。而在实际教学过程中,人与设备之间的互动则体现在计算机对学生学习数据的掌握上[1]。一般来说,教师可以在课前将学习资料通过在线学习平台分享给学生,由学生独立观看、学习,并按照课件中的资料提示进行相关操作或是习题演练。而在这一过程中,系统完整采集学生学习数据,包括观看课件时长、测试成果统计、错题资源整合等,以此作为分析学生课前学习情况的数据样本,并自动生成图表资料帮助教师了解学生的学习情况。利用人机交互过程提供的信息,教师可以充分掌握班级真实学情,并以此为基础制定教学计划。在智能系统的辅助下,还能快速在数据库海量信息中索引契合学生需求的多媒体课件、电子教案、集成图形、试题库等数字化资源,并将其打包发送给学生,从而进一步保证教学开展的有效性。 1.2数据集成———统计整理学习生产资料 机械制图课程内容包括制图的基本规定、正投影基础、基本几何体、平面图形、组合体、机件表达方法、零件图、装配图等相关知识[2]。目前,在课程改革背景下,无论是知识的深度还是广度都更契合当前中职学生的学习标准。但目前所使用的教材中,依旧存在着一个较为显著的问题,即知识内容理论性过强,但与现实工作岗位衔接不够紧密,导致教学效果无法达到理想状态。例如,教材给出的一些零件示意图样中,往往会详细标注零件的尺寸、工艺要求、设计方案,却忽略了详细地为学生介绍该零件通常被应用于哪些设备之中,以及其具体的作用,这与学生的实际需求并不相符。而在信息化教学模式下,学习平台收录的资料中不仅有完整的理论内容,同时还能够结合学生的专业特点,系统搜集岗位中的生产资料、工作任务,不仅能够有效拓充学生知识视野,同时还能根据学生自身需求汲取知识养分。这种教学模式不仅能为职业教育改革提供源源不断的动力,同时也为其课程体系建设提供充足的资源保障,真正意义上实现了专业的升级与发展。 1.3机器学习———实现任务引领教学 现代化信息技术强调机器与人一同进步,也就是通过系统平台保留学生的学习数据,通过掌握学生当前的学习进度,结合学生学习特点,自动推送相关的学习资料,以便帮助学生更好地实现自主学习[3]。例如在当前部分项目化课程安排中,教师常会结合真实的企业生产任务,组织学生以小组合作的形式进行专项突破,以此增强学生的实操能力。但因缺少相关的实践经验,学生在进行课后自主学习的过程中往往会遭遇许多障碍,甚至产生无从下手的困惑。此时系统平台能根据学生日常的资料索引记录,自动推送与学习任务相关的资料文献或视频图样,以此有效地对学生进行指引,并提高其自主学习的效率。在智能技术支持下,不仅可以有效降低学生的学习难度,更有助于拓充学生的知识积累,使其创造能力和组织能力都得到相应提高。 2关于课程改革背景下的教材建设思考 2.1依循岗位需求拓充教学资源 当前国家职业教育改革的重要特征之一,便是强调学科全面向职业岗位靠拢。基于这一根本发展目标,目前中职机械制图课程不仅需要重点融合职业技能的知识点和技能点,同时还要关注与学生发展相关的职业素养教育及思想观念教育,进而有效实现复合型人才的培养。在这一背景下,专业教师需要积极发挥信息技术在资源整合方面的特长,配合教材内容适当拓展课外学习资料,如行业发展前景、国内外技术创新、专业领域突破等,以此培养学生良好的发展观念,并增强其对工作岗位的深度了解,助力学生取得更好的发展。 2.2实现教学材料的数字化建设 机械制图课程的主要教学目标是培养学生的识图、读图能力,通过熟练解读图形语言,了解机械配件的设计原理,最终形成熟练制图的能力[4]。而利用数字化的课程资源不仅能够更好地为学生展示图样信息,还能详细为学生分解制图过程,使学生可以深入掌握操作的每一个细节,对提升教学效率具有显著意义。除此之外,在数字化课程资源下,学生可以随时随地对教材中的学习资料进行搜索,并将自身关于知识的一些想法或问题记录下来,有利于灵活地进行自主学习,同时也更契合课程改革的教育特征。因此,教师应当加快教材的数字化建设,以此推进教学改革进程。 2.3依托智能APP与纸质教材互动 通过现代智能APP软件,教师可以推送作业内容、课程订阅、课件视频、资料分享等在线教学数据,更为关键的是能实现移动终端与传统知识教材间的即时互动,使信息技术真正意义上成为辅助学生学习的有力工具。例如通过SolidWorks应用软件,教师可以将教材中的模型图片制作成三维立体模型,并自动生成与之关联的二维码。随后将模型储存在教学平台数据库中,学生在学习过程中想要更为全面地了解模型细节,可通过扫描二维码获得该图片各个方位的三维投影,以及与之相关联的资料拓展或细节剖析等,不仅有效拓展了教材容量,也使信息化教学特征更加明显[5]。 3基于现代信息技术的中职机械制图课程改革 3.1全面调整教学结构 现代化信息技术的鲜明特征,在于能够实现人与机器顺畅互动,这一点对于教学活动来说,既是进步升级的体现,同样也是实现课程改革的契机。但在实践教学过程中,很多教师并没有正确把握这一特点,依旧沿用传统的多媒体教学模式,使信息化教学更加偏向于“展示”,而不能体现其构建、统计、精准的技术优势。因此想要真正实现课程改革,教师不仅要对信息技术的应用进行深入思考,更要关注与之特点相符的配套课程模式,完整地发挥出信息化教学的育人功能,在提高学生学习效率的同时,赋予其全新的发展观念。以“平面切割回转曲面体”教学为例,传统的多媒体教学中,大多通过动态演示为学生呈现不同角度的切割对曲面体三视图及截交线的变化。这样的教学方式虽然直观但是却略显刻板,缺少对学生空间想象思维的培养,不能很好地建立其对图形的感性认知[6]。而在信息化教学模式下,教师可以在课前通过智能教学平台将教学课件分享给学生,学生可以利用SolidWorks等制图软件来调整图片中的模型参数,可以更清晰地把握图形截面与线条之间的变化规律。在此基础上,教师可以确保学生在课前对所学知识的基础内容进行初步了解,通过在线试题测验统计学生的学习情况。在回归线下教学的过程中,教师可围绕学生课前自主学习中体现出来的问题进行针对性讲解,并空余出更多的教学时间来为学生延伸该项技术在现实生产中的应用范围,使教学内容与职业岗位更加贴近,完整地发挥出信息技术优势,更好地引领学生了解专业技术。 3.2联系企业工作岗位 随着职业教育的不断发展,促使职业院校进行改革的不仅是技术设备的升级进步,同时还包括发展理念与市场需求的快速调整。因此对于中职机械制图教师来说,在以就业为导向的课程改革背景下,其教学内容的设置不仅要关注学生个体差异,更要加强对现实工作岗位的深入思考,结合职业发展趋势为学生打造健全的能力体系,确保其获得持续发展的核心动力,并体现出课程改革的实效性。为此,教师可以借助信息技术加强与企业之间的联系,除了持续关注行业发展动态之外,还可以鼓励学生通过合作企业来承接一些相对基础的制图工作项目,帮助学生更加深入地了解未来工作性质与能力标准,有意识地提高其专业技能[7]。除此之外,教师还可以以智能教学平台作为依托,邀请企业中具有丰富操作经验的构图设计师为学生开展线上教学,使学生不断了解新的机械技术,并适时提出一些学习中存在的问题。通过该方式帮助学生掌握关键生产技术,并使其接受一定的职业生涯规划教育。更好地实现素质教育改革理念,确保学生的各项能力围绕企业用人需求和职业实践获取和养成。 3.3设计实训操作项目 课程改革背景下,职业教育的最终目标不仅是帮助学生掌握扎实的基础知识,还包括引领学生的发展观念,使其意识层面逐渐富有创造力、想象力、自驱力,成长为具有鲜明时代特征的进取型优秀人才。为此,教师应基于信息技术构建的网络平台,为学生不断创造实训操作机会,并鼓励学生将一些有关专业的新颖想法大胆表现出来。真正改变传统教学模式,使课堂成为师生共同搭建的智慧交流场所,而非教师单向灌输知识的渠道[8]。在信息技术支持下,教师可以将学生的视野转移至本专业以外的层面。如与数控加工类专业的学生进行在线交流,通过不一样的视角来了解机械制图的原理及生产功能。同时可以通过与其他专业学生交流,使学生从中获得启发来独立开展一些设计尝试,并通过跨专业整合不断提高自身的绘图技巧,不仅能够培养学生的创新意识,也有助于提高学生的操作水平。除此之外,教师还可以引入一些职业技能大赛的竞赛项目,组织学生开展校内的专业比拼活动,使教学内容不再是重复单调的讲解、练习。 4结语 综上所述,在总结了现代信息技术教学特点的基础上,对中职机械制图课程的教材调整与课程模式进行了思考分析。希望能够以此助力学生获得更好的发展。 参考文献: [1]潘美祥,虞国军.基于名师工作室的专创融合专题资源建设研究:以《机械识图与创新》系列课程为例[J].中外交流,2020,27(22):144-145. [2]张立峰,周蕊,丁宁,等.新工科工程教育模式下的机械制图案例教学研究[J].教育现代化,2020,7(105):162-165+169. [3]赵晏,周红.基于信息技术的中职《机械制图》立体化教材建设[J].南方农机,2019,50(11):170+178. [4]顾勇,袁鸿斌,吴小涛.《机械制图》课程信息化教学与研究[J].南方农机,2019,50(19):212-213. [5]王黎光,刘芹.SolidWorks在高职《机械制图》课程教学中的应用研究[J].科技资讯,2019,17(17):60-61+63. [6]王丽萍.信息化教学引入机械制图课堂探析:以《机械制图》中组合体尺寸注法为例[J].职业技术,2018,17(1):32-34. [7]韩超,武立伟.“互联网+”时代机械制图创新教学模式的研究与实践[J].南方农机,2019,50(11):135. [8]马敬累.中职机械制图课程教学改革探讨[J].信息记录材料,2018,19(10):183-185.(03) 作者:张艳玲 单位:盐城机电高等职业技术学校
近几年,人工智能技术已经应用到了机械电子工程中去,因此这一产业也发生了决定性的变革,现如今很多从事机械电子工程行业的企业,要想在日益激烈的行业竞争中获得胜利,就必须将人工智能技术的应用全面化,这将决定了机械行业今后的进一步发展,从而获取非常惊人的利益。因此,本文就人工智能技术在机械电子工程领域的应用进行了研究,一方面阐述了机械电子工程及人工智能的相关概念;另一方面阐述了人工智能在机械电子工程中的应用。 现如今,每一个国家都特别注意机械电子工程的发展,只有提升了机械电子工程的水平,才能提高本国的生产力竞争水平。随着科技的进步,人工智能得到了实现以及快速发展,它的实现是各个学科的交叉综合,并将这些与机械电子工程进行了有机结合,使得近年来,各个国家高度重视机械电子工程的发展,以提升本国的生产力竞争水平。人工智能是科学技术不断发展的产物,也是各个学科交叉综合之后的成功尝试,将其融入到机械电子工程中,能够提高机械电子的工作效率。机械电子工程是传统机械工程与现代电子工程的有机结合,随着人工智能技术的不断发展,机械电子工程由传统的能量连接向信息连接转换,进入到了一个新的发展领域。机械行业竞争日益激烈,为了在激烈的竞争中取得胜利,机械电子工程企业需要不断提高智能控制水平,加强对人工智能技术的研发,以取得更多的经济效益。 一、机械电子工程及人工智能的相关概念 (一)机械电子工程的相关概念 进入二十世纪,机械电子工程学科开始出现,它是由机械工程与电子工程、智能技术等技术手段结合而成的新的发展领域。机械电子工程发展至今已经经过了三个阶段的发展,在初级阶段,主要通过人工来推动机械电子发展,通过人工来将相关的机械作业完成,这样的效率是非常低的,十分不利于生产力的提高。接下来的阶段就是工业革命的发生,出现了流水线作业的方式,这种方式的方便性就是让操作的工人不需要再了解整个的工序,只了解自己负责的这个环节就可以,这就是所谓的分工明确,既生产了更多的物质,又让工人的双手得到了解放。但是却出现了一种现象,就是批量化的生产让标准件的要求有了提高,也正是因为如此,流水线难以负荷社会发展的需求。最后阶段就是现代机械电子产业阶段,在这一阶段很多的工人被应用到机械设备中去,这些机械设备能够更好的满足人们的生活需求,让电子机械工程得到了迅速发展。机械电子工程与传统的机械工程相比更具优势,最为重要的表现就是,在设计和特性上有非常大的不同。机械电子工程依据系统配置和目标,与管理技术、制造技术等其他技术有机结合。作为机械电子产品,其结构是非常简单的,虽然他的内部非常的复杂,但是整个物体的体积是非常小的,产品的性能得到了迅速提高。 (二)人工智能的概念 进入二十一世纪,人类最伟大的发明就是人工智能,它是综合控制论、计算机科学、心理学、语言学等多门学科的交叉学科。发展到今天,人工智能的争议很大,没有形成统一的定义,人工智能主要就是研究用计算机模拟人脑的一种全新技术,核心是通过计算机模拟人的思维方式,利用这一点来帮助人们处理各种事物。现阶段,人工智能是今后很长一段时间内计算机发展的方向,也正是因为这个原因,成为了世界上最为先进的三大技术之一。随着互联网技术的进一步发展,各个行业里都应用到了人工智能,并取得了非常很好的成果,而且人工智能分布式主体方向的出现以及发展,让人工智能的发展找到了新的方向。 二、人工智能在机械电子工程中的应用 人类社会能够得到快速的发展,离不开最根本的两种因素,那就是信息和物质,人类社会初期,人们的生产能力非常低,也没有多少科技可以发展,这时人们的生活中最为重要的是物质。经过很长一段时间的发展,人类的生产水平得到了提高,人们已经开始知道信息的重要性,特别是文字的出现,让信息得到了更好的传播。近十几年来,互联网的出现以及普及,既给信息的发展带来了机遇,也给信息的发展带来了挑战,也正是因为如此,人类社会进入了信息社会的时代。人工智能技术的出现,又让人类社会进入信息化时代的速度得以加快。随着经济的不断向前发展,人们所需要的系统也越来越高,同时也要处理很多不同类型的数据,例如传感器需要传递数字信息和语言信息。因为人工智能进行处理信息时,有着很大的不确定性,所以这就导致了之前以知识为基础的信息处理方式将进行整改,转换为推导数学方程的方式。在机械工程中引用人工智能技术,建立相应的人工智能系统主要有两种方法:神经网络系统,通过模拟人脑的结构来分析信号和数据,并给出相应的参考数值;模糊推理系统,则是通过模拟人脑功能来分析语言信号。这两者是有很大的相同之处的,都是通过网络结构的形式使用各种精度来接近连续的函数,但是也存在着不同的地方,和神经网络系统相比较,模糊推理系统的物理意义更加的明确;神经网络系统的映射方式是点到点,模糊推理系统的映射方式是域到域;神经网络系统储存信息的方式是分布式,模糊推理系统则是规则的方式;神经网络系统计算量较大,模糊推理系统计算量较小;神经网络系统精度较高,模糊推理系统精度较低。 三、结语 综上所述,随着科技的飞速进步,作为机械电子工程,要及时的革新自己,结合两种方法之间的优点,机械电子工程可以提升自身的自动化水平,应用到人工智能,其智能化水平也得到了飞速提升,让机械电子工程能够快速准确的达到要求,这样才能更好的服务于整个人类。
主轴是数控车床最关键的的部位,对机床起着至关重要的作用[1-2]。由于刀具与工件之间产生周期性往复运动,数控车床的振动不可避免,如果操作不当,振动会导致振刀现象的发生[3]。笔者与某单位联合开发的卧式数控车床,在切削螺纹和重切试验时就出现了“振刀”现象,我们深入一线,通过观察、切削试验、装配调整、查阅技术资料,最终找到了原因,对主轴结构及滚动支承方式进行了改进设计,解决了存在的问题,为进一步开发新产品积累了经验、奠定了基础。 1改进前的主轴结构及支承方式 改进前主轴结构及支承方式如图1所示,车床主轴采用卧式布置。通过对车床多次切削加工、反复试验,发现主轴结构和支承方式存在三个问题:①安装、维修和调整困难。由于主轴前端支承轴承5采用了97000型轴承,可承受轴向、径向力的双向作用,体积小的双列圆锥滚子轴承,轴承的轴向、径向精度由轴承中间隔套厚度来调整,在安装前就必须准确确定预紧力和中间隔套厚度,若主轴在安装时,预紧力变化或工作运转一定时期,运转磨合及磨损后,需要再调整轴承间隙和精度,就必须将主轴6卸下,取出轴承5中间隔套来修磨厚度,造成机床主轴安装和使用维修调整精度困难。②主轴稳定性及位置度不易保证。由于主轴6采用两支承结构,主轴中心与箱体中心的位置度(即两中心的重合度),由前后5、2两轴承保证,后支承轴承2,采用的是3182000型双列圆柱滚子轴承,其位置度由轴承的间隙决定,又因轴承2内孔为锥孔,转动螺母1,轴承2内圈相对主轴6轴向移动,靠膨胀变形,可适当调整轴承间隙,提高位置度,安装位置度好,但内圈右端无限位,当后端轴承轴向受力变化时,内圈将有可能轴向移动,影响主轴间隙,故稳定性较差;前端双列圆锥滚子支承轴承5,其内圈的位置度由预紧力和间隙决定,预紧力小,轴承内、外圈间隙大,轴承内圈中心相对外圈中心易发生偏移,故主轴6的前端位置度不是由轴承5本身精度确定,而是由主轴6安装后,调整预紧力确定,又由于大型主轴是卧式安装,质量重,主轴6在自重的作用下、向下偏移,存在安装时位置度不易确定的问题,同时还存在,为提高主轴位置度而提高预紧力,导致轴承5易发热的缺陷,故主轴6位置度,极不易保证。③容易划伤配合面。由于齿轮3,前支承轴承5与主轴6结合面为圆柱面配合,配合面较严,存在主轴装、拆困难,容易划伤配合面;若放宽配合,结合面就会出现间隙并难以消除,转速较高时,主轴容易产生振动。综合上述存在的问题,用户使用一段时间后,会造成主轴轴承间隙变化,间隙变化产生振动造成故障,这是出现切削螺纹振刀现象的主要原因,继而影响加工精度与效率。为有效解决该问题,需要调整主轴前支承轴承间隙,调整轴承间隙需将主轴组件卸下取出轴承中间隔套,对中间隔套进行配磨或更换,但因主轴体重,装卸需要专用吊具,维修耗时长,给维修调整造成困难。 2改进后的主轴结构及支承方式 经过分析研究,对主轴支承方式进行了如下改进设计,采用了如图2所示结构。我们通过改进优化设计,并在应用中得到验证,消除了振动,达到良好的效果,现介绍如下:①轴承组合使用易于安装、维修调整。将图1主轴前支承97000双列圆锥滚子轴承5,改为3182000型双列向心圆柱滚子轴承15和8000型平面推力球轴承13的组合后,因径向力和轴向力分别由两种轴承各自承担,两方向的预紧力可单独调整,互不干涉,有利于轴承调到最佳状态,减少轴承发热。②主轴稳定性及位置度得到保证。主轴17前后两处径向支承轴承8、15均采用3182000型双列圆柱滚子轴承,故两处的位置度即由轴承8、15的精度和间隙决定,不受重力影响,便于安装,又因8、15轴承内圈为锥孔,间隙调整不用取下轴承,靠旋转螺母7、11调整内圈相对主轴轴向位置,膨胀内圈,调整径向间隙,螺母16,螺纹套9,在两轴承间隙调好后,可锁定轴承8、15内圈轴向位置,保持轴承间隙,不受外力影响,同时在维修时,旋转螺母16,螺纹套9向轴承方向移动,即可方便卸下轴承8、15,故主轴17的安装、拆卸、轴承间隙调整方便,且轴承精度保持性好。③主轴锥面配合效果好。将图1中的轴承5,齿轮3与主轴6的圆柱面配合,改为图2中的轴承8、15,齿轮10与主轴17的锥面配合,便于定心、安装和拆卸,且有利于保护定位面。对主轴进行有限元分析优化,在保证刚性的情况下,加大了主轴的内孔径,通过直径由100mm变为115mm,实现了主轴的轻量化,降低了重量,节省了材料,方便了维护。 3结语 经过改进设计并进行试验后,达到了预期的效果,工厂使用良好。通过改进设计,我们也积累了一些经验。针对大型车床主轴,其特点是质量重、装卸不易,因此选择设计主轴结构及支承方式时,必须注意以下四点:①对于卧式结构主轴其位置度要由轴承来保证,安装后不用调整,不受自重影响。②轴与装在轴上的零件要便于装卸、测量、维修,有利于保护配合面,具有良好的工艺性和维修性。③径向轴承、轴向轴承组合使用,可分别预紧调整,精度保持性要好,且不用拆卸,能随时方便的调整轴承间隙。④在轴的支承方面,尽量采用两点支承,采用三点支承,并且辅助支承点要靠近受力处,其中辅助支承轴承与配合要保留适当间隙,避免三点支承因不同轴而造成主轴别劲,引起轴承损坏和主轴振动。车床的用途不同,工作条件不同,车床主轴结构及支承方案就不同,主轴结构设计及支承方式的选择,应根据工程实际具体问题具体分析。 作者:郝利军 王晓光 单位: 安阳学院 安阳市汽车电控重点试验室
1建筑工程深基坑支护施工存在的问题 1.1边坡修理不合理 在深基坑工程施工中,需要对边坡修理予以重视。但是在实际基坑开挖施工中,施工单位为了尽快施工完成,导致施工过程中的管理不到位,施工人员对待施工质量和施工安全管理的意识较为淡薄,不重视对边坡修理工作,从而导致边坡修理存在一定的安全隐患,影响工程施工质量。 1.2施工设计和实际施工存在很大差异 基坑工程施工方案是指导基坑开挖的基础,但是一些施工单位在编制施工方案时,未对基坑范围内的地质水文资料调查清楚,而借鉴之前类似的施工方案用于指导该处基坑开挖施工。例如,地下水位较高,若采用不具有止水效果的支护方案,会造成基坑开挖中渗漏水。影响基坑支护开挖施工整体进度。 1.3土方开挖施工质量低 基坑施工中,土方开挖施工是基坑施工中的基础,若不重视土方开挖施工,可能会造成开挖严重滞后,无法保障工程的整体进度。同时,土方开挖施工中各个班组协调不到位,互相干扰,也可能会影响工程施工进度,并可能会发生安全事故。 2工程概况 某建筑工程地上30层,地下1层,地下为人防工程及地下室。开挖基坑最深处可达到7.3m,上层为2.5m厚度的粉质土,中部为3m范围内的卵石层,下层为粉质粘土。开挖区域卵石层分布范围广、厚度大,且稳定性相对较差,工程项目部在基础施工工期较长,并且开挖基坑周围的场地受限,仅可以按照1:0.5的坡度进行放坡开挖。根据对基坑开挖地质进行综合分析,拟采用土钉墙和喷锚支护方案进行基坑开挖过程中的边坡支护,以提高边坡的稳定性。 3建筑深基坑支护施工技术 3.1土钉支护施工 土钉支护施工技术,其利用土体与土钉之间相互摩擦作用,提高边坡土体的稳定性和整体性,可有效实现深基坑开挖施工过程中边坡的稳定性。在基坑工程支护施工过程中,需要结合工程施工现场的实际情况,优化工程施工方案,确定合理的土钉强度和长度,并确保土钉的拉力和弯矩的协调作用。同时,在建筑工程深基坑支护施工中,需要注意以下事项:第一,需要进行支护方案进行土钉拉拔试验,确保土钉支护设计方案满足设计要求,以确保土钉支护的边坡的稳定性;第二,需要根据钻机钻杆长度合理设计土钉支护的深度,并在钉孔标注土钉的深度,以确保土钉施工质量;第三,土钉支护施工方案需要根据深基坑边坡土质特征,配置合适类型的水泥浆配比,并在注浆施工阶段,需对注浆密实度进行控制,确保土钉与周围土体之间的有效粘接,以提高土地的稳定性。 3.2喷锚支护施工技术 喷锚支护又可称为锚杆支护,该支护技术是国内外深基坑施工中应用较广泛的一项技术。它主要是利用外拉系统与挡土结构相互结合而提高深基坑边坡的稳定性。其原理是利用锚杆将基坑边坡滑动面与内部土体连接成为一个整体,再借助外拉系统与深基坑的边坡土体结构组合成整体而共同承受土压力,从而实现被锚固土体的稳定。喷锚支护技术主要应用于地下水位以上,且土质为粉土、黏性土、粉土的区域。在深基坑边坡喷锚支护施工过程中,需要严格按照一定的施工流程,准备材料、挂钢筋网、砂浆罩面、钻锚杆孔、打锚杆、注浆、喷射混凝土等。首先,需要根据喷锚施工中所需的材料清单采购原材料,并在原材料进场时严格把控其质量,确保其性能满足施工要求。在挂钢筋网时,需要采用HRB335的钢筋,其直径为6.5mm,钢筋网的间距为250mm,且钢筋网搭接采用绑扎连接工艺,锚固头采用焊接连接,以保障其连接强度。同时,为了确保钻取锚杆孔施工过程中边坡出现塌方现象,需要对边坡面进行罩面处理,可以采用C20混凝土进行边坡罩面处理,确保边坡的稳定性。然后钻取锚杆孔,孔径为100mm,孔深允许偏差为-20mm;再插入锚杆,锚杆采用HRB335的螺纹钢筋,锚杆搭接长度需大于5倍的钢筋直径,搭接处需采用双面焊接。在锚杆插入以后,需及时进行注浆施工,采用纯水泥浆,水灰比为0.45,为了加快注浆速度,可以在水泥浆中掺入早强抗冻剂。最后进行喷射混凝土,在喷射混凝土时,需要确保喷枪与坡面间保持一定的距离,喷射混凝土的厚度控制在10cm,且需分层喷射,一般分两次进行喷射作业,每次喷射厚度为5cm,确保喷射混凝土的凝固效果满足施工要求。 4建筑深基坑支护施工质量控制措施 4.1提高工程施工人员的施工技能 在建筑工程深基坑支护施工过程中,主要参与者为工程技术人员,其施工技能、施工熟练度直接影响工程的开展。因此需要对工程人员进行专业技能的培训。随着工程工作难度加大,工程任务的要求逐渐提高,导致施工人员的技术水平无法与工程要求相匹配,需要对工程人员开展技术培训,以提高工程人员的施工技术水平。 4.2选择适宜的工程施工方法 在建筑工程深基坑支护施工中,需要根据工程特点选择合适的施工方法,保障工程施工方法符合实际情况。同时,为了保障工程施工工作的顺利开展,需要制定适宜的施工方案,制定与其适宜的作业流程,保障工程方案的合理性,从而确保工程施工工作快速高效的开展。 5结论 综上所述,在建筑工程深基坑工程施工中,为了确保基础工程施工顺利开展,避免边坡塌方,需要对边坡进行支护,而对于周围受限的基坑支护,可选择适宜的支护方式,并根据施工方案严格控制支护施工过程,减小基坑施工中边坡出现不均匀沉降、变形,提高基坑边坡的稳定性。 参考文献: [1]李超.高层建筑工程中深基坑中支护施工技术研究[J].江西建材,2015(13):55-56. [2]邹洋.建筑工程中的深基坑支护施工技术分析[J].江西建材,2015(14):99+104. [3]罗元国.分析高层建筑工程深基坑支护施工技术[J].低碳世界,2016(02):143-144. [4]曹雄伟.试分析建筑工程施工中深基坑支护的施工技术管理[J].绿色环保建材,2016(09):86. 作者:姚芬 单位:陕西西安职业技术学院
本文将对机械电子工程节能控制技术这一话题进行分析探讨,并提出切实可行的措施对其予以解决,具有重要的现实意义。 1节能控制技术在机械电子工程中的重要性 节能控制技术在机械电子工程中发挥着重要作用,贯穿其发展全过程。节能控制技术的应用,不仅可以节约能源,而且也可以降低能源的损耗。同时,也可以使得机械电子工程的价值得以充分发挥和凸显,促使机械电子工程达到开源节流的发展目的。换而言之,节能控制技术在机械电子工程中的应用,既保证了机械电子工程的生产效率,又保证了其生产质量,促使其质量和效益实现有效统一,为机械电子工程深化发展夯实根基。 2机械电子工程的发展概况 2.1种类较以往增多 从当前发展情况来看,机械电子工程的种类较以往而言实现大规模增长。种类具有多样化,在原有种类的基础上实现进一步增加,丰富了机械电子工程的生产内容和形式。与此同时,机械电子工程的生产效益也在不断提升。 2.2具有完备的工程管理制度体系 我国的经济发展与电子机械工程之间存在紧密的联系,经济发展有赖于电子机械工程效益的增多。电子机械工程是我国经济发展中的重要一环,在一定程度上影响着我国经济发展的走向和趋势。因而,电子工程的发展引起了国家和企业以及社会人士的高度重视,并在制度体系搭建上投入大量的时间、物力、人力,促使其制度管理体系更为完备,确保工作人员在体系和制度的规范内合理的行使个人权益,规范自身行为,使自身行为更符合制度的规范,继而促使电子机械工程朝着制度化、规范化、系统化方向发展。 3机械电子工程节能控制技术研究中存在的问题 3.1部分工作人员思想观念陈腐 机械电子工程节能控制技术在研究过程中,并不是一帆风顺的,恰恰相反,存在诸多系列问题,其中包括部分工作人员思想观念陈腐。对控制技术创新性发展存在疑惑,不理解为何要开展节能控制技术研究,因而,在实际工作开展中存在不积极、不主动等现象。更有甚者,由于对节能控制技术这一理念不认同,因而,在实际工作开展中仅仅停留于表面,并没有全身心投入到工作领域中来,导致工作质量和效益大打折扣,为机械电子工程持续发展带来诸多负面影响。 3.2缺乏专业的技术人员 人才是机械电子工程节能控制技术研究领域中的中流砥柱,也是该技术创新性发展的主体。但是从目前发展情况来看,现实不容乐观。也就是说,节能控制研究岗位本身对工作人员的自身素质和科学技能提出更高层次的要求,人员数量少质量差,与高精尖的人才需求不匹配,延缓节能控制技术工作研发进程,人才优势无法充分凸显,导致其工程期限延期。 3.3对未来趋势预测存在偏差 机械电子工程技术的持续性发展离不开对未来趋势的准确预测和判断。从当前发展情况来看,工作人员在对机械电子工程技术未来发展趋势进行预测时存在一定的偏差,导致工作人员在实际工作中,在生产方面存在错误性指引,错误推测、错误引导等现象时有发生。由于方向上的偏差,导致工作人员在生产过程中漏洞百出,与机械电子工程技术稳定持续性发展理念相违背。 4机械电子工程节能控制技术研究的策略 4.1转变思想观念与时俱进 要想使机械电子工程节能控制技术研究工作稳定持续的推进,工作人员转变思想观念,不断更新,与时俱进,这显得尤为必要。因此,企业负责人要对这一问题予以高度重视。定期组织工作人员参加培训,不断强调技术控制研究工作开展的重要性和必要性,从而使工作人员于潜移默化中转变自身思想观念,增加对技术控制研究工作的认同感,并将其转化为工作的内驱力,全身心投入到工作领域中来,促使节能控制技术研究工作更好地开展。 4.2采取一切措施吸引优秀人才 为了使机械电子工程在发展过程中实现人尽其才,物尽其用,需要企业负责人采取一切措施吸引优秀的人才投入其中。可以通过丰厚的薪金、优良的待遇,吸引广大技术控制专业人才投入到这一领域中来,利用自身所学理论和多年的工作经验,更好的为机械电子节能控制技术发展服务,确保机械电子工程在发展过程中实现高效节能这一发展任务,降低对能源的损耗,大大提高工作效率,将科学发展观中的以人为本理念落到实处。这是社会发展的必然趋势,也是机械电子工程发展的必经之路。 4.3对未来发展趋势准确预测 针对机械电子工程在节能控制技术研究领域中存在对未来发展趋势预测不准确、有偏差等问题,企业负责人要采取一切措施对其予以解决。可以派遣专业人员组成调研分析小组,对机械电子工程技术控制研究,对现阶段的信息进行有效全面的收集和整理,并在对其分析研究的基础上作出科学合理的规划,对于一切不利因素进行归纳分析,克服节能控制技术研究中的种种不利因素,化挑战为机遇,化不利为有利,对未来发展趋势制定出明晰的规划目标,并按之趋势不断前进,促使其朝着高效节能方向发展。 5结语 社会经济的迅猛发展和科学技术的突飞猛进,对机械电子工程发展提出新的要求。机械电子工程朝着高效、智能化方向发展,需要对技术控制进行深化研究。需要投入大量的时间、物力、财力吸引优秀人才投入其中,并开设专业的培训转变工作人员的思想观念,派遣专业人员组成调研小组,对未来趋势做出准确推测和判断,促使节能控制研究技术在机械电子工程中更好的应用和推广,降低机械工程能源损耗,提高机械工程工作效率,促使其经济效益不断提升,为国民经济发展做出应有的贡献。 参考文献: [1]谭沛,项杰.机械电子工程节能控制技术研究[J].环球市场,2017(22). [2]游阳林,唐世波.工程机械电子节能控制技术研究[J].山东工业技术,2017(2):84. [3]周玉亮.液压机械节能控制技术发展探讨[J].内燃机与配件,2018(05):70-71. 作者:李海英 单位:潍坊市技师学院
在现代化的制造行业的发展过程中,模具的作用非常关键,可以说其就是实现标准化生产的基础。它可以直接确定产品形状,让其自身结构和外观保证标准,然而如果所采用的工艺手法不一样,则需要更换模具类型,举例来说,在采用压制工艺的过程中,需要确保其具备较强的抗变形能力,同时要保证模具的质量,在生产过程中不会轻易发生形变,其实这一切都离不开可靠的机械制造技术的支持。 1材料加工成型技术 一直以来,在模具加工过程中,直接加工技术的应用是最为广泛的,其应用优势也非常明显:首先,其有助于减少材料之间的衔接,这对于保证模具质量起到的作用非常关键;其次,材料也可以因此具有更高的稳定性。举例来说,采用压制法制造的模具会拥有更为稳定的结构,进而有更好的耐压和抗热等物理性能,在多年应用过程中,和非成型技术相比,其体现出了较强的优势。最后,这种生产方式也具有很强的可塑性,可以直接形成所需要的形状。但是这项技术的应用也需要一定的前提条件,就我国现在的情况来看,仍然需要首先完成材料配比,才能开始加工,其实也代表了我们无法采用散料来进行加工。 2加工材料技术成型的应用 现在很多现代化的企业在发展过程中,也开始认识到技术的重要性,但是在技术的发展方向上还仍然不是非常明确,可以说不得要领。就技术层面上来看,并非所有的技术发展都符合于现阶段企业发展的实际需要。现在很多技术的提升难度很大、成本相当高昂,在这种情况下,提高技术水平反而会成为企业的负担,这就需要我们对现阶段的发展情况以及实际需求有一个明确的认识。现在在我国的制造行业发展中,技术成型成为了一个热门话题,其概念是经由自由化调节技术来优化现有的生产模式。总结起来,企业应采用更完善的生产规程来进行生产,但是其对灵活性有着更高的要求,而太过死板的生产方式无疑会限制该技术的应用,对部分参数进行自由调整,从而提高生产效率。另外,就加工材料的发展趋势来看,其仍然需要一定程度的完善,作为一个企业来看,其首要目的在于获取经济收益,所以更加关注市场需要,所以总结起来,企业在自身发展的同时,要及时把握市场发展的脉络,考虑时代的进程。 3非金属材料的加工以及模具加工工艺 近年来,很多非金属材料也得到了广泛的应用。其具有以下几点优势:第一,其虽然在抗压性以及抗热性上存在劣势,但是材料的成本远低于金属;第二,非金属材料制作成本较低,并不需要采取过于复杂的制作工艺实现;第三,非金属材料能够避免导电的发生,故而适合一些特殊生产环境。然而,非金属材料虽然有时明显,仍旧存在着一些问题,以下具体来看:首先,非金属材料制作较为复杂。较比于金属材料来看,非金属材料需要复杂的元素构成。因此,除了多项工艺的衔接外,还需要完整的处理系统,以保证元件能够得到正常使用。举例来看,注射成型技术是目前广泛使用的手段,具备良好的液态材料处理能力,并使材料整体发生良好的转变。而该技术的处理方式便十分复杂,必须配比结构稳定液态材料,再采取加热技术,将材料控制在稳定温度区间上,再以注射形式,改变现有材料的结构。之后需要添加一些制剂,根据材料的特性,可以选择放入加速凝结或延缓凝结的制剂。待材料完全冷却后,获取所要使用的元件。事实上,该方式与非金属材料模具的制作工艺相同。由此也可证明非金属材料处理的复杂性。其次,物理挤压处理方法。一些原材料由于熔点过高,或多材料熔点差异等问题,难以采用热熔方法处理。故而,对于一些特殊材料会选择物理挤压的方式。但是并不是每种材料韧性,都能够承受物理挤压。物理形式虽然可以作为辅助手段,但局限性颇大。最后,基于上述两种形式实现材料操作。液体和挤压的方式,都存在着局限性。因此,可以采用两种方式结合,例如对液体实现加压冷却,如此便无需考虑材料的韧性问题。 4结论 科学技术水平的提高,模具生产技术越来越规范,材料技术和控制工程也将越来越先进,然而目前相关领域存在的缺陷,也会给相关产业的发展造成一些阻碍,这也已经成为了未来一段时间内工业发展的重点。
0引言 道路工程施工质量决定着道路工程的使用寿命、车辆与行人安全,因而确保道路工程施工质量对于全社会安全生产具有非常重要的意义。道路工程建设质量决定着道路工程的安全性能,质量一旦不过关,可能会造成人力、物力、财力的损失,甚至会产生更坏的影响。因此,道路工程施工质量高低如何判断成为关键,这就需要合理运用质量检测技术对道路工程施工质量进行检测,进而提高道路工程建设的标准。 1道路工程施工中应用质量检测技术的必要性 道路工程建成后,只有通过质量检测技术才能判断道路工程施工质量的好坏。使用检测技术对在建或已建成的道路工程施工质量进行检测,如果发现施工质量问题,要及时处理,用科学方法加以纠正,以保证道路工程的质量安全,确保安全运输。随着道路工程施工质量检测技术的广泛应用,可以在施工中和施工后对道路工程质量进行全方位的检测,特别是在施工后对施工质量进行检测,能确保道路工程在交付使用前进行了全方位“体检”,只有“体检”合格,才能真正交付使用,为行人和车辆提供安全可靠的道路工程。现实中很多新建工程就是因天气、工程造价等原因造成了工程质量不过关,在施工质量检测过程中发现并纠正,避免在后期使用时可能造成的危害。 1.1施工过程中应用质量检测技术的必要性 在施工过程中,对在建的道路工程进行质量检测可以及时纠正道路工程建设过程中的质量问题,针对质量问题进行改正时,不需要全部返工,只对问题所在处进行返工建设,这样就比施工后解决问题省时、省力、省财。根据工程建设图纸进行质量检测,有利于确保工程严格按照图纸建设,进一步确保工程质量。 1.2施工后应用质量检测技术的必要性 在道路工程施工结束后交付使用前,对道路工程质量进行检测是对行人和车辆负责。一旦在交付使用后道路工程出现质量问题,如道路塌陷、桥梁断裂等问题,将严重危及车辆和行人的安全,甚至出现安全事故,势必造成很坏的社会影响。因此在道路工程施工结束后、交付使用前对其进行质量检测十分必要。 2我国道路工程施工中质量检测技术的发展现状 从改革开放到现在,我国道路工程施工中质量检测从技术单一、落后逐渐发展成为技术先进、设备先进的检测行业。雷达检查技术属于我国早期道路桥梁检测技术之一,只对道路工程结构单一的建筑体进行检测,对结构复杂的建筑体效用不大,因而其应用受到限制。随着我国科学技术的发展,目前道路工程施工中质量检测技术逐渐出现探地雷达检测技术、红外热像检测技术、自感应检测技术、冲击回波检测技术及光纤质量检测技术等。 3质量检测技术在道路工程施工中的应用 3.1探地雷达检测技术 探地雷达检测技术属于应用较早的质量检测技术之一。探地雷达检测技术发展成熟,但这种技术对操作人员的操作水平要求较高,需要操作人员在大量实践经验基础上对采集数据进行科学、合理地综合分析,以判断被检测的道路工程质量是否符合要求。探地雷达检测技术的应用原理是:对被检测的道路和桥梁发射高频率的电磁波,电磁波进入工程主体内部后会沿着地下结构或者其他结构进行传递,传递过程中不同的介质传回的电磁波段不同,检测人员根据传回来的信息对道路和桥梁内部结构进行分析,从而判断出存在质量问题的地方。如电磁波在介质传播过程中遇到异常情况,如桥梁中间空虚,电磁波就会传来异常信息,电磁波接收装置就会反馈异常情况,检测技术人员根据反馈的异常情况确定异常情况的位置,从而实现道路工程的质量检测工作。虽然探地雷达检测技术应用广泛,但是探地雷达检测技术有一定的局限性,探地雷达检测技术只能检测浅层结构的道路工程,在检测深层次的道路和桥梁质量时,探地雷达检测技术检测到的信息就不能准确反映被检测结构体的真实情况,因而在检测深层次的道路和桥梁时,探地雷达检测技术就不适用了。 3.2红外热像检测技术 红外热像检测技术是一种简单好用、便于操作、适用范围较广的质量检测技术。红外热像检测技术是利用物理学热成像的原理对被检测结构体进行检测。具体应用原理是:根据红外线的特殊性,利用红外线的辐射能力形成热成像,热成像上反映不同结构体的温度分布,不同介质、不同位置、不同材料产生的热成像是不同的,因此根据不同的热成像可以判断被检测的道路工程的温度分布,从而确定存在问题的位置。这项检测技术实际上是利用了红外线辐射对温度的灵敏度,相同材料、相同结构体所反映的热成像应该是一样的,如果不一样,那说明被检测的结构体存在一定的问题,检测技术人员就可以根据热成像来分析产生问题的具体部位,从而对具体部位开展质量排查,实现对施工中道路工程质量的检测,便于及时解决问题,推进工程建设进度。红外热像检测技术操作简单,检测技术人员只要手持检测仪器,按照操作流程在被检测体附近进行简单的操作即可。同时,由于利用温度的分布来检测质量问题,红外热像检测技术的应用范围非常广泛,既可以在平原,也可以在高山,既可以在夏季,也可以在冬季,总之红外热像检测技术随时随地都可以使用,不受任何情况的限制。在检测完毕后,检测技术人员根据热成像的分布,对照道路工程施工图纸就可以分析出产生问题的部位。 3.3自感应检测技术 自感应检测技术是目前工程质量检测技术中应用较为广泛的一种检测技术。自感应检测技术实际上就是利用导电率对建筑结构体进行检测的。自感应检测技术的应用原理是:将自感应传感器放置在被检测的结构体内部,如果结构体质量较好、没有问题,那么结构内部导电率不会发生变化,如果结构质量存在问题,那么结构体内部压力就会有变化,其导电率也会发生变化,自感应传感器就会有报警提示,提示结构体内部存在质量问题。自感应检测技术精准度比较高,能够精准确定存在质量问题的具体位置,检测所花费的时间少,检测效率高。自感应检测技术成本低,无需对施工中道路工程做任何改动。同时,自感应检测技术操作起来也非常简单,只要检测技术人员按照操作流程操作即可,无需过高的技术水准,因此自感应检测技术应用非常广泛。 3.4冲击回波检测技术 冲击回波检测技术是目前工程质量检测中科技化程度较高的一种检测技术。冲击回波检测技术,是利用对被检测结构体施加强大的冲击力,强大的冲击力产生的应力波在被检测结构体表面进行传播,传感设备对应力波进行接收。当被检测的结构体内部存在质量缺陷时,应力波就会马上回传到传感设备上,传感设备对反射回来的应力波形成图谱模型,不同的图谱模型反映出被检测结构体存在问题的位置及深浅。冲击回波检测技术应用也很广泛,不仅能够检测质量问题,还能够检测道路厚度、桥墩深度等其他相关数值,检测的数据越详细,对工程质量的分析判断越准确,越具有非常重要的参考意义。 3.5光纤质量检测技术 光纤质量检测技术是随着现代通信技术、光纤技术发展起来的一种检测技术。光纤检测技术的应用原理是:利用对散射光线的敏感度,反映集中应力的大小,进而判断被检测结构体内部是否存在质量问题。如果被检测结构体内部存在缺陷,那么该处就会产生集中应力现象,进而产生散射光线,光纤传感器对检测到的散射光线进行综合分析,进而判断存在问题的具体位置及问题大小。光纤传感检测技术的灵敏度非常高,主要是利用对光线的灵敏度,几乎可以达到毫米级,因而在对质量要求较高的道路工程进行质量检测时通常采用光纤传感检测技术。 4结语 对施工中道路工程进行质量检测时,要根据不同情况选择不同的质量检测技术,以达到质量检测的目的,提高道路工程质量。道路工程施工中质量检测技术不断发展,为我国道路工程质量保驾护航。随着科学技术的不断发展,道路工程施工中质量检测技术一定会有更好的发展前景。
随着社会经济水平的不断发展人们对矿产资源的需求量也日益增加,所以我们应该对矿产资源合理的开发和利用,并不断的提高地质勘查技术和找矿技术,使矿产资源的使用率得到最大限度的提高,从而为人类的生产生活提供稳定的物质基础。笔者在本文主要从地质勘探技术的应用、地质探矿工程施工中常见的问题、以及相关对策三方面展开论述,希望能够为我国的地质勘查工作提供一些参考。 1地质探矿工程中存在的常见问题 (1)探矿方式的选择和地质条件的了解。在地质探矿工程的施工过程中,我们需要针对不同地质情况的矿山进行探矿,所以在探矿方式的选择上或多或少的存在着不合理现象,目前我国较为常用的探矿方式为物探、钻探、槽探、坑探、这种不合理现象主要出现在企业进行地质探矿工程施工时,并没有对周围的地质情况进行一个较为全面的了解,在探矿方式的选择上也比较草率,这种情况下会提高安全问题发生的概率,特别是在一些已经开发过的地质矿产,其开采的范围较为广泛,如果不能对地质情况进行细致了解,不仅耽误了矿产开采工程的进度,而且不利于选择最佳的探矿方式,在勘探方法的选择上,工作人员并没有将矿山的脉路形态、地质环境、矿产资源的种类、以及矿化、矿产资源的数量等等进行细致分析,导致了地质探矿工程中和实际施工中出现了不必要的安全问题。 (2)地质探矿的选址。虽然说我国地质矿产资源较为丰富,但是实际的地质环境还是相对复杂的。一方面,工作人员在地质探矿工作的实施过程中,如果不能够合理正确的选址,很容易造成周边地质环境的改变,另一方面,工作人员如果长期的选址不合理,加大了地质灾害发生的概率,破坏了原有的稳态地质环境,致使地质环境发生不可逆性的变化,甚至引流河水、发生泥石流等现象,为人类的生产生活带来了一定的危险因素。 (3)地质勘探设备。由于社会经济的发展和矿产市场的逐渐缩水,较多的企业并没有对地质矿产的勘探设备进行资金的投入,和设备的换新,一般企业都比较看中利益而忽略了设备的维修与更新,年久失修的设备在地质勘探工作中并不能够发挥最佳的工作效率,而且地质勘探结果的准确率也大大下降,所以,地质勘探设备的老化失修,是影响地质探矿工程顺利实施中较为重要的因素之一。 (4)安全问题与专业性。我们大都了解地质探矿工程在具体的施工过程中,伴有较多的安全隐患,所以企业在进行地质探矿工程施工的过程中必须要做好安全防护措施,以保证工作人员的人身安全,但实际上大部分的企业在施工过程中的安全防护措施很简便,并没有起到100%安全的效果,这一现象显现出部分企业在安全防护这一方面意识较为薄弱,甚至一些企业为了缩减工程用度降低成本,将安全防护方面的资金投入大大缩减。 2地质探矿工程施工问题的相关对策 (1)地质资源的了解与合理选址。每个地质矿区都有着特定的地质环境,尤其是一些较为珍贵的矿产资源、金属矿等,他们的地质环境在很多方面都存在着显著的不同,所以我们在选址的过程中首先应该对其周边的地质环境进行一个全面的了解和分析,一方面对矿种进行深化了解,一方面对周围地貌进行分析,尽可能在不损害大自然地质生态的情况下,进行相关的地质开采和地质勘探,合理的选址能够为矿产资源的开采打下一个坚实的基础,最后我们在选址后应建立完善的侦查报告,为施工地点的确定提供一个可靠的依据。 (2)地质勘探技术的选择。我们在地质勘探过程中勘探技术的选择也尤为重要,应用合理的勘探技术,并使其技术相结合有利于提高工作人员的矿产资源勘探效率,笔者在下文介绍了当前常见的地质勘探技术:①甚低频电磁勘查技术主要应用在深埋隐藏矿种的地质勘查、以及开发难度较高的矿产。其应用原理就是利用地球的物理学、动力学特征,工作人员在进行地质勘查的过程中利用勘查工具和对地质中的矿产资源进行追踪勘查,同时应用地震预测技术对地质结构和矿产结构进行深入研究。其主要优势成本低、重量轻、便于携带。但这种勘查技术并不能够准确定位矿产的位置②GPS感应系统又称定位系统,这种系统具备了全球范围性的定位特点、因其定位的精度极高所以目前在我国各个行业领域应用广泛,在地质矿产勘查工作中工作人员可以利用卫星无线电技术,实现对矿产资源的导航定位,然后工作人员通过无线网络的传递实现坐标位置信息的获得。GPS遥感技术的主要优势就是能够将矿区的位置信息和区域的地质构造实现准确的定位,在矿产资源开发利用的过程中应用GPS遥感技术,使工作人员能够获得较为有力的依据。③波普仪器的应用就是通过相关工作人员结合以往的工作经验得知我国大多数的矿产资源都位于地质深部,工作人员在地质勘查的过程中,可以根据矿产资源特有的物理特点和化学性质,并利用波普仪器对地质进行全方位的勘查,通过分析得到的光谱,同时将具体的光谱曲线作为判定矿产资源种类的主要依据。④物探技术在当前我国地质找矿工作中发挥着重要的作用,主要包括磁力、重力、电力以及地震等方法,这种技术较为常见的应用方法就是土壤测量和水系沉积物测量,在物化找矿技术实际应用的过程中,主要应用于地质表面或地质浅层矿产资源的勘查。⑤同位成矿实质上就是不同年代、类别的矿产中,会具有一种较为稳定的同位成矿作用,这种作用通常会在一些矿床较大的矿产资源中出现。而且其结构的形成特点较为突出,首先勘查单位可以将周围的地址进行全面的勘查,并判断区域是否发生过断裂、地震等现象,通过发现地质层的断裂的现象降低找矿人员的工作难度。 (3)更新设备强化探矿安全意识。在设备更新与安全措施防护的问题上企业应该保证企业正常运行的情况下,分出一些资金用于设备的更新淘汰、维修养护以及安全设备的购置,增添急救药品等等,不仅要使探矿设备保持一个最佳的工作状态,还要定期的组织企业工作人员进行安全培训与专业知识的进修,并对一些较为偏远、危险度较高的地质矿产进行工作前准备,制定较为完善的处理措施,在加强设备维修养护的同时还要确保勘探工程施工安全和工作人员的人身安全,从而减少安全问题发生的概率。 3结语 地质矿产勘查工作的高效开展能够使相关的地质找矿行业技术能力和工作效率得到显著提高,并且找矿工作的全面开展有利于实现我国矿产资源的可持续供应。 参考文献: [1]李秋伟.矿山地质探矿工程中存在的问题及对策[J].住宅与房地产,2018(22):237. [2]胡云峰.地质探矿工程存在的问题与解决对策[J].世界有色金属,2018(04):70-71. 作者:袁方 单位:新疆昌吉新疆维吾尔自治区有色地质勘查局七0一队
1边坡开挖支护技术在水利水电工程施工中应用的重要性 水利水电工程是一项重要的民生项目,与人们的根本利益、社会公共利益以及国家利益紧密相连。我国水利政策的不断出台与完善,为水利水电工程的发展与建设提供了政策支持,相关政府机构以及其他部门也对水利水电工程建设越来越重视。近年来,我国水利水电工程数量不断增加,规模也越来也大。我国水资源分布严重不均衡,东南地区水资源丰富,西北地区严重缺乏水资源,水利水电工程的不断建设为我国缺水地区提供了充足的水资源,改善了当地人们的生活方式与生活质量,也突破了我国水资源分布不均衡的现象。有的地区还利用水利水电工程所提供的丰富水资源进行发电,不仅改善了人们的生活方式与质量,而且也促进了当地经济的快速发展。 2浅层支护技术 在水利水电施工工程中的边坡开挖支护施工中,边坡浅支护包括排水口、锚杆束以及喷混凝土等环节。在边坡水利水电工程中,应用浅层支护技术需要结合施工地的地理条件以及天气情况。在施工过程中,有的支护需要设置排水孔,有的需要采用混凝土喷灌方法。依靠技术人员提供精准的测量结果进行钻孔作业,保证施工作业与施工设计相协调,将二者之间的误差值降到最大。在整个施工作业中不可避免地需要使用一些大型机械式设备。在锚杆束钻孔中,使用哪种机械设备或者型号需要根据施工具体要求来进行,全液压钻机比较适用于成形的施工平台作业,也就是说如果施工现场没有现成的施工作业平台,就无法使用全液压钻机。全液压钻机造孔速度极快,可以大大提高工作效率,而且具有较强的安全性与可靠性。此外,在安装锚杆束的过程中,需要注意施工场地的地质情况,如果发现岩石层比较完整,要在注浆之后再插杆。如果发现岩石层地质情况比较差,应该调整安装步骤,先插杆后注浆,防止出现破碎或者塌孔等问题,总之,因地制宜,结合施工的具体情况采取相应的措施。 3砂浆锚杆施工 在砂浆锚杆支护施工开始之前,相关技术人员需要对施工地的环境以及地理情况进行全面的考察与勘察,必要时可以采取模拟试验,并形成书面策划方案,为后续的施工建设提供理论指导。在进行工程设计的过程中,需要结合实地勘察的数据信息,以保证设计方案的合理性与可靠性,并根据施工地点的具体情况使用相关的技术。此外,相关技术人员必须将地质结构与自然因素相结合,在具体施工过程中,必须要综合分析与考察当地的地势、地质、气候条件以及周围的具体情况,因地制宜,根据具体问题采取相应的支护技术,并根据现场施工实际情况不断调整施工方案,在保证施工安全的基础之上,保证整个水利水电工程的施工质量。全面考虑可能影响钻孔精确度的因素,保证钻孔位置的精确性与合理性,这样才可以为后续工作的开展奠定良好的基础。合理科学地使用支护技术不仅节省了大量的人力与物力,提高工作效率,使得水利水电工程施工建设顺利完成,而且降低了施工现场塌方与滑坡现象的产生,减少了安全事故发生的概率,提高了工程施工的安全性,为我国水利水电工程的稳定发展提供了重要的技术支持。 4喷混凝土施工 喷混凝土是支护中常用的施工方法,主要任务就是对边坡具体情况进行考察,然后根据相关数据信息来评估边坡防治的必要性和可行性,并设计出相应的施工方案,对可能出现的自然灾害做好防范措施。其主要目的就是将开挖到位的边坡建基面进行强化封闭,保持其稳定性与密封性,尽量减少建基面基岩受到外界环境影响。边坡施工作业会消耗大量的人力与物力,并且很容易因为边坡作业造成施工工作延期,不仅影响施工质量,也增加了建设成本。因此,在边坡支护施工中,一般情况下会使用混凝土喷涂,其厚度大约在10~20cm,混凝土是建筑施工中使用最广泛的一种原材料,具有良好的防渗性能以及较强的抗腐蚀性,不仅可以抵抗雨水侵蚀边坡主体,还可以提高边坡的使用寿命。在混凝土喷涂之前,需要对喷层表面进行清理,保证其清洁度与整洁度,防止喷涂不均匀。通过锚杆施工钢管脚手架平台,使用混凝土喷射机利用湿喷工艺将C20的混凝土材料喷射到所需要的位置上,喷涂作业中要保证不间断连续的喷涂,喷涂要快速进行,以此保证混凝土面层的凝结质量。 5排水孔施工 为了保证边坡安全顺利排水,避免山体中的水压力给边坡带来不利影响,必须结合实际情况制定科学合理的边坡排水布孔方案。在水利水电工程排水孔施工过程中,永久排水孔以其独特的优势得到广泛应用,尤其在喷混凝土或者贴坡混凝土区域中的应用,其可以减轻山体内部水压对边坡的损害,保证施工人员的人身安全。 6贴坡混凝土支护 贴坡混凝土是边坡施工支护中最常见的一种方式,对于贴坡混凝土的要求是在水电站边坡施工中,后坡高度要达到390m,贴坡混凝土必须是厚度大于4cm的C20混凝土,只有这些条件都符合之后,才可以进行贴坡混凝土施工作业。此外,为了保证顺向边坡的稳定性与施工的安全性,必须在边坡高耸位置增加钢筋条并且用混凝土进行再次加固。 7结语 综上所述,水利水电工程本身具有一定的复杂性与特殊性,使得边坡开挖支护技术被广泛应用。为了解决施工中的各种问题,将边坡支护与边坡开挖相结合,不仅节省了大量的人力与物力,提高工作效率,使得水利水电工程施工建设顺利完成。水利水电工程施工中应用边坡开挖支护技术,解决了施工中坡度不稳的问题,保证了水利水电工程的整体质量,为我国水利水电工程建设的稳定健康发展创造了有利条件,保障水利水电工程的可持续发展。
1引言 《智能网联汽车产业人才需求预测报告2020》指出,我国智能网联汽车技术人才供给不足,人才培养不符合企业实际需求。在该背景下,企业不得不将目光转向与智能网联汽车相关的计算机类、电子信息类等专业展开人员招聘,然而,非汽车专业的人才因其在工作流程、工作语言、思维模式等“行业基因”方面的不同,难以融入汽车企业,智能网联汽车领域真正需要的是“汽车+IT+通信”的跨界人才。为培养真正符合智能网联汽车企业实际需求的智能网联汽车人才,《职业教育专业目录(2021年)》新增了智能网联汽车技术专业,但目前该专业尚无国家专业教学标准,亦未形成统一的专业课程体系。 2国内外研究现状 智能网联汽车技术专业作为教育部最新公布的专业,目前关于该专业的研究还比较少,以“智能网联汽车技术专业”为关键词进行知网检索,检索出相关学术期刊67篇,学位论文6篇。其中,王猷[1]结合职业院校专业建设特点,针对智能网联汽车专业特点进行相关了分析;王仁群[2]通过行业岗位设置,分析产业对高职院校人才需求和岗位对人才能力的要求;王辉[3]围绕智能网联汽车产业链人才培养目标、具体岗位工作职责和课程体系三个核心问题进行专业教学标准设计;丁伟[4]以江苏信息职业技术学院智能网联汽车模块为例,提出一种基于智能网联汽车智能化装备装调平台的教学模式;旷庆祥[5]提出一种整合教学法,旨在提高提高新能源与智能网联汽车专业群的教学质量;王莎[6]对智能网联汽车专业专业教学标准进行了研究,张宇峰[7]提出高职院校智能网联汽车技术专业建设的相关建议;焦连岷[8]阐述了专业的专业内涵、核心技术、工作岗位及技能要求情况。当前关于“智能网联汽车技术专业建设”的相关研究主要集中在专业建设的必要性、产业人才需求状况及本专业的人才能力需求方面,论证了智能网联汽车技术专业建设的必要性与产业人才需求的迫切性,但鲜有人考虑到智能网联汽车技术人才的“跨界”特性,基于智能网联汽车的岗位特性及职业技能等级标准进行智能网联汽车技术专业课程体系的研究。 3课程体系开发流程 笔者先对智能网联汽车技术人才的需求进行调研,了解相关企业提供的工作岗位、职责和任务,确定人才培养目标及规格,分析汇总提炼工作任务和对应的具体要求,按照职业教育跨界融合的思路,结合1+X耦合互嵌的逻辑,基于“宽基础、重能力、活模块”的原则,调整优化学历教育的基础素质模块、专业基础模块和专业能力模块,重构课堂生态系统和教学内容体系,针对考核要求创设“1+X”强化模块,形成智能网联汽车技术专业课程体系[9-10]。 3.1多方调研,以企业真实需求明确专业培养目标专业教学标准要达到改善智能网联汽车行业人才供求关系,促进人才培养提质降本,促进“X”证书全面推广,促进教学质量全面提升的目标,必须切合行业企业的真实需求,获得行业内代表性企业的认可,才具有指导意义和实践价值。因此,需要经过广泛深入的调研。①通过问卷调查、现场访谈、在线会议访谈的方式对智能汽车传感器、智能汽车控制器、智能网联汽车整车等代表性企业的就业岗位、岗位重要程度、岗位稀缺程度、技能要求、技能重要程度进行汇总和统计。②基于对智能网联汽车技术相关岗位重要程度、稀缺程度、技能要求、技能重要程度的统计分析结果,结合服务高端岗位、能力向下覆盖的原则,选择出本专业目标岗位与核心技能点,明确本专业培养目标。 3.2从“岗课赛证”融通入手,“重构”专业课程体系以证书培训考核为抓手,坚持“多课程少课时”的原则,梳理原有汽车专业课程,对专业核心课进行大幅度升级,对原有课程和新增课程进行“混编”,对基础课程进行强化,结合证书培训考核对基础通用能力的要求,强化计算机、车联网、通信等方面的基础课,对相关公共基础课进行升级,强化数学能力,形成专业课程体系。 4专业定位及能力分析 4.1主要职业面向及主要岗位通过调研,总结出智能网联汽车技术专业主要是面向智能网联汽车整车及系统(部件)制造、营运、服务等行业的研发设计辅助人员、生产制造人员、营运服务人员等职业群,培养从事智能网联汽车及系统(部件)样品装配、调试、标定、试验,成品装配、调试、标定、测试、质量检验及相关工艺管理,车辆营运、检测、维修、改装、鉴定评估等工作的高素质技术技能人才。 4.2典型工作任务、工作内容及主要专业能力、知识、素质通过访谈、问卷调研等方式,结合本专业对应职业技能标准的主要工作任务、知识点、技能点、职业素质要求,获得大量与智能网联汽车技术相关的工作岗位、工作内容及专业能力,然后对调研结果进行梳理、分析,最终开展企业实践专家访谈会,对前期调研获得的本专业的工作任务、工作内容及专业能力进行总结、归类与提炼,得出本专业对应的典型工作任务、工作内容及主要专业能力。 5课程设置 从本专业对应的典型工作任务、工作内容及主要专业能力出发,将各岗位对应能力点与课程先进行一一对应,然后从教育规律出发,根据各课程知识的递进关系及”能力为纲,层级跃升,服务高端岗位”的课程体系构建策略,确定专业基础课程应围绕汽车机械基础、机械制图、电工技术、电子技术、计算机基础、智能网联汽车概述、汽车构造、新能源汽车技术等课程进行设置,专业核心课程围绕智能传感器技术、计算平台技术、底盘线控技术、智能座舱技术、车路协同技术、智能网联汽车综合测试、汽车电气及电控系统检修等课程进行设置,专业拓展课程围绕大数据、云计算、人工智能、智慧交通、导航定位、Python程序设计、汽车智能改装技术等课程进行设置,课程体系体现智能网联汽车技术专业“汽车+IT+通信”的多学科融合特性。 6结语 随着智能网联汽车产业飞速发展,智能网联汽车人才无法满足行业实际需求的问题越来越凸显,高效、高质地培养具备“跨界”能力的“新汽车人才”已成为智能网联汽车企业的急需与高校的迫切任务,开发符合智能网联汽车领域跨界特征的课程体系,是培养满足智能网联汽车行业“跨界”人才的需要,将产业前沿技能标准引入课程体系中,将有助于提高人才与产业的契合度,提高学生就业质量、优化企业用工满意度,促进智能网联汽车产业蓬勃发展。 参考文献: [1]王猷,徐青.关于智能网联汽车专业建设的研究[J].教育与职业,2021(20):229-231. [2]王仁群,单耀辉,李海霞.高职院校智能网联汽车专业人才培养需求分析[J].时代汽车,2021(19):57-58. [3]王辉.职业教育视角下的智能网联汽车专业教学标准设计[J].职业技术教育,2021,27(05):51-55. 作者:刘助春 张丹 程泊静 单位:湖南汽车工程职业学院
生物力学论文:击剑运动员膝关节的生物力学分析 1前言 弓步技术是击剑比赛中运动员得分的主要技术[5]。研究表明,在击剑比赛中,男子运动员平均每23.9s使用一次弓步,女子运动员平均每20s就会使用一次弓步[2]。弓步的质量直接关系比赛胜负,弓步速度是评价弓步质量的重要指标,也是评价击剑运动员竞技水平的重要依据[5]。有研究发现,击剑运动员弓步速度与弓步动作中后腿伸膝最大角速度显著相关,后腿的蹬伸速度是弓步速度的主要决定因素之一。舒建平[4]采用APAS系统对击剑弓步动作进行分析后认为,运动员弓步动作中双侧膝关节角度变化大小是决定击剑弓步速度的主要因素。在击剑弓步动作中,运动员前腿和后腿执行不同的运动模式,后腿伸肌群快速收缩使后腿蹬地为弓步动作提供驱动力,而前腿快速伸膝带动小腿向前踢出[14,15]。在弓步动作开始后,前腿的快速摆动能获得较大的冲力,延长后腿蹬地的时间,配合后腿蹬地带动人体总重心前移,且前腿向前摆动时膝关节的伸展程度能够对弓步深度产生影响。另外,有研究报道,弓步速度和前腿膝关节最大功率到达时间及平均功率存在关联[6]。综合已有研究可以发现,下肢双侧膝关节在击剑弓步动作中的运动表现是影响弓步速度的重要因素。然而,已有研究大多集中在运动员双侧膝关节在弓步动作中的生物力学表现与弓步速度的关系方面,而不同水平运动员双侧膝关节在弓步过程中的生物力学表现差异对弓步质量的影响鲜见报道。本研究通过比较一般运动员与优秀运动员双侧膝关节在弓步过程中生物力学表现的差异,探究影响击剑弓步速度的生物力学因素,为提高击剑运动员弓步质量提供参考。 2研究对象和方法 2.1研究对象上海市男子重剑队运动员7人,其中,运动健将4人,一级运动员3人,为优秀运动员;某体育学院运动训练专业及附属竞技学校男子击剑二级运动员9人,为一般运动员。 2.2研究方法 2.2.1实验方案测试之前受试者进行5min慢跑,跑步机速度设置为6.5km/h。慢跑完毕后再进行5min拉伸活动。测试时受试者面向剑靶,前后脚分别位于两块测力台上,剑靶与受试者的距离根据受试者身高进行调节,使靶面距运动员后脚脚尖水平距离为1.5倍身高[17]。要求受试者持剑以最快速度弓步刺靶(图1),每名受试者试刺5次。每名受试者正式测试成功采集至少6次,选取其中峰值速度最大的3次弓步动作进行分析。 2.2.2所用仪器和评价参数测试设备采用瑞士生产的KISTLER三维测力台(型号9287B,长×宽:90×60cm,内置信号放大器,采样频率1000Hz)和英国生产的16台VICONT40镜头红外高速运动捕捉系统(ViconMotionAnalysisInc.,Oxford,UK,采样频率100Hz),对运动员弓步动作地面反作用力(GRF)和运动学数据进行同步采集。 2.2.3数据处理将VICON系统中预处理过的数据(C3D文件)导入Visual3D(C-Motion,Inc.,Germantown,MD,U.S.A.)软件。运动学数据和GRF滤波采用4th-orderButterworth低通滤波,截止频率分别为12Hz和100Hz[18]。在Visual3D中构建14环节人体模型[11],根据人体惯性参数[20]确定人体重心位置,以人体重心在水平方向上的速度代表弓步速度。在Visual3D软件中计算下肢3维运动学和动力学数据(采用右手法则)并导出。力矩、角速度、功率指标,膝关节屈为负值(-),伸为正值(+)。弓步动作起点定义为前脚离开地面瞬间(前脚GRF=0),动作终点定义为前腿膝关节伸膝达最大角度。 2.2.4选取指标1)弓步过程中受试者水平方向重心速度峰值(Hori-zontalPeakVelocityofCenterofGravity,HVmax),单位为m/s;2)经体重标准化后的受试者弓步过程中后腿蹬地产生地面反作用力的水平方向分力峰值(GRFmax),单位为体重(BW);3)膝关节角度(KneeJointAngle)为小腿向量与大腿向量的夹角(°),大腿向量由膝关节指向髋关节,小腿向量由膝关节指向踝关节,下肢直立位膝关节角度为180°;4)膝关节角速度峰值(PeakAngularVelocityofKneeJoint)为伸膝阶段膝关节角速度最大值,单位为°/s;5)前腿伸膝时间(TimeofExtensioninLeadingKnee)为自前腿膝关节最小角度至最大角度所用时间,单位为s;6)通过逆向动力学计算关节力矩峰值(PeakJointMoment),关节功率峰值(PeakJointPower)为关节力矩与关节角速度乘积的最大值(均在Visual3D软件中直接计算)。力矩和功率峰值均为根据体重进行标准化后的结果,单位分别为Nm/kg和W/kg;7)前膝关节功率峰值到达时间(TimetoPeakPowerofLeadingKneeJoint)为自动作起点至前腿伸膝功率达峰值所用时间,单位为s。 2.2.5统计学处理选取每名受试者峰值速度最快的3次弓步动作,计算相关指标的平均值和标准差。采用独立样本t检验(Inde-pendentttests)比较两组受试者弓步动作过程中膝关节动力学、运动学相关指标及HVmax、GRFmax之间的差异,显著性标准设定为α=0.05。统计软件为SPSS20.0。 3研究结果 3.1不同水平运动员弓步表现优秀运动员弓步过程中HVmax(P=0.001)和GRF-max(P=0.016)均显著高于一般运动员(表2)。 3.2不同水平运动员弓步动作前腿膝关节生物力学指标两组运动员弓步动作中前腿膝关节运动学和动力学指标如表3所示。两组运动员屈膝程度均为正值,可见运动员前腿膝关节屈膝末膝角小于初始膝角,说明在弓步开始时运动员前腿伸膝前首先屈膝。不同水平运动员前腿屈膝程度不同,优秀运动员屈膝程度显著低于一般运动员(P=0.037)。在随后的伸膝阶段,两组运动员伸膝程度无显著性差异(P=0.293),但优秀运动员伸膝末膝角显著大于一般运动员(P=0.018),伸膝角速度峰值显著低于一般运动员(P=0.029)。在弓步过程中,两组运动员前腿膝关节伸膝力矩峰值(P=0.056)和功率峰值(P=0.074)均无显著性差异。 3.3不同水平运动员弓步动作后腿膝关节生物力学指标优秀运动员弓步动作后腿伸膝末膝角与一般运动员无显著性差异(P=0.079),但优秀运动员后腿膝关节伸膝力矩峰值(P=0.030)显著高于一般运动员,后腿伸膝功率峰值到达的时间显著小于一般运动员(P=0.021);运动员弓步动作中后腿伸膝角速度峰值组间无显著差异。 4讨论与分析 国内、外对击剑弓步动作的研究多以运动员弓步重心平均速度、最大速度以及弓步距离作为评判弓步质量的主要指标[12]。在多数研究中,只要求受试者以最快速度做弓步动作,并未设置弓步目标和距离,且受试者未持剑,这可能会使不同受试者在测试时选择不同标准的弓步距离,而运动员在做长距离大幅度弓步和短距离快节奏弓步时速度可能并不相同。在征求运动员和教练员建议的基础上,结合击剑运动员比赛状态下发动弓步的距离,本研究将剑靶设置在距运动员准备姿势后脚脚尖1.5倍身高处[17]。这一距离下的弓步为长弓步[17],要求运动员持剑尽力做快速弓步刺靶,将弓步动作中身体重心最大水平速度定义为弓步速度[9,10,16]。结果显示,优秀运动员弓步水平方向重心速度峰值(2.64±0.16m/s)显著高于一般运动员(2.32±0.13m/s,P=0.001)。可见,以弓步速度作为评价运动员弓步质量的指标,本研究优秀运动员弓步质量高于一般运动员。 在击剑弓步动作中,后腿蹬地获得的水平方向地面反作用力是弓步向前的驱动力,其大小是弓步速度的决定性因素[1,8,12]。本研究优秀运动员弓步动作后腿蹬地水平方向地面反作用力峰值(0.91±0.10BW)显著高于一般运动员(0.78±0.08BW,P=0.016),说明优秀运动员弓步向前的驱动力高于一般运动员。目前有研究认为,运动员后腿膝关节伸肌力量是影响弓步驱动力大小的重要因素。Guilhem等人[9]对优秀击剑运动员双侧下肢主要肌肉进行等速肌力测试,另外对其在弓步过程中的活动进行肌电测试,结合运动员弓步表现进行分析后发现,弓步后腿膝关节伸肌最大等速肌力与弓步速度峰值显著相关(r=0.60~0.81);在弓步加速阶段,运动员后腿伸肌的活动水平与此阶段运动员的重心平均速度相关,运动员弓步后腿臀大肌、股直肌、股外侧肌、比目鱼肌、腓肠肌外侧的收缩对弓步速度贡献明显。另外,Cronin等人[6]对击剑运动员膝关节伸肌进行等速肌力测试后发现,弓步速度与弓步后腿膝关节伸肌最大等速肌力的相关系数为0.62。通过已有研究可以发现,运动员弓步后腿膝关节伸肌是贡献弓步向前驱动力的主要肌群之一,其爆发力及在击剑弓步动作中的运动表现能够对弓步速度产生重要影响。 本研究结果显示,优秀运动员弓步过程中后腿膝关节所能达到的力矩峰值(2.87±0.27Nm/kg)显著高于一般运动员(2.37±0.38Nm/kg,P=0.030),后腿伸膝功率峰值到达时间(0.45±0.06s)显著小于一般运动员(0.59±0.13s,P=0.021),且优秀运动员后腿伸膝功率峰值(12.21±0.27W/kg)在统计学上有高于一般运动员(10.16±2.28W/kg,P=0.082)的趋势。可见,优秀运动员弓步后腿膝关节在短时间内能产生更强的关节功率,反映出优秀运动员具有更强的膝关节伸肌爆发力。本研究认为,优秀运动员弓步速度大于一般水平运动员的重要原因是优秀运动员弓步后腿膝关节伸肌具有更强的爆发力,在蹬地时能产生更大的水平方向地面反作用力,而这个力是弓步向前的驱动力,弓步驱动力的增大必然有利于弓步速度的提高。在对弓步后腿膝关节运动方式的研究中,彭道福等人对影响12名击剑运动员弓步速度的生物力学因素进行灰色关联分析后认为,后腿膝关节角度变化越大,对运动员弓步速度的影响也越大,降低重心减小弓步动作膝关节初始角度有利于弓步速度的提高。另外有研究表明,在击剑运动员弓步动作中后腿膝关节最大角度平均在170°以上,后腿基本接近伸直。然而,不同水平击剑运动员在弓步准备姿势中的后腿膝关节角度以及弓步动作中后腿膝关节最大角度是否存在差异尚不清楚。本研究结果显示,优秀运动员和一般运动员弓步动作中后腿膝关节初始角度、伸膝末角度均无显著性差异(P>0.05)。可见,优秀击剑运动员与一般水平击剑运动员在弓步动作中后腿膝关节运动方式基本相似,弓步后腿膝关节的运动方式可能并非导致不同水平击剑运动员弓步速度差异的原因。近年来,前腿膝关节在击剑弓步中的运动方式引起了研究者的注意,有研究发现,不同水平运动员弓步动作中前腿膝关节运动方式存在差异[7]。 Gholipour等人[7]使用高速摄像机分别采集优秀击剑运动员和击剑初学者的弓步动作,对比分析后发现,弓步开始后受试者前腿膝关节并非直接开始做伸膝动作,而是先屈膝后伸膝,优秀运动员屈膝程度(20°±12°)显著低于初学者(38°±15°,P<0.05)。研究结果显示,两组受试者在弓步准备姿势时前腿膝角无显著性差异(P>0.05),在弓步启动后所有受试者前腿膝关节先做屈,优秀运动员屈膝程度(13.86°±6.52°)显著低于一般运动员(25.35°±11.84°,P=0.037),优秀运动员屈膝末膝角(113.64°±12.57°)显著大于一般运动员(100.26°±10.66°,P=0.037),与Gholipour等人的研究结果相似。本研究认为,一般运动员在弓步动作中增大前腿伸膝之前的屈膝程度,使前腿股四头肌初长度被拉长,为之后的加速伸膝积蓄了能量,有利于小腿向前加速摆动。结果显示,一般运动员前腿伸膝角速度峰值(428.50±135.13°/s)显著高于优秀运动员(287.08±82.31°/s,P=0.029),说明一般运动员前腿伸膝过程中小腿向前摆动的速度更快。从本研究的结果看,一般运动员后腿蹬地水平方向地面反作用力峰值显著小于优秀运动员(P<0.05),推测一般运动员因后腿蹬地为弓步提供驱动力不足,故通过增大前腿伸膝前的屈膝程度来提高伸膝角速度,使前侧小腿向前快速摆动带动身体总重心前移,以代偿后腿蹬地力量的不足,试图将弓步速度维持在较高水平。另外,一般运动员前腿伸膝之前较大的屈膝程度可能会对弓步效果产生不利影响。运动员弓步启动时前腿离地,后腿迅速蹬地产生向前的地面反作用力。本研究认为,优秀运动员前腿由于屈膝程度较小,能更早地配合后腿蹬地进行伸膝,并迅速向前踢出小腿完成弓步;而一般运动员前腿屈膝程度较大,可能会延长屈膝时间,导致前腿伸膝与后腿蹬地衔接较慢,表现为前腿伸膝动作更加仓促。本研究结果显示,在前腿伸膝阶段,优秀运动员前腿伸膝时间(0.39±0.09s)显著长于一般运动员(0.27±0.05s,P=0.005),与上述推测一致。提示,相比于优秀运动员,一般运动员因为前腿膝关节伸膝动作开始较晚,故需要更大的关节角速度在更短的时间内完成伸膝动作。这可能会造成一般运动员弓步动作不如优秀运动员更加舒展、有效,表现在前腿的过分使用,并可能对弓步末期前腿的落地造成不利影响。从战术角度考虑,优秀运动员前腿更加宽松的伸膝时间可为最终的出剑和下剑选择创造条件,而一般运动员前腿较快速的伸膝和落地反而会造成出剑和下剑选择较少,难以做到根据对手反应适时改变剑的落点。此外,优秀运动员前腿伸膝末膝角(169.35°±4.51°)显著大于一般运动员(160.61°±7.66°,P=0.018),说明优秀运动员前腿在相对宽松的伸膝时间内得到了较充分的伸展,前腿摆动幅度更大,有利于增加弓步距离[4]。综上,优秀击剑运动员弓步速度高于一般水平运动员,主要原因与弓步动作中后腿膝关节动力学表现的差异有关。优秀运动员弓步后腿膝关节动力学表现优于一般运动员可能是由于优秀运动员后腿膝关节伸肌爆发力强于一般运动员。运动员弓步启动后前腿首先屈膝后伸膝。在后腿提供驱动力相对较小的情况下,一般运动员弓步启动时通过增大前腿伸膝前的屈膝程度来增大小腿摆动速度,带动身体重心前移,以代偿后腿蹬地力量的不足,试图将弓步速度维持在较高水平。但是,一般运动员弓步动作中前腿伸膝前相对较大的屈膝程度可能会限制弓步距离,同时,对出剑选择及弓步落地后续连接动作产生不利影响。 5结论与建议 后腿膝关节在弓步动作中的动力学表现是决定击剑运动员弓步速度的主要原因。不同水平击剑运动员弓步动作中后腿蹬地能力的差异导致了前腿膝关节运动学表现的差异,一般运动员通过增加前腿伸膝前的屈膝程度,增大伸膝阶段的小腿摆动速度,带动重心前移来代偿后腿蹬地为弓步提供驱动力的不足。在击剑运动员力量训练中,加强后腿膝关节伸肌爆发力训练,有利于提高运动员弓步动作中后腿蹬地提供的驱动力。减小弓步启动时前腿伸膝前的屈膝程度,提前伸膝动作,可减少前腿在弓步动作中的负担,有利于提高弓步动作的有效性。 作者:管延飞 郭黎 吴娜娜 郑加财 刘海瑞 单位:上海体育学院 生物力学论文:探索生物力学融入高院体育教学实践的研究 随着国家对人才培养由“应试教育”向“素质教育”转轨之际,笔者认为学校体育教育改革应在充分尊重学生人格,注意个体差异,重视个性发展,培养学生自主创造能力的基础上,将培养学生的生理健康、心理健康、道德健康和社会适应力等内化到全体学生的体育素质同步向前发展的目标之中。本文从教育学角度出发,提出将运动生物力学知识融入体育教学实践中并加以分析、探讨,旨在为高校体育教育改革拓宽思路,更好发挥学校体育在实施素质教育过程中的价值和功能。 一、高校体育教学中存在的问题 我国学校体育教育是在前苏联学校体育教育体系的基础上形成和发展起来的,基本满足了当时社会发展与建设的需要;随着我国教育与体育事业的不断发展和经济体制改革的日益深入,传统的学校体育教育已与社会对现代人才培养的需要相互脱节,程式化、强制化、成人化、训练化的体育教育,严重影响着学生身心全面发展。 当前学校体育教育中存在着“身体素质+专项课(选项课)+理论讲座”的状况,其中理论讲座占全部授课内容的不到10%,学生对运动技术的掌握、对运动知识的获得缺乏系统性和科学性。“大学的牌子、中学的形式、小学的内容”——高校课程教材内容与中小学体育课教材内容重复率达63%,高校远没有形成符合自身规律和特色的理论、实践体系。 随着高校不断地进行扩招,体育教学班的人数也在不断增加,加上受场地、器材,师资力量等因素制约,40、50人一个教学班现象很普遍。教学方法、手段、内容得不到及时有效的改善,已远不能满足学生对良好锻炼效果和渴望掌握更多体育知识的需要。 体育首先要让人感到身心愉快,而现行体育课是按“大纲”,“计划”授课的,因而具有严格的计划性和约束性,教师只能按部就班地格式化组织教学,简单地将体育课变成‘达标课’、‘技术课’、‘纪律课’,使体育课丧失应有的休闲、娱乐成分,导致学生失去对学习的兴趣和自信心,造成学生产生厌学、恐惧、惧怕失败的心理。 二、将运动生物力学融入到高校体育教学实践中的可行性 体育教学是富有时代性的实践活动,有特定的教学思想、内容、方法。在不同历史时期有不同的育人目标,同时也就形成了具有时代特征的体育教学合理性标准。特别是在现代社会里,如果体育教育仍停留在竞技教学和身体素质教学这种简单模式之中,不善于按照时代要求变革体育教学实践,机械地传承过时的实践活动或照搬他人的经验,它的地位只能日益下降,既谈不上质量,也更谈不上什么效益,只能成为教学改革的落伍者。 大学生年龄一般都在18~22岁之间,他们的兴趣爱好趋于稳定、集中,他们已不满足被动受教的学习方式,他们更热衷于开放、活泼、主动参与的体育锻炼形式。另外从锻炼的基础来看,大学生经过12年的体育教育,具有良好的体育意识、基础与经验,能在较高的起点上选择符合个人需要的学习内容与形式。 运动生物力学是将体育动作技术,赋予生物学和力学的观点及方法,使复杂的体育动作技术奠基于最基本的生物学及力学规律之上,并以人体解剖学、力学、生物学及体育技术原理的形式加以描述。如能适时地、有针对性地在相关学科的体育教学中将运动学与运动生物力学理论知识相互结合进行教学,不仅可以调动学生学习的兴趣,还可潜移默化的使学生加深对自己本学科知识的理解与巩固。 三、运动生物力学在教学实践中的运用 (一)加强基础理论讲授,提高大学生体育文化素质 体育教育的根本基础在于体育文化,没有文化就形成不了体育,没有文化也发展不了教育。在体育教学中理论与实践相结合的文化科学素质的培养,主要是通过基础理论知识的学习、基本技术的掌握、基本技能的形成过程进行智能教育,培养学生学会学习、创造、求真。将运动生物力学运用到教学实践中,实际上就是加强对学生体育文化素质的培养。比如,每个学期停课前的最后一个月,根据现在的教学大纲要求室外课居多,炎热和寒冷往往使学生没有兴致上课,教师既怕学生中暑、冻伤生病同时又担心完不成教学计划,只好在两相矛盾中硬着头皮上课。与其这样,还不如索性将课改到室内上,最大限度的消除由于环境气候等外在因素带来的安全隐患,教师可就室外课的技术动作结合运动生物力学知识进行分析、讲解。如足球运动中对转身速度的要求很高,为什么有人与人之间对同一动作的结果却不相同?此时教师以运动生物力学中的人体惯性参数中转动惯量原理加以分析、讨论。 根据转动惯量公式可知,转动惯量与质量的大小、质量的分布及作用点离轴的远近有关,学生很快就会明白自己在转动时的错误,并能自行改正甚至指导他人的实践,培养学生脑体结合、综合使用脑力和体力的能力。 (二)运动生物力学在不同学科中的运用 在体育教学实践中根据高等学校文、理、医、工等学科专业的区别,有针对性地在相关学科的学生中,运用运动生物力学知识讲解、分析体育运动技术动作的原理、结构特点,对于技术动作的掌握将起到积极的作用和高效率的结果。如在对理工类学科的学生做足球停球技术动作的教学中,教师不要急于去做示范,先用简单的启发性语言要求学生用弹性碰撞、非弹性碰撞的原理去理解停球技术,让学生自己凭着对停球技术动作的一些感性认识尝试着去做练习、体会。练习完毕,组织学生根据自身的实践,总结技术动作要领,各抒己见,即使有点错误的观点也是可贵的。由于学生专业本身使然,很快便掌握了技术动作。以上例子不是讲解、示范与学生练习教学顺序简单的调换,而是观念的转变,让学生自我实践、自我思维这一过程大大地发挥了学生的主体作用,学生不再是传统体育教学中教师背后的机械模仿者,创造能力是体现学生主体作用的一个重要方面。 (三)运动生物力学在不同人群中的运用 教师应充分认识到学生在个体、运动喜好,体质等方面存在着差异。实际教学中采用因材施教区别对待的教学原则,将那些先天残疾、不适宜参加正常体育锻炼以及渴望掌握更多体育理论知识的学生组织在一起单独进行教学。不要因为他们与生俱来的生理和身体上的一些问题,就疏远他们、抛弃他们,他们拥有和其他学生一样受教育和运动的权利。授课中,教师应充分利用现有设备如多媒体、图片资料等,使学生通过这些渠道对由于自身受限而难以企及的技术动作加深感性认识,从而对这些技术动作不再陌生或者一无所知。同时,再结合运动生物力学的知识,向他们讲解、分析、讨论这些技术动作的运动生物力学特点、原理等。在教师的启发下学生可以凭借自身的认知程度去思维、去实践(能力许可的范围)。让他们以丰富的体育理论知识,充实自己的头脑,从而满足不同学生对体育知识的兴趣与渴望。 (四)加强运动生物力学同相关学科之间的交流,建立健全体育教学 运动生物力学是以人体解剖学、人体生理学、力学的原理与方法,研究人体运动器系的生物力学特性和人体运动动作的力学规律以及器械机械运动力学规律的学科。因此必然带有数学、力学、生物学等学科的痕迹。长期以来高等学校中文、理、医、工等学科专业相互之间缺乏必要的交流、渗透与融合,学生知识的获得与消化局限于一个狭窄的领域。 四、运动生物力学融入到体育教学实践的意义 高校体育教师要不断提高自身的体育理论水平和业务素质,加强教育理论、体育理论的学习与思考,以自己高尚的道德情操和渊博的才华学识来赢得学生的尊敬和信任。 将运动生物力学融入到体育教学实践中,可以使教师在教学中有利于选用教材和教法,并根据学生体质的实际状况,重点发展其较为薄弱的环节,让他们得到全面均衡的发展,为终身体育打下坚实的基础,从而适应素质教育的要求。 将运动生物力学融入到体育教学实践中,使学生从观念上改变对运动知识性与科学性认识,有利于激发学生的学习兴趣,充分满足不同学生对体育知识的渴望,发展学生个性,通过身体、心理多方面素质的培养,促进学生的正常生长发育,提高身体活动机能,培养学生脑体结合能力,最终学生自己可根据个体差异及不同的需要开出运动处方。 将运动生物力学融入到体育教学实践中,通过生物力学作导向和指导,使相关专业、相关学科有机的结合在一起,相互促进、教学相长,建立健全体育教学,最终使高校体育教学真正成为培养大学生综合能力的实践课堂。 生物力学论文:种植义齿下部结构生物力学探究论文 摘要摘要:种植义齿的生物力学相容性是影响种植义齿的远期成功率的主要因素之一。本文从种植材料、种植体形态、种植体表面结构、种植数量、种植体在颌骨内的排列和分布、受植区颌骨的形态结构等方面对种植义齿下部结构的生物力学特性作一综述。 自Branemarkr提出骨结合理论以来,种植义齿已成功地应用于临床,解决了以往传统义齿的固位、舒适等新问题,取得较好的修复效果。但临床上仍常出现种植体四周骨组织吸收、种值体断裂、松动、脱落等新问题[1,2。许多学者认为种植义齿的生物力学相容性是影响种植义齿远期成功率的主要因素之一。本文对种植义齿下部结构生物力学探究概况作一综述。 1种植材料对种植义齿生物力学的影响 Nishihara等[5通过动物实验探究表明种植体四周骨内的应力分布和种植材料的性质、材料的弹性模量关系不大,而是更多的和种植体的形态、颌骨的形态及结构有关。Rieger等用三维有限元法(finiteelementmethod,FEM)分析,也得出相类似的结果。但从生物力学的观点来看,不同材料和不同弹性模量的种植体对应力在种植体骨界面的分布是有影响的。邹敬才等[4用有限元法在5种不同弹性模量、相同的负荷条件下,对单个螺旋形种植体骨界面的应力分布规律作比较,结果表明种植体的弹性模量越高,种植体颈周骨内应力越小,而根端骨内应力越大;种植体弹性模量越低,种植体和骨界面的相对位移运动就越大。适宜的种植体的弹性模量在70000MPa以上。 目前,由于金属及金属合金材料具有优良的生物力学性能而被广泛应用于种植体的制作,其中钛和钛合金等被认为是最合适的种植材料。近年来许多学者探究了用生物陶瓷作为种植材料[5,认为生物陶瓷种植体在植入后的始阶段可以获得较钛及其合金更好的生物相容性,但在行使功能后终因生物陶瓷本身力学上的易碎性导致生物陶瓷种植体生物力学的相容性较差,Glantz等[6通过实验也证实了陶瓷种植体和陶瓷涂层的种植体因生物力学上有较差的相容性导致种植后较高的失败率。 2种植体的形态对种植义齿生物力学的影响 Victor[7用三维有限元法对3种不同种植体系统(Branemark系统、Bud系统、IMZ系统)的不同形态的种植体,在不同的加载条件下,种植体四周骨内的应力分布情况进行了探究。结果表明3种不同种植体四周骨内最大应力均位于种植体颈部四周和种植体翼的下方,且越近种植体根尖部,骨内应力越小。种植体的翼可以减少应力在种植体及其四周骨内的分布,去掉翼不但增大种植体颈部骨的应力,而且将改变整个应力分布的情况。在其他因素不变的情况下,增大种植体颈部直径,种植体四周皮质骨内应力大大降低,故认为种植体颈部的直径对种植体四周的应力分布水平影响最大,两者呈负相关。岑远坤等[8对叶状和柱状种植体支持的全下颌种植覆盖义齿在不同牙位下应力分布的情况进行了探究,结果表明叶状种植体和柱状种植体应力分布的基本规律相似,种植体颈部以及其四周的骨皮质界面均为应力集中区。但叶状种植体在其颊舌面和近远中面交界的尖锐线角处,应力集中更明显,其骨界面的应力峰值均大于柱状种植体。Holmgren等[9探究认为圆锥形种植体比圆椎状种植体更有利于种植体骨界面的应力分布,黄辉等[10探究认为螺旋形种植体螺旋顶角的改变可以导致种植体在支持组织内应力分布水平的变化,并指出螺旋顶角为60%26ordm;的种植体应力分布最合理。 3种植体的表面结构对种植义齿生物力学的影响 有学者从生物力学角度探究认为表面有微孔的种植心得形成更好的种植体-骨界面结合,当孔径为50-200%26micro;m时可获得最佳的结合强度。陈安玉[11探究表明由于表面微孔的存在,可在种植体骨界面形成机械的锁结功能,从而改变微界面应力的功能方式,使得在大界面上每一个区域均有小界面的压应力存在,使拉应力和剪应力转变为压应力;另一方面微孔增加了界面的接触面积,降低了平均应力水平,从而更有利于应力的合理分布。 近年来许多学者提出种植体表面的生物活性涂层可以诱导骨性结合。Michael等[12经临床观察报告HA涂层种植体成功率(7-8年)达97.5%,Adell认为HA涂层种植体有利于早期愈合。有学者探究表明BTG钛基复合种植体植入颌骨内后,早期固位优于钛种植体,具有较高的界面结合强度,并且在界面上可产生化学结合、金属结合、机械结合3种方式。但也有资料提示随着种植体接受功能负荷时间的延长,成功率下降,临床上亦出现涂层和钛芯结合强度不足导致涂层剥落者。 4种植体的数量以及在颌骨内的排列和分布对种植义齿生物力学的影响 种植义齿由多个种植体支持时,应力分布情况由种植体的数量,种植体在颌骨内的方向、排列所决定。一般认为种植体的数目越多,每个种植体上承担的应力就越小。Skalak探究认为多个种植体支持的种植义齿当受到水平方向力功能时,力量可以较均匀地分散到各个种植体,且分散到每个种植体上的力量要小于总功能力。当垂直方向力功能于种植义齿时,力量不会均匀地分散到每个种植体,越靠近功能力点的种植体受力越大。 对于全口种植义齿,Skalak认为4-6枚种植体即可支持全口固定种植义齿。Bschwartzman探究表明4个或5个种植体支持的全颌种植义齿在应力分布规律上无差异,并认为当垂直负荷功能于全颌种植义齿远端悬臂梁时,最靠近悬臂梁端的种植体产生的应力最大。Davis通过实验探究得出相似的结果。Osier[13用静态工程原理分析进一步指出最靠近悬臂梁的种植体所承受的负荷通常是总负荷的2.5-5倍,是非悬臂梁状态的1.75-3.5倍,主要承受的是压应力,而远离悬臂梁端的种植体主要承受张应力。悬臂梁越长,末端种植体所受的应力越大,故认为在种植义齿设计时,应尽量避免使用悬臂梁,如一定要使用悬臂梁时,种植体应尽量离散,且悬臂梁的长度不能超过种植所能承受的范围。 Federick等[14用光弹法探究了由2个种植体支持的全颌种植义齿的应力分布,结果表明种植体在颌骨内应垂直于牙平面并平行放置,以利于牙力通过种植体垂直传递,减少种植体的力矩和界面过大应力。但临床上为取得共同的就位道,往往使种植体之间形成一定角度,Naert等[15指出在同一牙弓中种植体之间的相互偏差角度不宜超过20%26ordm;,以使负荷没种植体长轴传导。Hertey等[16探究表明,种植体在颌骨内的分布呈曲线型排列较直线型排列者界面的应力要小,种植体为直线型排列缩小了其后方向的分散程度,导致游离臂和抗力臂比例增大。 5受植区颌骨的形态结构对种植义齿生物力学的影响 从生物力学观点看,颌骨是一种多相的、各向异性的、非均质性的、多孔的复合体。人类的颌骨是具有一定屈曲性的弹性体[17,可以承受一定的压力,但其皮质骨和松质骨都有一定的抗张力和抗压力的极限,当颌骨受力水平高于其极限值时,就会产生微骨析,最后导致骨质吸收破坏。 Lundgrens[18指出种植体的成败和颌骨骨皮质的密度、厚度、颌骨的宽度以及受植床血供等直接相关。Jensen指出受植区的颌骨形态和结构较整个颌骨的形态和结构对种植义齿的应力分布影响更大,一个理想的受植区颌骨至少要能提供10mm的骨性结合区,其水平宽度至少为6mm。Victor等[7用三维有限元法探究了由3种不同厚度皮质骨的颌骨支持的种植体在不同的负荷下,种植体及其四周骨内的应力分布,结果表明3种情况下种植及骨界面应力分布的规律基本相同,最大拉应力、压应力均位于种植体的颈部四周。但最大拉应力、最大压应力的值却有显著差异。皮质骨越厚,种植体及其四周皮质骨内的应力越小。但在垂直瞬间加载时,最大拉应力位于种植体颈部,最大压应力位于种植体底部,当种植体的颈部和底部同时位于皮质骨内时,可以明显降低种植及其四周骨内的应力。Papavasilion[19也指出当皮质骨缺乏时,可导致种植体骨界面的应力增高,从而导致种植体四周骨的微骨折。 生物力学论文:大学生不良步态的生物力学特征及影响因素 关 键 词:运动生物力学;步向角;足底压力中心;等动肌力;功能性动作筛查;大学生 随着社会的发展,人们对不良步态的关注程度越来越高,不仅成为儿童青少年家长关心的热点问题,也备受在校大学生的关注,这在经济发达地区尤为明显。2011年9-10月,本研究团队在广州市各大医院儿童足科跟随测试的结果表明,200名3~10岁儿童中被确定为内八步态的有46名,占23%,其中90%以上的家长有矫正的愿望。本研究团队2014年对450名文科、理科、体育学院在校大学生进行问卷调查的结果显示:80%以上大学生认为不良步态会影响理想就业,甚至降低择偶标准;超过60%的人对不良步态的认识存在误区;最不能接受的不良步态依次为O型腿(68.8%)、内八步态(60.1%)、X型腿(58.5%)[1]。然而,国际上对内八步态的研究主要集中在下肢骨骼关节的解剖学特点和矫形器矫正治疗方面,把内八步态看作与下肢形态相关的疾患,由医院诊断并运用矫形器进行矫正,而对内八步态形成的生物力学原因及机制尚未达成一致意见。有人认为随着年龄的增长,多数内八步态会自行改善,有人认为不采取矫正措施会导致其他不良姿态的形成[2-3]。本研究运用足底压力、等动肌力、功能性动作筛查等方法,对在校大学生进行步态、下肢等速肌力及功能动作筛查等方面的测试,旨在探讨内八步态形成的生物力学因素及机制,为内八步态的预防和矫正提供理论依据。 1 研究对象与方法 1.1 受试对象 2014年1-12月,在华南师范大学大学城校区随机对124名在校大学生进行步态测试,从受试者中募集内八、外八、正常步态男女各10名,进行下肢等动肌力、功能动作筛查、动态平衡等测试。经单因素方差T检验表明,受试者在年龄、身高、体重方面没有显著性差异。 1.2 研究方法 1)步态测试。 平放于地面的RSscan测力板(0.5 m,300 Hz),上铺延长EVA辅道,防止受试者刻意踏板而改变步态。首先,让受试者目视前方在测力板辅道上行走,进行适应性练习,直至步态自然;然后,正式测量左、右足3次的有效数据。测试指标:步向角、足底压力等。 步向角(Progresive angle):行进方向直线与足跟中点和第2跖骨连线形成的夹角,“+”表示足向外偏离行进方向,“-”表示足向内偏离行进方向[4]。受试者个人步向角取3次有效数据的平均值。 足部分区:为了便于对比分析,按国际惯例将足部分3个区域:FF(足前部)、MF(足中部)、RF(足后部)。 2)下肢等动肌力测试。 受试者穿运动鞋、裤,5 min热身后,由经验丰富的实验员指导,在Cybex-NORM 等动肌力测试系统上进行适应性练习,直至受试者感觉动作自然流畅,然后进行正式测试。受试者平躺于测试床,膝关节伸直,用固定带固定身体,足跟对准仪器轴心,足底贴合仪器,测试左、右踝关节旋内、旋外角速度分别为30(°)/s、120(°)/s时的等动肌力指标。每个角速度重复测试5次,取平均值,两种速度测试之间间隔20 s以上,左右侧测试时间间隔10 min以上。 3)功能性动作筛查(FMS)。 受试者依次完成7个基本动作(举棒深蹲、肩扛棒跨栏、弓步下蹲、肩部灵活性、单侧直腿上抬、躯干稳定性、旋转稳定性)和3个确认动作。由经过培训且有评分经验的2名测试人员分别从被试者的正面和侧面进行观察,根据评分标准[5-6]进行评分,并详细记录被试者动作模式特点。 4)动态平衡测试。 测试在安静、光线均匀、宽敞的房间进行。受试者正式测试前进行适应性练习,熟悉踏步节奏。如图1所示,受试者双脚并拢,标记两足跟与足尖的初始位置,分别连接左右足跟中点A和B,左右足尖C和D,左足跟中点A与右足尖D、左足尖C与右足跟中点B,把两线段AD和BC的交叉点O设为原点。然后让受试者站在初始位置,戴上眼罩和耳机原地踏步1 min(播放频率为120 Hz的节拍器节奏的MP3,与耳机连接,夹在被试者背后腰部附近,以不影响动作为原则)。受试者踏步结束,耳机提示受试者保持静止不动,等测试人员在地面标记。测试者按照以上程序重新标记左右足的位置,确定O′的位置。然后用量角器测量AB和A′B′延长线的夹角α,用钢卷尺测量OO′的长度(位移大小)。角度方向规定:向左旋转逆时针为“+”,向右旋转顺时针为“-”。每人测量3次,取3次中偏移角度和偏移幅度最小值。期间不暂停,不受外界声、光等因素干扰。 5)数理统计法。 排除受试者标准:年龄小于18岁,近6个月有下肢病症者或下肢有外科手术史者。3种步态分析前,剔除数据不全者4名,采用SPSS19.0软件进行相关统计学分析。组间差异用独立样本T检验或单因素方差分析,数据用均数±标准差( ±s)表示,百分比的显著差异性用卡方检验。P 0.05差异具有显著性,P 2 研究结果及分析 2.1 内、外八步态发生率 124名在校大学生的步态测试结果显示:在校大学生的步向角度为(7.5±8.4)°。按照Chin-Shan对正常步态的界定(步向角的正常范围为平均数加减1个标准差)[3],本研究以单侧或双侧步向角小于-1°为内八步态,大于16°为外八步态;左右侧不对称性以每人左右两侧步向角差值是否超过标准差8.4?为依据。测试结果显示:(1)在校大学生内八步态有35名,发生率为28.2%,外八步态33名,发生率为26.6%。(2)男、女大学生步向角均左侧大于右侧,不具显著性,但左右不对称比例分别为12.8%和43.6%,具有非常显著性。(3)男、女大学生步态性别差异非常显著。一方面,男生步向角左右侧均大于女生,导致男性外八步态发生率高,女生内八步态发生率高;另一方面,女生左右不对称发生率显著高于男生(见表1)。 研究表明,在校大学生步向角范围为(7.5±8.4)°,与Chin-Shan[3]对7岁左右儿童的研究结果基本一致,说明7岁左右步态基本定型。比课题组前期研究成果,儿童内八步态23%的发生率、大学生28%的内八步态发生率偏高,间接说明在没有干预的情况下,儿童内八步态自我矫正的几率几乎为零,如果生活、学习中有不良动作习惯,还会导致内八步态发生率提高。 本研究还发现,步态特点性别差异存在非常显著性:(1)男生双侧步向角均大于女生且有非常显著性,这一结果与张秀丽等[7]“男性大学生步向角较大,外八步态发生率较高;女大学生步向角较小,内八步态发生率较高”的观点相一致。儿童步态特点与发育特点有关,大学生步态特点的形成与中国传统文化、观念及由此产生的行为习惯密切相关。一般认为,男性走路时足外展是男子汉、霸气的象征,女子走路足内收则是淑女、有修养的象征。(2)左右不对称发生率较高,且女生明显高于男生。人体是一个整体关节链,左右侧步向角不一致会造成身体其他部位的不对称,如果进行高强度的运动,那么急、慢性损伤风险就会增加。因此,左右侧步向角差异程度较大的学生需要进行矫正。 2.2 不同步态足底压力特征 1)足底压力中心(COP)移动轨迹特征。 图2中虚线为COP轨迹(实线为步向角的判断标志线,足跟中点与第2跖骨的连线),展示足底压力步行支撑阶段不同时相的形状特点。(1)整体形状:正常步态的COP移动轨迹成平滑的弧弓,外八步态弧弓更大,且压力轨迹不如正常步态平滑,内八步态呈直线状态,没有弧度或弧度很小。(2)后跟着地时相:正常步态COP移动轨迹呈现“勾”状弯曲,内八步态无“勾”。(3)全足支撑阶段:正常步态COP移动轨迹呈平滑弧线型从足跟向足外侧转移后,又回到足前中部,内八步态则呈直线状态过度到中足,压力中心轨迹较陡直,外八步态的弧度较大且不如正常步态平滑。(4)蹬离地面时相:正常步态COP移动轨迹平稳过渡到前足中部后转向第1趾,内八步态在第3跖骨处有一个明显的折角,之后转向第1趾,外八步态在该时相与正常步态类似。 图2 内八(左)、正常(中)、外八(左)步态COP移动轨迹 2)足底冲量特点。 行走过程中,足底各区域所受冲量是重点关注的指标。但由于体重等个体性差异较大,本研究中足前、足中、足后部的冲量用相对于全足的相对值表示。如表2所示,内八步态足前部冲量比显著低于正常步态和外八步态,但正常和外八步态之间的差异不具显著性;内八步态足中部冲量比高于另外两组,与正常步态相比差异不具显著性,与外八步态差异有显著性。足后部占比,内八步态高于另外两组,与正常步态相比有显著性差异。 内八与外八步态同属不良步态,其相同点:足底压力中心移动速率峰值均较正常步态大,出现较晚且均在支撑阶段65%处。不同之处:(1)足跟着地阶段,正常步态和外八步态较相似,其压力中心移动轨迹较长且呈曲线,移动速率较大,使得足跟部压力更为分散;内八步态压力中心移动轨迹较短,移动速率较小,其足跟部压力更为集中。(2)全支撑阶段,正常步态压力中心移动轨迹是一条平滑的弧线,分布更为均匀,以较小且稳定的速率从足跟部平滑过渡到足中及前部,而内八步态是直线过渡到足中及前部;以较大速率过渡到足前部后速度突然降低,压力中心在足前部处缓慢移动,不能充分利用足底内外侧纵弓的缓冲作用。(3)足底不同区域所受冲量有合理的比例,相比正常步态和外八步态,内八步态足跟处尤其是足跟内侧冲量及峰值压强都较大,而外八步态的足底冲量分布特点与正常步态相似。 2.3 不同步态下肢等速肌力特点 1)下肢等速肌力力矩。 如表3所示,内八步态30 (°)/s旋内峰力矩,平均力矩均小于正常步态且差异具显著性;旋外峰力矩与旋外平均力矩内八均小于正常和外八步态,且具非常显著性;内八步态120 (°)/s旋内峰力矩、平均力矩小于正常步态,且差异显著,旋外峰力矩、旋外平均力矩小于正常步态和外八步态,且平均力矩都具有显著性;外八与正常步态相比无显著性差异。 1)与正常步态比较,P 2)下肢旋内、旋外等速肌力矩比例特点。 表4数据表明,在测速速度为30(°)/s时,内八步态峰力矩比值、平均力矩比值均值在3组中最大,且和外八步态比较具有@著性差异。外八步态峰力矩旋内旋外比值和平均力矩旋内旋外比值小于正常步态,且具有非常显著性。在测试速度为120(°)/s时,峰力矩旋内旋外比值、平均力矩旋内旋外比值,内八步态大于正常和外八步态,都具有显著性;正常步态均大于外八步态,但差异没有显著性。 以性别作为控制变量,对旋内、旋外等速肌力矩比值与步向角度进行相关性分析,结果显示:在测试速度为30(°)/s时,平均力矩比值与步向角度的相关系数为-0.290(P 3)下肢旋内、旋外关节活动幅度。 如表5所示,下肢关节在旋内、旋外关节活动幅度总体中比较,正常步态最高,内八步态次之,外八步态最低,但差异均不具显著性。旋外关节活动幅度方面,内八步态低于正常步态且具非常显著性,而旋内关节活动幅度3组之间差异不具显著性。 本研究显示:相比正常步态,(1)内八步态旋内和旋外等速肌力矩,不论是在30(°)/s还是在120(°)/s测试速度时都较小,且差异具有显著性,这和本课题组的前期相关研究结果一致:内八步态下肢肌力比正常步态肌力更为孱弱[7];而外八步态30(°)/s和120(°)/s角速度的旋外、旋内力矩均与正常步态接近,但均没有显著性差异。(2)内八、外八步态旋内或旋外力矩比值均与正常步态有显著性差异。相关分析结果表明,步向角与30(°)/s和120(°)/s两种角速度旋内或旋外平均力矩比值呈弱相关(R=-0.287和R=-0.290)且存在非常显著性。(3)内八步态的下肢关节旋外关节活动幅度较正常步态小,且差异具非常显著性,外八与正常步态的差异不具显著性。建议:对内八步态的矫正,一方面,应注重旋内、旋外肌力同时加强的基础上提高下肢旋外肌力;另一方面,需要采取有效方法提高下肢各关节旋外关节活动幅度。 2.4 劝瞬教FMS评分特点 表6显示:(1)正常步态FMS总分显著大于内八和外八步态,内八和外八步态之间无显著性差异;(2)正常步态举棒深蹲、肩扛棒跨栏、弓步下蹲3个动作评分均显著高于其余两组;(3)躯干稳定性动作评分,正常步态高于内八步态且具非常显著性,但与外八步态没有显著性差异;(4)内八步态单侧直腿上抬动作评分显著高于正常和外八步态。 FMS以日常生活、休闲娱乐、体育项目等身体运动中的基本动作为主要内容,以受试者完成动作模式是否符合生物力学原理为评分标准,通过7 个基本功能动作判断人体运动链中存在的薄弱环节,发现潜在的伤病风险,为进行个性化体育锻炼和训练提供依据。本研究显示,内八、外八同属不良步态并表现出相同特点:功能性动作筛查评分分别为13.4分和14.5分,与正常步态16.9分具显著性差异。这一结果表明:一方面,内八、外八步态的形成不仅与下肢因素有关,而且与人体更多的薄弱环节相关,通过矫正动作提高FMS评分可以作为内、外八步态改善的方法之一;另一方面,如果参加同样强度的体育活动,内、外八步态者发生伤病的可能性更大。 与正常步态相比,内八步态者有5个动作的评分较低,分别是举棒深蹲、肩扛棒跨栏、直线弓步下蹲、单侧直腿上抬和躯干稳定性。其中,举棒深蹲、肩扛棒跨栏、直线弓步下蹲3个动作,包括日常生活及各种体育活动中下肢支撑完成的3种模式:双足左右站立、单足站立及双足前后站立,单侧直腿上抬反应髋屈灵活性,躯干稳定性反应核心力量的强弱。 深蹲动作以双足左右支撑站立完成,是日常生活中的基本动作元素。该动作要求下蹲过程中身体保持稳定,棒置于头上,膝关节不出现内扣现象,前移不超过足尖。内八步态的均分为1.8分,外八步态为2.0分,均显著低于正常步态的2.8分。内八低分的原因主要是下蹲过程中双膝内扣,这会导致髌骨和膝关节附属韧带负荷较重,软骨及半月板受力不均,在时间延长或外部负荷加大的情况下,急慢性运动损伤风险会增大。肩扛棒跨栏步以单足支撑站立完成,要求躯干正直、身体平衡稳定的同时,对侧下肢抬起一定的高度并能控制地还原,日常生活中的走、跑、跳等都以这个动作为基础。内八和外八步态的均分均为1.8分,显著低于正常步态的2.4分。低分的主要原因多为摆动腿膝关节内扣或外展,躯干左右摇晃或肩部左右旋转。直线弓步以双足前后分立支撑完成,要求受试者下蹲过程中身体稳定,头、躯干、骨盆保持功能解剖中立位,对核心力量和下肢关节灵活性有一定的要求。内八和外八步态分别为2.2分和2.4分,显著低于正常步态组的2.8分。内八步态者低分的主要原因是动作完成过程中躯干不能保持稳定,左右摇晃。 综合肩扛棒跨栏和直线弓步下蹲两个动作特点可以推断:相对正常步态者,内八和外八步态者完成有单足支撑动作任务的经济性和表现力可能会较差,如相同时间内跑步距离、相同距离跑步用时、相同时间和距离以及受伤几率等,均有待于进行后续研究。 躯干稳定性要求受试者做一个标准俯卧撑,即要求受试者躯干保持平板的情况下,双臂肘关节伸直撑起。内八步态均分仅为1.0分,低于正常步态2.4分,差异非常显著,说明内八步态的形成不仅是下肢因素所造成,核心力量强弱、躯干稳定性大小也是主要原因。与其他动作评分结果不同,单侧直腿上抬动作内八步态评分显著高于正常和外八步态,即相对于正常和外八步态,内八步态者的髋关节屈曲灵活性较好。由于缺乏这方面的研究资料,尚不能对这一现象做出解释,有待进一步深入探讨。 2.5 内八步态动态平衡特点 如表7所示,内八步态动态平衡能力较正常步态和外八步态差,表现在闭眼1 min原地踏步走过程中的偏移和旋转均较大。偏移距离,内八步态最大,正常步态次之,外八步态最短,但无显著性差异;旋转角度方面,内八步态也是最大的,且与正常步态具有显著性差异。 1 min闭眼原地踏步属于无干扰自动态平衡检测,在排除视力情况下对受试者动态平衡能力进行测试。影响人体平衡能力的因素很多,可分成内因和外因,重心、稳定角和支撑面等为外因,性别、体重、年龄、视觉、前庭感受器、本体感觉和骨骼肌力量等为内因。本研究中1 min闭眼原地踏步受试者均为医学上的健全人,体重、性别、年龄差异均不具显著性,戴眼罩排除了视觉因素,走路对肌肉力量要求不高。因此,本研究的动态平衡测试检测的主要是受试者的本体感觉和前庭感受能力。内八步态者动态平衡能力较正常步态者差,主要体现在偏移角度;3种步态方面,内八步态最大,与正常步态相比差异具显著性。在踏步的过程中,主观意识在保持踏步动作的完成一致性,但是本体感觉及前庭功能的薄弱,致使每一次踏步之间产生的微小差异不易被感知到,导致踏步持续偏转和偏移。 综上所述:一方面,外八与内八步态同为不良步态,有相同的特点,如足底压力中心移动速率峰值出现较晚,功能性动作筛查评分均较低等。另一方面,两者的生物力学特点不是简单的相对或相反,外八的很多特点与正常步态相似或相近,如足底冲量分布、下肢肌力、关节灵活性、动态平衡稳定性等。这也意味着影响外八的生物力学因素及形成机制与内八步态不同,需要更多的深入研究。 生物力学论文:白内障手术精细化,数据“描绘”角膜生物力学特性不可少 “身处在医改大潮中,很多y解的医学课题需要我们去攻克,除了科研问题,在当前医改工作当中,不管是公立医院或是民营医院,如何解决好看病难看病贵的问题,是当下作为一名医师和医院管理者必须要做好的一件工作。” ――天津市眼科医院院长汤欣 过去几年中,对角膜组织的生物力学特性及其对角膜疾病影响的研究越来越多,成为预防和评价相关眼科疾病关注的话题。 在精准医学・创新学术论坛暨2017济南协和眼科中心高峰论坛上,中华医学会眼科学分会常务委员、天津市眼科医院院长汤欣教授从临床思考的问题出发,深入阐述了白内障手术中角膜生物力学特性。汤欣教授从4个方面揭示了角膜生物力学性能测量在角膜疾病诊断、角膜屈光手术效果预测及眼内压测量等方面的重要意义――应用可视化角膜生物力学分析仪(Corvis ST)测量老年人角膜生物力学参数,分析了角膜生物力学特性;观察白内障超声乳化术后轴性高度近视患者角膜生物力学变化;同时分析了不同手术切口方式的生物力学改变;并比较了飞秒激光辅助的白内障手术与超声乳化手术术后角膜生物力学变化。 汤欣教授首先介绍了力学的基本概念。他指出,力的效应是指在人体内广泛存在力对介质、组织和器官的运动效应。生物体内应力应变与细胞生长的关系就是应力与生长关系的理论。应力作用于单位面积上的表面力。在力学中按受力后是否形变分为刚体和变形体,角膜属于变形体。 生物力学研究对角膜有何意义? 生物力学是指应用物理力学的方法和理论来研究生物和人体在宏观和微观水平上的力学性质和行为。它是分析发生在生命活动过程中的各种力学现象和过程,也是了解生物和人体一部分及相对于另一部分,以及整个机体在空间和时间上发生位移和运动的力学规律。 角膜与青光眼、屈光密切相关。与生物力学相关的角膜组织结构特点有:角膜从前到后分为上皮细胞层、前弹力层、基质层、后弹力层、内皮细胞层5层。角膜组织是人体典型的粘弹性组织,其5层结构有其不同的与组织结构相关的生物力学特点。白内障的摘除手术,主要经历三个阶段,首先是撕囊,在晶体前囊膜开一个圆形的口子;然后进行超声乳化,将白内障的晶体核震荡成小碎块吸出来;最后,植入人工晶体。以前眼科医师对角膜的生物力学特性了解不多,只是看看角膜是否透明,十几年前白内障手术被视为复明手术,如今白内障手术已经归结到屈光手术,需要我们更多地了解影响屈光手术疗效的因素。 角膜整体抗张强度主要来自含有胶原纤维的前弹力层和基质层。了解到这一点,对我们设计手术切口十分重要。前弹力层结构特点如下:8~12μm无细胞透明结缔组织,由直径20~20μm的胶原纤维以非束状且无规则方式排列而成,人眼角膜各层组织结构中其黏附性抗拉强度最大。基质层粘合力:角膜基质层间黏合力最强至最弱的区域依次为周边前部1/3基质、中央前部1/3基质、周边后部2/3基质、中央后部2/3基质、后弹力层。(王雁,赵堪兴,《飞秒激光屈光手术学》,人民卫生出版社,2014,北京)。 手术切口如何设计才是合理的?很多医师为节省时间,行白内障手术是一刀直接插入,但我们始终行三平面透明角膜切口,对黏合度、术后的密闭性和预后更好。阶梯状隧道切口切断板层组织相对更少,对术后角膜切口的张力强度更有益。手术切口设计优劣的衡量标准主要有两条:一是减少术后角膜源性散光,二是避免术后可能造成的切口严重感染。 弹性(Elasticity)是指材料变形后恢复原有形状的能力。弹性模量为描述角膜弹性材料特性指标之一,弹性模量=应力/应变,弹性模量值越高,代表材料越硬。人角膜应力-应变关系呈现非线性的特点。黏性(Viscosity)是指流体受到剪切力或拉伸应力时抵抗形变的能力。黏性是流体的固有属性,描述流体黏性大小的物理量为黏度,也称粘滞系数。黏弹性(Viscoelasticity):材料在变形过程中同时表现出弹性和黏性,产生蠕变,应力松弛和滞后。各向异性(Anisotiopy)是指材料特性在各方向上不具有一致性。角膜不同部位胶原纤维交联不同角膜,中央板层之间的黏合力明显小于周边部,下方层间黏合力小于上方、鼻侧及颞侧周边。 以往对角膜的注意点如下:角膜的非对称Q值:非球面IOL,手术导航系统/角膜后面表面的散光:Toric IOL。角膜切口的构型,密闭性和生物力学性能。角膜作为人体最重要的软组织之一,对其特性的完整描述除了角膜厚度、曲率等形态学指标,还应包括角膜在受力时表现出的生物力学特性。角膜生物力学特征颇为复杂,且不是固定不变的。临床眼科中角膜的微观结构发生变化,角膜生物力学属性也会随之发生变化,且随年龄增长呈现下降趋势。 角膜生物力学性能的测量主要包括离体测量和活体测量两类,前者包括角膜轴向拉伸法、角膜膨胀法、离体全眼球膨胀测量法等,不能真正反映活体角膜生物力学特性,临床医师很少使用。后者可包括激光共焦显微镜、超声弹性显微镜、眼反应分析仪(ORA)、可视化角膜生物力学分析仪等进行测量。 Corvis ST是一种新型的活体角膜生物力学性能的仪器,可以客观地显示这一过程。全球第一台可视化角膜生物力学测量仪,可快速、非接触、自动化采集。其原理是通过超高速Scheimpflug拍摄技术,以每秒4330帧,空气脉冲后在31毫秒内可捕获140幅图像,拍摄范围为水平方向8mm。初始状态(Original state)是角膜未接触气压脉冲。中央角膜厚度(CCT)即角膜顶点处角膜前后表面垂直距离。第一次压平包括时间、速度和长度。第一次压平时间(First applanation time)是指角膜由初始状态至第一次压平经过的时间;第一次压平速度(Velocity in)是指第一次压平时,角膜顶点压陷的速度,方向为正值。最大压陷是指角膜顶点处于最大变形幅度时。最大压陷时间指的是角膜由初始状态至最大压陷经过的时间。反向曲率半径是指最大压陷时,角膜前表面曲率半径。峰距是指最大压陷时,角膜非变形部分最高点之间的距离。变形幅度是指角膜由初始状态至最大压陷,角膜顶点产生的垂直距离。 第二次压平(applanation2)是指角膜中央0.5mm区域形态由凹面向凸面转变的瞬间,包括时间、速度和长度。第二次压平时间是指角膜由初始状态至第二次压平经过的时间。第二次压平速度(Velocity in)是指第二次压平时,角膜顶点反弹的速度,方向为负值。第二次压平长度是指第二次压平时,角膜前表面压平部分的长度。 眼轴长度、角膜曲率:对角膜生物力学参数有无影响? 汤欣教授介绍,我院的第一项研究是应用可视化角膜生物力学分析仪,Corvis ST测量不同眼轴长度和角膜曲率的老年人角膜生物力学参数,分析探究其生物力学特性。研究收集拟接受白内障手术术前人群,共220人(426只眼睛),平均年龄为69.97±5.81岁(60-80岁)。依据不同性别分组,眼轴长度(AL)在22~24mm,角膜k值在42~44D之间:男性44眼,女性49眼,依据不同眼轴长、不同角膜曲率分组,观察不同眼轴长组间的生物力学是否有变化,同时进行正常眼轴长的不同角膜曲率组建的生物力学对比分析。结果显示,不同性别的组间角膜生物力学没有明显改变。 我们对不同角膜轴长进行分组(角膜k值42~44D):第一组为22~24mm,平均数22.92,标准差0.53,共53例;第二组为24~26mm,平均数24.64,标准差0.52,共54例;第三组 26mm,平均数28.64,标准差1.76,共54例。同时在不同角膜曲率分组中发现,角膜曲率越大,角膜越陡峭,需要更大的力量来压平。角膜达第一次压平时,在同一气压脉冲的作用下,第一压平长度越小。第二压平状态中,此过程的作用力主要包括角膜黏弹性、眼内压和逐渐减小消失的气流。角膜曲率越大,可能会导致角膜本身的黏弹性降低,角膜在返回原始状态时所受的回弹力相对小,导致第二压平长度越小。 不同眼轴长的组间分析结果显示,随着眼轴的变长,角膜变陡峭,角膜曲率增大,角膜本身的黏弹性降低,角膜在返回原始状态时所受的回弹力相对小,导致第二压平长度越小。眼轴长度增加到一定长度时,眼球整体扩张而角膜厚度也会随之变薄。角膜的厚度增加角膜的硬度,相应的具有抗变形和快速修复的功能。眼轴越长,角膜厚度明显变薄,导致角膜在气压脉冲的作用下发生形变过程中角膜抗压强度小,相应的最大合莘度变大。用生物力学测量的眼压,是修正了角膜厚度和硬度的因素得到的,因此更为准确。随着眼轴长度的增加,眼内压有逐渐增高的趋势,且眼轴长度大于26mm,眼压增高的幅度最大,与本研究中眼压随眼轴长度的变化趋势一致。眼内外受压后的变化速度与角膜的黏弹性有关;眼轴长的角膜厚度薄,抗压能力也就变弱,在同一压强的条件下,抵抗力弱的角膜达第一压平状态所用的时间也就越长。 高度近视的白内障患者手术切口要精细 第二项研究是应用Corvis ST测量仪观察白内障超声乳化术后轴性高度近视患者角膜生物力学变化。Valbon等研究发现超声乳化术(PHACO)会引起角膜厚度增加及角膜生物力学性质减弱,从而导致角膜生物力学特性发生改变。随眼轴的过度增长及高度近视的发展,角膜的微观结构会随其发生变化,引起角膜损害,从而导致角膜生物力学特性发生改变。 轴性高度近视角膜和正常人角膜在进行Phaco手术前后,角膜生物力学参数的变化是否一致?我们设置了实验组与对照组两组。年龄54.85±4.78 vs.56.41±5.29,性别(男/女)18/16 vs.15/19,眼轴29.04±1.72mm vs.23.04±0.37mm,角膜曲率45.34±1.31 vs.44.48±1.42。晶状体核硬度Ⅱ级核16例,Ⅲ级核18例,Ⅱ级核15例,Ⅲ级核19例。研究结果显示,术后1周变化值与眼轴长度有正相关关系。 随着眼轴变长而眼球扩张胡使角膜变薄。角膜的生物力学特性大部分由基质层体现,组成基质层的胶原纤维的结构及成分决定了角膜的弹性性能,超声乳化术(PHACO)术后基质层角膜细胞密度明显增加。术后1周角膜不同程度的水肿及角膜基质层细胞的增加,使角膜抗压强度增强,在同一气压脉冲的作用下使最大压陷深度减小,由于角膜厚度增加,最大压陷深度减小从而导致峰距增大。正常眼轴组术后中央角膜厚度呈先增厚后逐渐恢复,主要是由于术后暂时性、可逆性的角膜水肿引起,角膜生物力学的相关参数也随角膜水肿的消退而恢复到术前水平。随着高度近视眼轴长度的增加,后部巩膜出现葡萄肿而变薄,通过力的传导作用,对角膜产生向周围的牵拉作用,使角膜的基质层发生细微的生物学变化,角膜的生物力学也会随之发生一定的改变。长眼轴组生物力学参数在术后一周的变化量要比正常组大,且长眼轴组术后1月与术前相比变化量要比正常眼轴大,且结合手术各个时间点的变化趋势图可以看出,长眼轴组术后角膜生物力学更易发生变化且恢复速度较正常组慢。 在相关性分析中发现高度近视组术后1周中央角膜厚度的变化量、矫正眼压的变化量、最大形变幅度的变化量与眼轴存在正相关性,而正常人组与眼轴均无相关性,从另一方面证明了角膜生物力学及眼压会受到眼轴的影响。本研究的结果提示我们,对于高度近视的白内障患者,在进行手术中,手术切口的设计和制作要更加精细,隧道的长度应适当延长,尽力避免外切口边缘的豁口。此外,由于手术后恢复的时间延长,手术后验光配镜的时间应适当延长。 飞秒激光与超声乳化术,术后角膜生物力学有何变化? 第三项研究是应用Corvis ST测量仪,比较飞秒激光辅助的白内障手术与超声乳化手术术后角膜生物力学变化。飞秒激光技术在临床上应用越来越多,但在白内障手术的辅助作用也存在争议,目前比较认可的是飞秒激光撕囊更精确。对手术技术好的眼科医师而言,飞秒激光的性价比有限,但在精准方面有一定的优势。飞秒激光对每个患者角膜切口的结构能实现一致性,撕囊口更居中,直径大小完全一致,更加精准。对于普通硬度的白内障晶状体核,飞秒激光术后预后好,但对于更硬的晶状体核,飞秒激光术后角膜水肿的情况反而会加重。白内障晶状体核硬度越大,需要采用的超声能量越大、时间越长,对角膜组织内皮细胞的影响越大,角膜水肿越明显。这也提示我们,要根据实际情况进行先进设备的临床应用。发达国家的白内障患者应用飞秒激光效果很好,因为晶体核硬度普遍不高,碎核容易;我国白内障患者晶状体核往往硬度很大,飞秒激光碎核的效果就不太理想。 传统超声乳化白内障手术的对象和方法是,应用前房穿刺刀在11点方向作一透明角膜缘隧道切口,大小约3.0mm,辅助切口位于角膜缘2点方位。飞秒激光白内障手术应用LenSx飞秒激光系统进行环形截囊、晶状体核裂解、透明角膜隧道切口的制作,在11点方向做角膜缘隧道切口,参数大小均设为3.0mm,辅助切口均位于透明角膜缘2点方位。 超声乳化术(PHACO)组术后1周第一次压平长度变大,第二次压平长度变小,术后1个月恢复至术前水平。飞秒激光超声乳化手术(FLACS)组第一次压平长度、第二次压平长度术后1周、术后1个月较术前无明显变化。术后1周PHACO组第一次压平长度比FLACS组大、第二次压平长度比FLACS组小,两组术后1个月均恢复至术前水平,无统计学差异。 PHACO组术后一周峰距、最大形幅度变大,术后1个月恢复至术前水平。FLACS组峰距、最大形变幅度术后一周、术后1个月较术前无明显变化。术后1周PHACO组峰距、最大形变幅度距比FLACS组大,两组术后1个月均恢复至术前水平,无统计学差异。 PHACO组术后1周的角膜生物力学还是有一定的变化。手术切口的构型不确定,第一次压平长度变大、第二次压平长度变小、峰距变大、最大形变幅度变大,但到术后1个月,随着术后伤口的愈合,角膜生物力学参数就恢复到术前水平。超声能量使用过大,导致角膜水肿,术后1周角膜中央厚度(CCT)变厚,眼内压(IOP)升高。术后1个月,随着术后伤口的愈合,角膜生物力学参数恢复到术前水平。 角膜是一种非常复杂的各向异性(anisotropic)组织。中央角膜的强度取决于层间蛋白多糖结合,角膜基质板层间的黏合力和胶原纤维交联作用在前部及周边的角膜基质层分布较大,可以向下方板层传递向心的作用力,从而提高角膜的抗张力与韧性。角膜生物力学描述角膜组织对施加到它们的力的反应,包括外部施加的力和角膜固有性质之间的相互作用。 角膜的基质层约占角膜总厚度的90%,包含了约200~250个胶原纤维板层,相邻的纤维板层之间有相互交联的胶原纤维束,为角膜板层间剪切阻力,以及板层间张力负荷的传递,提供了重要的结构基础。而且前部的角膜基质板层排列比后部更加致密,具有更多的倾斜分支和交联。因此前部的角膜基质层较后部基质层承担着更大的生物力学作用。此外,周边部角膜的基质也比中央区具有更强的延展性,即更强的的韧性与张力。 汤欣教授介绍,最近我们还在开展阶梯状隧道切口(微切口)和普通切口的临床分析研究。初步发现1.8mm的微切口组和2.8mm的普通切口组两组间无明显差异。提示我们,在手术中一味追求微切口,以至于对不同硬度的晶状体核都采用微切口是不可取的。用微小的切口去处理更硬的晶状体核,使用的超声能量会越大,时间会越长,因此在临床中应根据具体情况应用不同的切口方法。比如,对于Ⅴ级(极硬核),传统的小切口白内障囊外摘除术(ECCE)能给予非常好的处理,术后第一天角膜非常透亮,而用超声乳化或飞秒激光可能角膜水肿严重。在手术切口制作方面的临床研究结果显示,阶梯状隧道切口好于单面隧道切口,隧道切口不能过短,切口两侧不能有豁口,隧道上层不能过薄,外切口位置不要位于角巩膜处,避免球结膜水肿,影响手术操作。 他最后强调,随着医疗检查诊断技术的发展,眼生物力学性能的重要性被逐渐认识,角膜生物力学性能测量,在角膜疾病诊断、角膜屈光手术效果预测及眼内压测量等方面都具有非常重要的意义,需要引起临床研究者更多的关注。 生物力学论文:竞技武术散打踹腿技术的运动生物力学分析 摘 要 众所周知在武术散打运动项目中,腿法技术训练质量越高,运动员成绩越好,在瞬息万变的激烈比赛中腿法技术运用的实效性越好,运动成绩越好。在散打技术中,蹬腿和侧踹腿是遏止国外运动员擅长的重拳及近身搂摔打法的实效技术。在训练中要针对性的提高其动作速度和攻击威力,对于运动员反守反击意义重大。我们通过生物力学软件对前腿侧踹这个具有代表性的动作进行客观而系统的分析,从而归纳其内在的运动生物力学特点和规律,对今后的教学与训练提供科学的理论依据,对提高散打运动员的成绩有十分重要的意义。 关键词 竞技武术 散打踹腿技术 运动生物力学 分析 1绪论 根据散打的动作特征和技术要求,每一个踹腿动作过程中都要经历提膝、翻小腿和踹击三个阶段,而踹腿动作中的翻小腿和踹击往往是同时进行的,所以我们将其分为提膝和翻踹两个阶段。同时为了叙述方便,我们将为完成技术动作支撑人体重心的腿称为支撑腿,而进攻击打目标的腿称为攻击腿。运动技术水平的表现跟腿法技术密切相关,自古就有谚语“手是两扇门,全凭腿打人”,这充分说明了腿法技术在散打运动中的重要作用。根据马学智对1999年全国武术散打锦标赛的研究表明:在进攻技术中,腿法比拳法的运用次数多。而在众多的腿法中踹腿是直线性腿法的典型代表,又有“先锋腿”之称。因它在技、战术上具有能攻善守之优点,且在打击力量、打击速度等方面明显优于其它腿法动作故被运动员视为进攻得分的主要动作之一,是散打中运用率较高的腿法。马莉芳、韦海峰对武术散打王争霸赛腿法技术的运用进行分析得知,侧踹腿共运用544次,占整个腿法使用总数的24.8%,仅次于横踢腿,是有效的得分手段之一。从现场观察统计来看,侧踹腿攻击部位多在胸腹部,缺乏高、中、低位的变化,攻击距离也有一定的局限性。梁亚东、肖红征对“第5届世界武术锦标赛”散打决赛腿法技术运用进行分析,结果表明:运动员掌握腿法技术的好坏直接影响其比赛成绩。腿法技术训练质量越高,在瞬息万变的激烈比赛中运用的实效性越好。蹬腿和侧踹腿是遏止国外运动员擅长的重拳及近身搂摔打法的实效技术。在训练中要针对性的提高其动作速度和攻击威力。对前腿侧踹这个具有代表性的动作进行客观而系统的分析,从而归纳其内在的运动生物力学特点和规律,对今后的教学与训练提供科学的理论依据将有十分重要的意义。 2研究现状 查阅《体育与科学》、《中国体育科技》、《体育文史》及北京体育大学、上海体育学院等12所体育院校的学报,《浙江体育科技》、《辽宁体育科技》等14家体育科技期刊近十年来有关散打运动方面的研究文献以及武术领域专著和论文后得知,国内学者对散打运动训练方法、战术应用、营养卫生及赛制改革等方面的研究取得了一定的成绩,但真正对散打运动技术动作进行深入研究还显得不够,运用运动生物力学的研究方法进行探讨散打动作技术的成果还非常有限,其文献报道寥寥无几,更谈不上综合分析和量化指标。关于竞技武术散打踹腿术的生物力学分析这一课题目前尚属缺乏。武术对抗性项目的开展,从武术套路的攻防含义中彻底地分离出来,形成了具有实用性技击对抗的体育项目――竞技武术散打。它是两人按照一定的规则,运用武术中的踢、打、摔和相应的防守等技法进行徒手格斗对抗的现代竞技体育项目。是中国武术的重要组成部分。武术是中华民族文化的瑰宝,在几千年的发展过程中,由于科学技术不发达,没有先进的实验仪器和科学的理论支持,没有条件对拳理、拳法做科学的分析研究。因此,前辈武术家在练拳习武的过程中,只能由感而发,将拳理、拳法中的一些原理及规律以感性认识的方式记录下来,以指导后人习练武术,少走弯路。理论源于实践,理论反过来又能指导实践,促进实践更好地发展。竞技武术散打作为一项体育运动,已经推向世界,如果没有坚实的理论为基础,它的发展就不容乐观。所以,竞技武术散打的发展需要有一系列的科学理论为其奠定基础,对散打基础理论的科学化、系统化研究已经成为摆在我们面前亟待解决的问题。运动生物力学作为体育运动的基础理论,也是散打技术改M和提高的重要依据之一,故用运动生物力学原理对散打技术动作进行分析具有重要意义。人体任何合理的动作都要遵循运动生物力学原理,竞技武术散打运动也不例外。任何合理的散打技术动作都必须符合人体解剖学、运动生物力学原理、运动学规律和武术技击原理。运动生物力学是散打运动存在和发展的最重要的理论依据之一,散打任何技术动作都是在人体自身的内力与外力整体作用下完成的,运动生物力学原理贯穿在散打每个技术动作中。竞技武术散打与运动生物力学原理交融渗透、密不可分。竞技武术散打作为一项体育项目,其动作技术有着自身内在的规律性,如果不对这些规律进行科学把握,没有一个标准化的通用技术,竞技武术散打就不可能更好地发展下去,甚至难以让世人接受。竞技武术散打要想走向世界,和西方体育运动相互融合,共享一个“蛋糕”,就必须与现代科学知识相结合,走科学化的发展道路。本人在查阅了大量的文献资料发现在散打中有关技法的论述较多,但大多是基于经验介绍,缺乏应有的理论依据。运用生物力学手段对技术动作进行诊断和评价的报道极为鲜见,即使有也是零星的缺乏理论深度的或者研究方法和测试仪器已经不能适应现代体育运动发展要求的。从目前运动生物力学动作技术研究的方法和范畴分析,已经深入到通过三维测试分析系(下转第146页)(上接第144页)统等来评价和诊断动作技术,但在竞技武术散打运动中还很少见到。 3研究方法 本人采用QUALISYS-MCU500红外远射测试系统与三维测力平台测试系统对散打腿法中较为常用的前腿踹腿技术进行研究,对不同水平运动员(优秀组与非优秀组)每组10人,共20人的踹腿技术进行髋、膝、踝关节角度测试、速度测试,并分析,力求找出前踹腿技术的运动生物力学特点及内在的规律,为进一步丰富、完善散打技术理论、优化动作技术、规范技术规格、预防损伤和科学选材作前瞻性探索。 5结论 建议散打运动应该更加科学化地发展,对动作技术的研究应该多借助一些运动生物力学、解剖学、生理学的研究方法和手段,并采用当今先进的实验仪器进行测试与分析,使散打理论得到科学的验证与补充,不断丰富散打理论,以推动其更好的发展。 生物力学论文:攀岩中“侧拉”动作的生物力学分析 摘 要 采用文献计量方法对中国知网上发表的关于攀岩训练中动作分析的论文进行了研究重点的分析。研究主题包括肘关节屈伸肌的力学特征、肘关节等速肌力评定和“侧拉”生物力学分析。侧拉技术的生物力学合理性表现为侧对岩壁时人体重心更靠近岩壁,重力产生的倾倒力矩小;膝关节的屈伸不会把人体顶离岩壁;人体重心在形成侧拉两关节点的连线附近,几乎不产生使人体翻转的力矩,可以使另一手臂和腿做较大幅度的自由运动,分析得出最合理最省力的侧拉动作。 关键词 攀岩 生物力学 侧拉动作 技术分析 本文运用文献资料法对动作技术的分析加以概括,特别是关于运动生物力学的研究分析。很多研究中都运用到了运动生理学的相关指标,如肌电测量分析法,当然生物力学的实验研究少不了,如平面定点摄影测量法。这些方法均是为了找出优秀动作的运动学参数指标,寻求该动作过程的运动学特点,揭示运动员完成合理动作的规律和技术动作要领,并制定针对性的科学训练方法,促进运动员快速掌握动作技术,进而提高攀岩运动的竞技水平。 1侧拉的分类 侧拉动作 1:开始动作时运动员身体正对岩壁身体重心离岩壁远而不利于完成动作。 侧拉动作 2:开始动作时运动员身体侧对岩壁,但支撑腿(左)和岩壁之间的角度太大。 侧拉动作 3:开始时运动员身体侧对岩壁,支撑腿的外测尽量贴近岩壁。 2平面定点测量的结果分析 2.1攀岩时人体重心的特点 人体重心是人体各环节所受重力合力的作用点,攀岩时只有手和足附着在岩壁上人体其它部分均在岩壁之外,由岩壁与人体的位置关系可知,攀岩时人体重心在岩壁之外,重力不仅对人体产生向下的作用力,同时还产生使人体向外倾倒的力矩,因此重力是破坏人体平衡的主要作用力,人体重心的位置对攀岩时人体的平衡非常重要。 2.2保持平衡所需力量 人体重心的位置对攀岩时人体的平衡非常重要。动作1和动作2在做起始动作时重心在两支点连线的左方但中间动作时在两支点连线的右方,在这个过程中为了保持身体的平衡手臂做了很多的功也就是手的拉力用了很大的劲,而动作 3 的起始动作时重心在两支点连线的右方,所以在完成动作时很省力,动作是科学的。 3三种侧拉动作的力学分析 侧拉动作1和侧拉动作2在起始动作时重心在两支点连线的右侧,但中间动作时在两支点连线的左侧,在这个过程中为了保持身体的平衡,克服重力给人体带来的转动效果,手臂的拉力起了主要的作用,用了很大的力量。而动作3的起始动作时重心在两支点连线的右方,人体重心主要是垂直方向的运动,所以在完成动作时比较省力。同时侧拉3的动作特点是身体侧对岩壁,身体对侧手脚接触岩壁,另一只腿伸直用来调节身体平衡。人体重心更靠近岩壁,倾倒力矩小。另外支撑腿在由屈到伸的过程中人体重心只是向上移动,不会被顶离岩壁,倾倒力矩不会增加,随人体重心提高侧对岩壁可以使右臂仍然可以向下拉,抵抗倾倒的力矩不会减小,平衡维持比较容易,同时可以利用全身的高度去抓握上方支点。 4采用侧拉技术动作合理性(侧拉动作3)的力学分析 侧拉动作3的特点是身体侧对岩壁,身体对侧手脚接触岩壁,另一只腿伸直用来调节身体平衡。力学合理性表现为两个方面,一是由于侧对岩壁,人体重心更靠近岩壁,倾倒力矩小。另外支撑腿在由屈到伸的过程中人体重心只是向上移动,不会被顶离岩壁,倾倒力矩不会增加,随人体重心提高侧对岩壁可以使右臂仍然可以向下拉,抵抗倾倒的力矩不会减小,平衡维持比较容易,同时可以利用全身的高度去抓握上方支点。 另外,侧拉时人体重心点一直在左手和右足攀登附着点的连线附近,由于力臂很小,这样在人体上升用右手触摸下一点时人体重力几乎不产生绕纵轴的使人体翻转的转动力矩,这样右手就可以比较自如的去触摸和把握下一点,左腿也可以进行较大幅度的活动。 5不同类型侧拉技术肌电测试结果的分析 在三种侧拉动作的对比中侧拉动作3的膝关节角度开始变化时肱二头肌还没开始发力,股外侧肌是促使身体向上移动的主要发力肌肉。 另外,在三种侧拉动作的对比中侧拉动作3的发力顺序间隔明显股外侧肌――腓肠肌――背阔肌――肱二头肌,说明在侧拉动作3的过程中股外侧肌是最先参与发力的而且发力而且持续时间长,贡献的力量最大,是主要用力肌肉,相反肱二头肌的参与时间晚,持续时间短,贡献的力量最小。不同侧拉动作各肌肉发力大小比较可以看出侧拉动作3的肱二头肌积分肌电值最小,股外侧肌积分肌电值最大。 在难度攀岩中如何合理的应用技术动作调整身体平衡,节约上肢力量直接决定运动员的比赛成绩,从以上对比看出侧拉动作3是这三种动作中最合理的动作,同时也提醒我们在日常训练中不要单单注重上肢力量的训练,下肢力量的训练也是很有必要的。 生物力学论文:不同专项特征动作中足部运动的生物力学研究 摘要:本文采用文献资料法,结合前人研究结果和方法,对网球、足球两个专项的特征动作的足部运动进行了生物力学分析,研究结果表明:1. 足部承担离地蹬伸任务时前足承担主要载荷,中后足受力不显著,足部承担落地缓冲任务时,后足和中足受力增大,前、中、后足共同承担身体载荷。2.足球项目前足内侧压强峰值最大,网球相对较小。3.网球运动中,趾区的压强峰值超过第一跖趾关节区;足球运动中,第一跖趾关节区和趾区压强峰值大。 关键词:足底压力分布、踝关节、专项运动 生物力学的研究范围包括整个人体,足部生物力学的研究是其中重要的一部分。由于体育运动中,运动损伤的多发性使其成为众多科研项目的焦点内容。其中,踝关节损伤是所有运动损伤中最常见的运动损伤之一。这类损伤经常发生在篮球、排球和足球等通常需要迅速敏捷地跑动、急停和跳起的项目中。因此,不同专项足踝部的伤病发生机制与防治已成为学术界研究的热点。此外,随着专项运动员和教练员对专项运动鞋的防伤能力和功能表现力的要求越来越高,对不同专项动作中足踝部的生物力学特征研究就显得尤为紧迫和重要。本文在阅读大量相关文献的基础上,应用目前最先进的足底压力分布测试系统,对网球、足球2个专项的6名男子大学生运动员进行了2个特征动作的足部的生物力学分析。试图通过不同项目指标的对比分析得出不同专项的足底压力和运动学特征,从而为足踝部损伤研究和运动鞋专项化的相关领域提供实验依据和理论基础。 1.研究方法: 1.1文献资料法 1.2实验法 1.3对比分析法 2.研究对象:本研究选取湖北大学体育学院6名本科生为研究对象,其中三名为足球专项,3名为网球专项。6名受试者均无下肢足底足踝病痛史。 3.实验器材:1.Novel Pedar system (鞋垫式足底压力测量系统)――垂直压力测量/静止状态和运动状态. 2.身高、体重测量器 4.实验步骤: 4.1.进行Novel Pedar system 足底压力分布测试系统的连接和调试。 4.2要求受试者均穿着运动服装、体操鞋,测量受试者身高、体重后登记受试者情况。 4.3选择符合各受试者鞋内底尺码的测试鞋垫,确保测试鞋垫边缘无折痕,鞋垫大小与鞋内底边缘吻合,配戴测试设备后,受试者进行3-5分钟适应性动作练习。 4.4采集网球、足球2个项目运动员各自专项特征动作的足底压力分布数据,共2个特征动作分别是网球项目中网前急停反手截击球(右手执拍), 足球项目中的急停转身跑左转90度,每人每个动作测试三次,2次动作间隔2分钟。 5.测试指标: 压力峰值:分区内所有传感器在测试阶段内受到的最大合力。 压强峰值:分区内每个传感器在测试阶段内所受压强的最大值。 压力峰值百分比:某分区压力峰值占前中后足的压力峰值总和的百分比。 6.实验数据处理: 6.1采用Excel进行数据分析。 6.2选取网球和足球受试者三次动作取平均值进行分析。 6.3将每只鞋垫分为前足区、中足区、后足区三个分区,这三个分区覆盖了整个足底,此外在定前足区内义了三个特定区域,第一跖趾关节区、趾区、除趾外其他四趾^。 7.实验结果与分析: 7.1网球(网前急停反手截击球) 在网球急停反手截击动作中从跑动、急停到最后的截击步仍然以前足的承载为主趾区的压力峰值尤其显著、后足尤其是支撑脚后足的受力从跑动截击过程有不断增大的趋势,中足几乎不受力,支撑脚的足底压力峰值普遍大于发力脚,急停和截击步足底受力大于跑动步。 7.2足球(急停左转向跑) 由跑动到急停,足球运动员的前足受力面积变小,前足受力集中到前足的局部。 在跑动步离地蹬伸阶段,趾对身体向前移动起着举足轻重的作用,但在急停步的落地缓冲阶段,趾的作用减弱,其他四趾对地的制动作用增大。我们从左脚和右脚的跑动步和急停步对足球急停左转向跑动作的足底压力进行分析可以看出从跑动步到急停步,前足压力峰值明显降低后足的压力峰值明显增大,但前足内侧的压强峰值始终维持较高的水平。 两个项目足底压力分布的对比: 1.第一跖趾关节和趾的足底受力模式。第一跖趾关节区和趾区是前足受力明显的两个特殊区域,这两个位于前足内侧的区域通常是各个动作中前足压力峰值和压强峰值发生的区域。此外,比起缓冲阶段它们在足部主动发力的离地蹬伸阶段起着更重要的推动人体向前的作用。 2.网球运动中,趾区的足底压力峰值表现显著,显示了网球运动中趾作为推动人体重心移动的最后一个小关节,其支撑稳定性和关节力量比起第一跖趾关节更为重要,足球运动中不论是第一跖趾关节区还是趾区都表现出2个项目动作中最大的压强峰值。比较2个项目前足内侧压强峰值情况,可以得到足球项目动作前足内侧压强峰值较大,网球项目动作较小。 3.对比网球急停反手截击球和足球急停转向跑动作,从跑动到急停时后足均有受力增大的变化趋势,因此急停阶段后足明显的受力增大趋势是由于急停阶段为了增大身体重心向后的加速度,运动员必须增大对地受力面积以增大对地反作用力从而达到急停的目的,尽管后足受力增幅较大并且分担了前足载荷的很大部分但是从压力峰值百分比上仍然可以看出,前足依然是急停阶段最主要的承载区域。 8.结论: 8.1足部承担离地蹬伸任务时前足承担主要载荷,中后足受力不显著,足部承担落地缓冲任务时后足和中足受力增大,前、中、后足共同承担身体载荷。 8.2足球项目前足内侧压强峰值最大,网球相对较小。 8.3网球运动中,趾区的压强峰值超过第一跖趾关节区,足球运动中,第一跖趾关节区和趾区压强峰值大。 9.建议: 综上所述我们从运动生物力学的角度出发,对2个专项的运动鞋设计提出以下建议: 9.1网球运动网前截击等动作需要其专项鞋考虑到指在网球特征动作中的重要作用和影响应当增大鞋底跖趾关节部位的灵活性以及趾区域足底支撑的稳定性,以利于趾部位在网球动作中更好的充当最后关节支撑面的作用。 9.2足球运动专项鞋应当具备良好的前足减震缓冲能力并提供稳定性来抵抗踝关节在跖屈位置时的内翻力,通过对鞋面材料进行加厚和加固以增加运动员踢球的舒适度同时提供正常的距下关节灵活性。 生物力学论文:运动生物力学在高尔夫球运动中的运用 摘 要:本文基于运动生物力学的应用性特点,结合高尔夫球这项高雅运动的性质,联系高尔夫球运动的发展趋势,以及目前高尔夫球专项运动的发展需求,使运动生物力学的应用性与高尔夫球的技术需要相结合,为高尔夫球运动的发展核技术提高提供借鉴。 关键词:运动生物力学 高尔夫球 "高尔夫"是荷兰文kolf的音译,代表的是"有绿地和新鲜氧气中的美好生活"。所以说高尔夫球是在优美环境中,一项高尚娱乐性运动。一些国家叫"贵族球",主要是因为此项目所要求的设备相对贵。以前高尔夫球运动,被称为贵族运动的代名词,甚至是身份阶层的代表,但相传,当时在苏格兰,牧羊人无事时候经常用驱羊棍击石子玩,比谁击的远准的娱乐活动。从高尔夫球的英文单词GOLF可以看出来:G-绿色(green);O-氧气(oxygen);L-阳光(light);F-友谊(friendship)。可以说是一种把享受大自然乐趣、体育锻炼和游戏集于一身的运动。 1860年,最早的高尔夫球比赛也是出现在英格兰。19世纪,此运动传入美国。1922年,第一次国际性比赛是"沃克杯",英国对美国的对抗赛。在20世纪初这项高雅的运动才开始进入我国。 随着我国社会经济的发展,高尔夫球这项高雅的运动,不仅仅是中上流社会的运动项目,特别是近几年这项运动在我国发展相当快,在未来的发展过程中,高尔夫球也必将成为一项重要的健身娱乐性项目,随着科学技术的发展,新型材料的应用,这些对高尔夫球技术的发展或多或少起着不可忽视的作用,这些我们可以间接的从高尔夫球的远度以及杆种的变化看出。 时间摧移社会发展,运动生物力学相关知识的不断丰富和完善,其研究手段和方法也在不断的更新,在内容和层次上也不断加深且更加系统化。[1]其在认识运动项目的规律性和提高运动技术的水平上,都起到了显著的作用,而其在高尔夫球运动中的研究还不够系统,不够深入。 1.运动生物力学在高尔夫球运动中的 高尔夫球运动是一项非常特殊的运动,球员利用手中的杆和肢体的动作进行配合,利用身体的扭转,带动球杆以一定的速度、弧度、动量、动量距击打静止的固定球,球获得动能后,以一定的速度、弧度飞向目标洞。飞出球与目标洞的偏离角直接影响其运动成绩好坏,我们利用现在生物力学的三维摄像技术,对高尔夫球运动技术进行诊断,从中找到球员转体的最佳角速度、最佳关节角度、最佳身体转动角度以及球杆运动过程中的最佳轨迹,以及在接触球瞬间的最佳触球面。还可以结合三维测力台,对运动员击球动作过程中脚下的力量大小、方向进行分析,与三维摄像技术进行结合分析,找到最佳的技术动作。利用体表肌电测量技术,对运动员的肌肉启动顺序先后、肌肉的用力大小进行研究,为运动员运动技术和预防运动损伤进行指导借鉴。 2.力学理论研究方法在高尔夫球运动中的应用 运动生物力学是以力学理论为基础研究人体机械运动的规律。[2]人体运动是在神经控制下的非常复杂的运动,各个环节的运动都在神经系统的控制下协调、有序的进行。主要的对人体运动仿真性的简化、抽象的模拟。一般包括的步骤;首先根据动作的特征建立相应的目标函数;然后根据模型选择确定相应的刚体自由度;随后建立相应的运动动力学模型;再根据实测的已知道的数据求解;最后根据求解的数据结果对运动规律作出解释,也就是将所得到的数学规律化成体育的专业语言,从而进行合理的指导[4]。为找到更好的击球技术动作或者对相应的辅助联系器械进行改进,可以利用力学的研究方法对相应运动的关节力和关节力矩进行摧算得到。从而丰富、优化高尔夫球动作的技术的相关数据,为练习者教练员提供参考指导。 2.3运动生物力学实验仪器在高尔夫球的应用发展分析 2.31运动生物力学在高尔夫球项目中的应用 随着信息时代的不断发展,不同学科不同专业之间的信息知识的共享和借鉴成为主流,交叉学科,综合学科已经成为现代社会科学技术发展的主力军。高尔夫球同样可以借鉴其他运动项目中的运动生物力学仪器进行相关性的研究。利用三维测力台,我们可以直接测的球员在击球过程中,球员与地面的作用力大小和方向。利用脚底压力鞋垫,我们可以在运动员打球过程中,测的脚底的压力分布,利用得到的数据,对用动员的鞋子设计或者改进提供参考,间接性质的为球员技术提供服务。高尔夫球是近似于围绕身体垂直轴的运动,在扭转过程中我们利用肌电仪器,进行肌肉活动顺序和肌肉强度测量,利用此我们可以详细的知道参与活动的主要肌群和辅助肌群,从而为专项力量训练天提供参考。 2.32同步测试 随着运动生物力学的不断完善和发展,多机同步测试是现在研究的主要手段,随着高尔夫球的不断发展,科学技术的不断进步,运动学、动力学、肌电测量、人体生物力学测量必将趋向多维度的视角同步测试。这将会对高尔夫球运动有更实效、更准确、更全面的指导性作用。 2.3.3运动技术测试仪器反馈的专项化、快速化 运动生物力学的仪器的发展的完善,技术测试仪器的专项化、反馈快速化,将在运动技术中得到体现,高尔夫球也不例外。近年来运动运动学、动力学、生物力学,测试仪器的质量、功能、效率都在其他专项运动中不断出现。这也将为高尔夫球运动技术的诊断提供参考,可以将速度加速度传感仪器做到很小的情况下,安装在高尔夫球和高尔夫球球杆上,可以对球飞行及球员挥杆击球过程中受力进行监测,得到瞬间的运动学和动力学参数,这些专项化、快速化的技术仪器的运用,也将为高尔夫球运动的理论和实践,带来更快捷和真实的帮助。 2.4运动生物力学的理论研究和时间研究也得紧密结合 首现理论研究是实验研究的前提和基础,没有科学的、扎实的理论研究,实验研究就缺乏科学的理论依据,实验研究就可能误入歧途;理论来自于实践,特别是科学实验。实验研究为理论研究提供可靠的论据,使理论更站得住脚,因此在高尔夫球运动中运动生物力学的理论研究与实验研究应相结合。理论为高尔夫球提供了运动的普遍规律,对分析有理论指导意义。实验为理论研究和时间应用架起桥梁,能是理论更好的结合实际,为实际服务。 3总结 随着科学技术的不断进步,运动技术得更加规范规律化,在运动技术诊断、提高方面,借助于科学的仪器和专业性的设备尤为重要。在高尔夫球这项优雅的运动中,利用和开发研制先进的科学仪器,对运动技术进行分析、进行有效的训练、损伤机理的预防和研究领域有为重要。而运动生物力学或与相关技术的结合恰恰能为此做出服务,为高尔夫球的运动技术提供技术服务。 生物力学论文:桡骨头三维有限元模型建立及生物力学分析 【摘要】 目的:构建起肘关节三维有限元模型,借助三维有限元法对桡骨头在各种损伤程度下、各种位置上及肘关节各种屈曲程度下生物力学改变的情况进行分析,为研究桡骨头病理形态及生理功能变化提供实验依据。方法:将1名身体健康的成人志愿者作为研究对象,不考虑肘部的所患有的疾病,前薄层扫描CT图像扫描右肘及前臂,在软件中导入Mimics、ANASY、LS.DYNA97数据以构建起肘关节三维模型,开展装配、分配网格、将属性赋予材料以及有限元计算等工作。结果:所构建起来的肘关节三维有限元无限接近实体解剖标本,对桡骨头实际解剖状态与生物力学行为进行了全面真实的体现,同时与CT切片图相对比以验证了其精确性。结论:借助三维有限元模型将生物力学模型可以为桡骨头正常力学行为以其病变、损伤的临床诊疗提供病理形态及生理功能变化基础,为临床诊疗奠定更坚实基础。 【关键词】 桡骨头; 肘关节; 三维模型; 有限元分析 锕峭返纳理功能具体指的是传递应力以及保持肘关节外侧处于稳定状态,在维持肘关节稳定与功能方面发挥着举足轻重的作用[1]。桡骨头骨折属于一种关节内部发生骨折,相当于肘部骨折的30%左右,其骨折过程实际上是肘关节所在的部位稍微弯曲、前臂旋转到前位过程中手掌以较大力度与地面贴合在一起,引发肱骨小头与桡骨头受到猛烈碰撞而导致骨折[2]。对于桡骨头的治疗手段,从刚开始的非手术治疗逐步演变到在内部固定、切除桡骨头、以人工假体进行代替等,但治疗方案的选择大多以临床实践为基础,治疗后常遗留较为严重的后遗症[3]。近年来,有限元法在骨科领域的研究越来越多,国内外学者也提出了不少腕关节的数字模型[4-7],其基本原理是根据几何外形、材料性质以及受力条件等因素将弹性物体划分成有限数量且互相连续的单元,在不伤害身体组织的前提下重新创建复杂构建的构造、外形、所能承受的重量以及材料力学性能,使传统实验生物力学能够重复与不具有可比性、对身体组织造成伤害的缺点得到较大弥补。所以,本实验在建立肘关节三维有限元模型的基础上,立足于各个层面对桡骨的生物力学做了全面深入的研究与分析,而且通过多个侧面给出了治疗桡骨骨折的手段,同时为更加深入地探究做好铺垫,现报道如下。 1 材料与方法 1.1 研究对象 将1名身体健康的成人志愿者作为研究对象,男,31岁,身高:175 cm,体重:74 kg,不考虑肘关节与前臂受到的损伤及其他疾患。该研究已经伦理学委员会批准,患者知情同意。 1.2 设备与软件 Philips 64排螺旋CT扫描机。软件为Mimics 16.0(比利时Materialise公司)、Hypermeshl 0.0(美国Altair 司)和LS.DYNA971(美国LSTC公司)。 1.3 数据获得 志愿者身穿防护铅衣,应当借助64排双螺旋CT分别实施0°、30°、60°、90°以及120°弯曲度的薄层扫描,并以DICOM格式保存,并将数据导入Mimics 16.0。 1.4 建立肘关节的三维模型 在三维软件Mimics中导入CT数据,对图像进行仔细筛选,将四周组织图像完全剔除,同时设定目标图像的阈值,重新构建肘关节、肱骨下部、桡骨、尺骨上部以及环形韧带的三维图像,而且将边界坐标完全对外输出。借助普遍使用的Auto CAD造型软件Unigraphics NX当做实体搭建模型的平台。导入由Mimics产生的轮廓数据,进而形成三维实体模型,提高模型的光滑度,将它承受重力的一面与接触面都成为平面。此外借助Hypermesh软件把相对的肘关节轮廓线I GES线条全部连接以后成为平面,再将几何模型的表面以单元大小1 mm为单位进行面网格划分,最后采用四面体实体网格划分技术生成四面体,也就是在对模型的线条、平面以及体进行有关操作的基础上得到肘关节三维有限元模型,同时划分有限元网格,构建起有限元网格模型。 1.5 将材料属性赋予有限元模型 开展有限元分析与计算,将密度、弹性模量、泊松比等各种材料属性都赋予有限元模型中的所有单元,进而成功搭建起材料性质非均匀特点的有限元模型。本实验把模型所包含的组织材料都精简成具有相同属性的均匀弹性材料。按照相关文献资料开展材料属性赋值,从而构建起肘关节三维有限元模型,见表1。 1.6 负荷加载实验 为了对模型的有效程度进行检验,针对模型实施负载实验,把获得的结果和过去得到的实验数据相互比较对模型的有效性进行验证。固定好模型肱骨一端,通过腕关节对尺骨施加100 N垂直负载,将有限元计算软件LSDYNA971导入以后对前臂旋前位肘关节进行0°、30°、60°、90°以及120°弯曲角度下肘关节桡骨与尺骨关节面承受力与力量分布进行分析,见表2。 2 结果 利用计算机辅助技术手段与软件Mimics、Hypermesh,完成了肘关节与桡骨三维有限元模型构建,也就是获得在各种肘关节弯曲程度下,肘关节的五大有限元模型。成功建立模型以后通过肘关节各种程度旋转的纵向负载实验获得有关数据,与实际解剖的结果比较接近,从而对模型的有效性进行了科学检验。本研究借助即时扫描与保存的方式,有效地防范了收集数据过程中核心信息的流失,而且保证了以全数字化方式构建模型,使模型的建立更加精准。 3 讨论 3.1 构建桡骨三维模型的意义 桡骨远端骨折在临床常见,约占所有骨折10%,且随着老龄化加剧,骨质疏松患者增加,更加剧了桡骨远端骨折的趋势,故对这方面的研究也显得更加必要[9-13]。尤其对于不稳定类型的桡骨远端骨折,手术行复位治疗是最佳选择,但是各种并发症也屡见不鲜[14-18]。过去人们对骨骼骨折与固定的相关情况实施有限元分析过程中,由于形态不规整大部分只做简单处理,把骨的形状看作圆柱体,同时将其等同于一个刚体来分析它的应力,导致骨骼腔的存在被忽视,分析得到的结果将不可避免地存在偏差,并且与其相关的骨折或内部固定的探究与分析都需要重新审视[19]。为了保证计算模型体现现实状况,本论文将桡骨的物理外形作为分析目标,以构建起肘关节三维有限元模型,而且通过实验获得的桡骨负载的重力,按照桡骨的真实部位在桡骨模型上进行添加,进行有限元分析,具有精度高、成本低、可重复等优点,为桡骨头的生物力学分析及疾病治疗等奠定基础。 3.2 桡骨受力的分析 通过本实验分析研究可得到以下结论:肘关节在0°、30°、60°、90°以及120°弯曲角度下,桡骨头的负荷分别是57.8 N、59.8 N、55.1 N、47.3 N、49.5 N。桡骨头传递应力的大小由于肘关节位置不同而有所差别,如果位于前臂旋转伸轴时,桡骨头将发挥杠杆功能,对肘关节负载的重力进行传递,同时对肘关节加以固定,在肘关节传递应力与保持肘关节外侧稳定性方面,桡骨头有着非常关键的作用。桡骨头在很大程度上决定了肱尺迟关节外侧应力的传递,而且肱尺关节外侧面深受桡骨头的作用,二者相辅相成、紧密联系。肱尺关节内侧面与尺骨鹰嘴中间嵴应力传递的变化并不明显,发挥分散和平衡肘部应力的功能,其他国家的研究人员在对负荷容器传导器与肱桡关节之间的应力传导情况进行分析研究的基础上,获得的结论是:肘关节在0°~30°前臂向前旋转时通过桡骨头传导的应力最大,当前臂向后旋转与肘关节弯曲角度提高时通过桡骨头传导的应力逐步削弱,如果肘关节完全处于水平状态时,肘关节接触面积超过弯曲时的接触的面积,经桡骨头传导的应力亦较大[20]。说到稳定性,如果内侧副韧带抗外翻稳定性是最重要的结构,那么重要性紧随其后的就是桡骨头,其在维护肘关节后外侧旋转稳定性方面同样发挥着重要作用[21]。另外,桡骨头的尺寸也关系到前臂轴向稳定性,在置换人造关节时,假体尺寸必须与桡骨头完全吻合[22]。Takatori等[23]为代表的研究人员利用触感传感装置、压力敏感膜、三维有限元分析法对肱桡关节之间应力的分布情况进行分析,得到的结论是当桡骨头前臂向后旋转时应力大部分分布在桡骨头外侧,当前臂向前旋转与保持在中间位置时应力大部分分布于桡骨头内侧。同时我国学者对肘关节处于水平位置r桡骨头应力传导的情况作了研究与剖析[24],切除桡骨小头以后,肘关节负载的应力全部加载到肱尺关节上,肱尺关节外侧将发生较为突出的应力集中的现象,继而使其退变更加严重。这有力验证了在肘关节传导应力过程中,桡骨头发挥着重要作用,其对保持肘关节稳定性的关键作用。 3.3 本研究的意x 对于发生桡骨头骨折以后是否需要切除,人们并未形成一致认识,站在解剖学与生理学的立场进行分析,功能完善的肘关节可以更顺利地发挥它的功能和作用。本论文以三维重新构建与有限元分析作为切入点,有力地证明了在维持肘关节的功能方面,桡骨头发挥着举足轻重的作用。 总之,本论文构架起的肘关节三维有限元模型接近于人体解剖的现实情况,肘关节有限元接触模型能够对各关节之间接触范围与应力的调整进行更科学地分析与计算。对肘关节进行力学分析可知桡骨头在肘关节的应力传导及稳定性方面起到重要作用,应避免在肘关节屈曲0°~60°时受到较大暴力,或者受到外力作用时应当采取相应的保护措施加以保护,防止损伤关节或造成骨折,临床上出现的多种桡骨头损伤应当尽量重构建桡骨头,预防由于桡骨头损伤引发相应的并发症,将肘关节的稳定与完整性恢复到正常水平。 生物力学论文:滑行技术的革命:速度轮滑双蹬技术的运动生物力学研究 摘 要:采集速度滑双蹬技术的运动学与足底受力参数,定量分析其技术动作原理与规律,为高效滑行技术推广与专项训练指导提供科学依据。方法:13名速度轮滑运动员,采用双蹬技术按规定路线以慢速和快速各完成一次直道滑行,2台摄像机分别从侧面和正面拍摄一个完整的复步动作,足底压力分布系统同步采集8 s足底压力数据,提取滑行时间、距离与速度,足底压力的压力时间变化、中心位移变化及足底各区着离地起止时间等参数。结果:随滑行速度的提高,单脚支撑滑行时间变短,平刃滑行时间与路程比例降低,内外刃动力推进时间与路程比例大幅度提高;且各时相的平均速度内刃要高于外刃动力推进阶段,单脚高于双脚支撑阶段。一个单步滑行包括内外刃2次蹬动动作,且外刃蹬动时间长,内刃蹬动时间短。足底压力中心变化幅度单脚大于双脚支撑阶段,内刃大于外刃滑行阶段;滑行速度越快,压力中心变化幅度越小,且前移趋势越明显。结论:速度轮滑双蹬技术一个右单步可分为右平双、右外单、右平单、右内单与右内双5个连续阶段,右脚外刃蹬地有利于保持速度,内刃蹬地是滑速提高的主要动力源,双蹬技术能充分发挥体重蹬地的技术优势,是一种高效的滑行技术。 关键词:速度轮滑;双蹬技术;滑行技术;时相;足底压力 我国速度轮滑与国际轮滑竞技水平相比有很大的差距,主要制约因素为滑行技术的落后,速度轮滑双蹬技术在我国选手中的使用率还很低[1];然而,关于双蹬技术动作原理研究的文献极少,仅有的相关报道也只停留在定性分析层面,因此,本研究拟采用三维摄像法与足底压力分布测试系统获取速度轮滑双蹬技术动作的运动学与足底受力参数,定量分析双蹬技术的动作原理,为把握其特征与规律提供科学依据,努力为先进高效的滑行技术推广,并对其他滑冰类项目提高专项训练水平提供借鉴。 1 研究对象与方法 1.1 研究对象 受试者均为经过多年系统训练的速度轮滑运动员,经病史询问与健身检查,身体健康且运动能力良好。其中:男子,国际健将2人,健将4人,一级2人;女子,国际健将1人,健将2人,一级2人。受试者的基本情况见表1。 1.2 研究方法 1.2.1 实验方法 受试者身高、体重等基本指标的测量在实验室内完成。运动学与动力学参数测试工作在温暖、无风的12块并连的室外篮球场内进行(场地长约130 m,宽约80 m),用2根标志杆提醒拍摄区域。要求受试者穿着运动服装、轮滑鞋,戴轮滑帽。2台摄像机(日本松下,型号为NV-MX300EN/A)分别从运动员运动方向的侧面和正面,拍摄运动员完成双蹬技术时一个完整的复步动作。2台摄像机的主光轴夹角为75 °,拍摄频率为50 Hz,具体摆放位置如图1a所示。以2台摄像机同时捕捉网球击打彩色平板的方法实现影像同步,以便后期影像的采集处理。运动员滑行前和滑行后分别在运动员滑行区域中央进行2次三维标定拍摄,如图1a阴影区与图1b所示。 选择符合受试者鞋内底尺码的测试鞋垫,确保鞋垫边缘无折痕,鞋垫大小与鞋底边缘吻合,配戴测试设备后,连接与调试Foot Scan足底压力分布系统(比利时产,每只鞋垫共325个传感器,密度为4个/cm2,采样频率500 Hz)。确保受试者配戴的测试设备不影响动作技术的完成,受试者进行3 min左右的适应性练习,正式测试时要求受试者采用双蹬技术按照规定的路线直道滑行,以慢速和快速各完成一次滑行。受试者进入影像拍摄区域前,足底压力分布系统即开始采集数据,采集卡数据记录时间8 s,每人次滑行后及时把数据导入电脑储存,以备分析。 1.2.2 数据处理与分析 1.2.2.1 动作阶段划分 以右腿为例,双蹬技术一个完整的单步为(如图2a所示):右脚用外刃从后位中心位置向身体左侧蹬至最远处,随后从左侧最远处向后位中心位置拉;过后位中心位置时左脚着地,右脚开始用内刃向右侧推。两腿交替滑进,滑行路线呈正弦曲线式,且前进方向与中线吻合。据影像资料中运动员动作变化特征与足底压力的时间变化特征,以右脚为例,将一个单步分为5个时相(如图2b所示):右脚平刃滑行双支撑阶段(右平双,RGD,right foot glide double support)、右脚外刃蹬地单支撑阶段(右外单,ROS, right foot outside blade single support)、右脚平刃滑行单脚支撑(右平单,RGS, right foot glide single support),右脚内刃蹬地单支撑阶段(右内单,RIS, right goot inside blade single support)和右脚内刃蹬地双支撑阶段(右内双,RID, right foot inside blade double support)。其中,右平双和左内双同属一阶段,右外单、右平单、右内单与左脚浮动摆腿阶段(左浮摆,LFW, left foot float wiggle)同属一阶段,右内双和左外双同属一阶段[2]。 1.2.2.2 数据处理与统计学分析 实验测试所得影像资料,经艾利尔(Ariel)影像解析系统进行影像的捕获、同步等一系列影像转化数字处理,模型选用松井秀志人体模型。数据平滑采用低通滤波法,截断频率6 Hz。提取每位受试者快速和慢速滑行条件下,一个单步5个时相的滑行时间、路程,位移,速度及P节角度等运动学参数。足底压力数据经Footscan Software7.00软件处理,导出足底压力的时间变化、中心位移变化、足底各区着地与离地时间等动力学参数。 应用SPSS17.0统计学软件进行数据处理,数据的正态性检验应用单样本K-S检验,连续性变量以均数(标准差)或中位数[四分位差(25%~75%)]表示;采用双向分类方差分析(Two-Way Classification ANOVA)对速率(高速、低速)与性别两因素(男、女)及两者的交互作用进行分析。组间比较采用SNK-q检验,并参考Bonferroni法与Tukey法检验结果,统计学显著性水平定为P 2 研究结果 2.1 双蹬技术动作的运动学测试结果 2.1.1 双蹬技术一个单步时间、路程及速率的运动学参数结果 在Ariel解析系统中,以时间、位移和速度等作为关键词提取X轴方向,即运动员滑行前进方向的一个右单步的时间,路程和速率等运动学参数,之后对每名运动员每个时相对应的数据进行统计处理,结果见表2。从各时相占整个单步滑行时间的比例关系来看,低速与高速滑行时,均以右外单最高,右内单最低。低速滑行时,男、女单脚支撑时间占整个单步滑行时间的61.3%、57.1%,平刃滑行时间占整个单步滑行时间的41.9%、40.9%,内外刃单脚蹬地时间占整个单步滑行时间的40.9%、38.1%。高速滑行时,男、女单脚支撑时间占整个单步滑行时间的56.4%、52.8%,平刃滑行时间占整个单步滑行时间的33.3%、34.1%,内外刃单脚蹬地时间占整个单步滑行时间的43.6%、40.3%。即随着滑行速率的提高,单脚支撑时间变短,平刃滑行时间比例降低,但内外刃动力推进时相所占的时间比例则大幅度提高(P 从各时相滑行路程占整个单步滑行路程的比例关系来看,低速与高速滑行时,均以右外单最高,右内单最低。低速滑行时,男、女单脚支撑滑行路程占整个单步滑行路程的65.2%、62.9%,平刃滑行路程占整个单步滑行路程的42.0%、44.4%,内外刃单脚蹬地滑行路程占整个单步滑行路程的43.6%、39.4%。高速滑行时,男、女单脚滑行路程占整个单步滑行路程的58.9%、55.0%,平刃滑行路程占整个单步滑行路程的32.2%、33.1%,内外刃单脚蹬地滑行路程占整个单步滑行路程的46.2%、42.5%。即随着滑行速率的提高,单脚支撑滑行时间变短,平刃滑行路程比例降低;但内外刃动力推进滑行路程所占的比例则有大幅度提高(P 从各时相内的平均速率来看,低速与高速滑行时,男女各时相平均速率从大至小的顺序皆为右内单、右外单、右平单、右平双、右内双,即内刃动力推进阶段的平均速率要高于外刃动力推进阶段,且单脚支撑阶段的平均速率要高于双脚支撑阶段;但从整体看,各时相的平均速率变化不大。另外,低速与高速滑行时皆为男性大于女性,且具有显著性差异(P 2.1.2 双蹬技术滑行腿一个单步髋、膝、踝3个关节的角度变化轨迹 慢速状态下支撑腿关节角度变化的数据能够较好地分析双蹬技术的身体姿态情况。图3中3条线分别代表男女支撑腿踝关节、膝关节和髋关节变化轨迹。从所测数据可知,男子踝关节最小角度为65.1 °,最大角度为113.9 °,女子踝关节最小角度为64.9 °,最大角度为114.6 °,都出现在右内双阶段;男子膝关节角度最大为153.2 °,女子最大为154.6 °,均出现在右内双阶段,男子最小膝关节角度为99.8 °,出现在右平双阶段。女子最小膝关节角度为100.1 °,出现在右外单阶段;男子髋关节最小角度为67.0 °,最大角度160.0 °,分别出现在右内双开始时刻和结束时刻。女子最小角度为66.1 °,出现在右内单时相的前部,最大角度为150.2 °,同样出现在右内单阶段的结束部分。 2.2 双蹬技术动作的动力学测试结果 2.2.1 足底压力的时间变化规律 受试者慢速与快速滑行时足底压力的时间变化曲线如图4所示。由图可知,不同滑速下足底压力时间变化曲线的形状大致相同,且均呈双峰形。从一个完整的单步5个时相来看,首先,第1个波峰之前的一段时间内,足底压力随时间延长呈现较小的增幅,此为右平双阶段。接着,足底压力时间变化曲线出现第1个波峰,且波峰的形成时间较长,为右外单阶段。其次,足底压力在较短的时间内由波峰快速降至波谷,为右平单阶段,此时足底压力的波谷值出现低于受试者体重的现象。随后,足底压力在较短的时间内由波谷值快速升至第2次波峰值,为右内单阶段。尤其是受试者快速滑行时,足底压力时间曲线的第2次波峰值明显高于第1波峰值(右内单阶段)。最后,足底压力由第2波峰值又迅速下降至脚部刚触地时水平,此为右内双阶段,且此时恰好对应左平双阶段。即一个完整的单步滑行动作包括内外刃的2次蹬动动作,由此获得了2次推进力。而且,由外刃主导的第1次蹬动动作的作用时间较长,起到维持现有速度与延长单脚支撑时间的作用;由内刃主导的第2次蹬动动作的作用时间较短,下肢运动环节爆发用力,因而获得了更大的前进速度。受试者足底压力的时间变化曲线与双蹬技术的动作结构相符。 2.2.2 足底压力中心位移变化 足底压力中心(center of foot pressure,CFP)随支撑时间变化往复移动会在支撑期形成一条足底压力中心(如图5所示),足底压力中心变化规律可反映不同运动状态下足底受力的位置变化与压力分布特征[3]。 受试者低速与高速滑行时足底压力中心的位移距离(X轴与Y轴位移)变化见表3。由表3可知,男女受试者右单步与五时相的足底压力中心X轴、Y轴位移距离,低速滑行时均大于高速滑行时,且具有显著性差异(P0.05)。各时相足底压力中心位移距离相比,男女受试者X轴与Y轴位移变化幅度从大至小的顺序皆为右内单、右平单、右外单、右平双、右内双,即足底压力中心位移距离单脚支撑阶段大于双脚支撑阶段,内刃滑行阶段大于外刃滑行阶段。 2.2.3 足底压力各区的着离地时间特征 为便于研究足底压力的分布与传导特征,通常将足底分为前、中、后3个区。进一步细分为:足后区外侧(1区)与内侧(2区),代表足跟部;足中区(3区),代表足弓部;足前区外侧(4区,代表第4、5跖趾关节部)、中部(5区,代表第2、3跖趾关节部)与内侧(6区,代表第一跖趾关节部)。反映足底不同区域着地与离地顺序的足底特定区域着地与离地时间测量值见表4。由表4可知,低速与高速滑行时,男、女受试者足底各区开始着地时间,以1区测量值最小,2区测量值其次,3区测量值与4、5、6三区中某两区的测量值接近。男、女受试者足底各区开始离地时间,以2、3区测量值最小,1、4区测量值接近且居中, 5、6区测量值最大。即速度轮滑一个完整的单步首先是足跟部着地,之后由足中区过渡至全足;离地时足部先内翻,前脚掌外侧离地,之后内侧离地。 3 分析与讨论 3.1 双蹬技术动作的运动学特征分析 3.1.1 双蹬技术动作的技术特征分析 由图4可见,支撑腿关节角度变化规律基本接近。在右平双和右外单阶段,运动员长时间基本维持身体姿态,各关节角度变化不大,此时运动员需要很好的保持各关节的稳定性。在右外单结束时刻,各关节角度开始产生变化,进入右内单阶段,各关节角度迅速变小,继而在进入右内双阶段出现最大的转折,各关节角度迅速变大,直到达到最大值。尤其是髋关节和踝关节变化最为明显。右内单和右外单2个时相中,各关节角度剧烈变化说明,此时运动员为主要产生动力阶段。右外单阶段,各关节数据也出现明显变化,但相比之下,变化较小。 滑行类运动项目均强调运动员合理地利用体重来完成技术动作[4-5]。传统滑冰运动员任何有效的动作均是通过冰刀刀刃与光滑冰面的相互作用得以实现,在技术使用时要求滑行腿着地后按照一个方向一直蹬下去,直至离开地面,强调“极限”效果,即深蹲远蹬,从右内双阶段的各关节变化曲线也能看到此趋势;但速度轮滑的滑轮在摩擦力很大的地面上滑行时,这种可能性就会受到限制。原因在于:深蹲远蹬至一定程度时,运动员无法获得类似冰刀蹬冰一样的理想动力,反而会增加无用功的比例。另外,与传统滑行技术相比,双蹬技术滑行时支撑腿不仅要支撑身体,它还增加了一个外刃蹬地的动作,滑行腿在右外单阶段脚落地后经外刃向另一条腿方向蹬后,又有一个向内拖拽的阶段,以便经平刃滑行转至内刃蹬地,再离开地面。这个向另一条腿蹬的动作产生一个更靠近或超过身体中线的推力(此腿的反方向)直至最大位移处,弥补了轮滑滑行很难完成的、传统的、较为费力的低膝屈曲动作,因而提升了滑行效率。这种下肢各关节角度“非极限性”的蹬伸做功能较好地调控身体姿态,以应变变化性极大的轮滑比赛,从而做出符合轮滑鞋这种特殊器械下做出最大限度地蹬动幅度和滑行位移。运动员在不用有意进行深蹲远蹬的情况下,就能有效地增加蹬动距离,进而把消极的自由滑行阶段变成积极的加速阶段[3,6]。 3.1.2 双蹬技术动作的时空参数变化分析 随着滑行速度的提高,单脚支撑时间与滑行时间均变短,平刃滑行时间比例降低,但内外刃动力推进时相所占的时间与路程比例均大幅度地提高,尤其是内刃蹬地的增加幅度更为明显。单脚支撑时间的缩短和双脚支撑时间的相对延长,能够在某种程度上说明为了追求更快的速度,双脚需要提高步频来实现更多的动力形成时间,自然导致双脚支撑时间比例相对增大。传统思想认为右平单阶段是一个非常快速地由外刃滑行向内刃滑行过渡的阶段[7],但从本研究的测试结果来看,这一阶段所占的时间比例并不小。尤其是当运动员运动速度较低时,此时相占整个单步的时间比例会更大。分析认为,应该是运动员为了维持身体平衡,转换身体重心,合理利用体重蹬地造成的,而且,当运动员想要滑得更快时,需要外刃快速变内刃,以便快速形成身体对地面的更大的推力,这样就自然减少了平刃滑行这一非动力获得阶段的时间比例。低速状态下单脚支撑外刃变内刃时,运动员外刃蹬地阶段略长于内刃蹬地阶段,且随着速度的提高,双蹬技术对内刃蹬地技术的应用则在提高,即内刃蹬地(push)在滑行技术中越来越重要,外刃蹬地(under push)这一技术环节则在提高速度时较内刃蹬地起到的作用小。前人研究也认为,在强调提高速度时,传统蹬地动作在滑行技术中发挥着主导作用,而外刃推地则对滑行速度的保持起到一定作用。即其一方面维持发力,一方面对肌肉放松和协调整个身体起一定作用[8];另外,右内单时间在慢速状态下和快速状态下的鲜明对比能够说明,单脚支撑更有利于运动员的肌肉放松,而在高速状态下右内单时间的显著延长,进一步证明了内刃蹬地是双蹬技术的主要动力来源[9]。 通过对运动员各时相的速度变化分析,内刃动力推进阶段的平均速度要高于外刃动力推进阶段,且单脚支撑阶段的平均速度要高于双脚支撑阶段。整体来看,各时相平均速度的变化不大,说明与传统滑行技术的速度化相比,双蹬技术表现出相对较小的振幅[10]。双蹬技术中支撑腿在滑行时外刃和内刃的2次蹬地能使身体获得相对均匀的推进力,有利于保持和增加速度,并且速度相对稳定,从而有利于运动员保持身体动态平衡状态,便于根据比赛情况的变化调整相应的滑行方案[11]。 3.2 双蹬技术动作的动力学特征分析 3.2.1 双蹬技术动作的力学分析 轮滑运动员滑行时,尽管身体总的前进方向是固定的,但身体重心即刻速度方向是动态变化的。即轮滑的技术特性决定了浮足着地后的滑行方向是可以选择的[12]。对速度轮滑双蹬技术进行力的分解与合成研究,有利于将该项目动态复杂的技术动作简化。由图6可知,右脚外刃静摩擦力f右外1与左脚静摩擦力f左内1的方向相同,是f左内的延续。这个动作相当于弯道的开步动作,只是不连接交叉步,滑行的主要动力是f左内。从右脚的滑行轨迹上看,从右平双到右外单阶段,身体在f左内和f右外的连续作用后相对于滑足向右移动,而右脚则向左后方蹬地。这2个阶段是轮滑双蹬技术动作与传统轮滑技术动作的最大区别阶段,即右脚外刃向左偏后方向蹬地阶段。此时的身体重心在外刃蹬地静摩擦力的作用下,由右脚的上方相对于右脚向右移动,同时推动身体向右侧前方做加速运动[13],然后,身体获得的动能在右平单阶段进行释放。尽管f右外数值较小,但它的存在改变了右脚着地后只能做减速惯性滑行的局面,这也是双蹬技术的优势与合理性的关键所在。右平蹬阶段是外刃转平刃克服阻力惯性滑行阶段,即2次蹬地后的惯性滑进阶段,此时身体重心从右脚的右方相对移动到右脚的上方。此阶段与传统滑法的外刃着地后向平刃转换并克服阻力滑行是一样的。右平单阶段,由于右腿肌群的弹收,使轮子对地面的压力减少。右内单和右内双阶段,身体重心从之前的右脚上方向左移动,此时和传统滑法的平刃转内刃蹬地动作是一样的。由于右腿肌群的弹蹬,使轮子对地面的压力增加。f右内和f左内是左右脚对称的内刃蹬地时对应的静摩擦力。 3.2.2 双蹬技术动作的足底压力变化分析 速度轮滑项目中复杂多变的技术动作的改变,是经受试者足部与地面间相互作用力的改变而得以实现的[14]。在足底压力时间曲线上,第1波峰与第2个波峰时间差为受试者的单脚支撑时间长度,这一时间长短可反映受试者滑行步频的快慢。通过对图6中2个速度下2条曲线的分析可知,同一名运动员随着滑行速度的增加,峰值压力减小,单支撑时间缩短,步频增加,说明与步长这一因素相比,步频是提高速度轮滑双蹬技术滑行速度的主要因素。另一方面,“一蹬(外刃蹬地)”作用的时间较长,主要起到维持现有滑行速度的作用,并延长单脚支撑的时间;“二蹬(内刃蹬地)”作用时间较短,能充分发挥下肢肌群的爆发力,进而获得比“一蹬”更大的加速。由此说明,双蹬技术以“二蹬”为主[5]。在“一蹬”与“二蹬”之间有一个低于体重的力值波谷,这种低谷式的体重压力减少了地面的摩擦力,有利于降低“一蹬”与“二蹬”之间的速度损失,维持已有的滑行速度,同时也是运动员轮滑变刃的重要调整阶段。此时,需要运动员合理地利用腰腹力量,产生类似身体轻微“滞空”的滑行状态,这也可以解释在速度轮滑训练中体重蹬地这一技术的重要性。即在蹬动结束时要迅速降低体重压力,开始蹬动时又要迅速增加体重压力。在单支撑阶段,人体各部分既处于用力蹬地的绝对运动状态,又处于调整身体重心的相对运动状态[15]。 运动员滑行速度越快,足底压力中心的变化幅度越小,身体重心越趋于稳定,且足底压力中心的前移趋势越明显。说明运动员在追求速度时,不是通过更多的远蹬,而是依靠频繁的变换内外刃蹬地来完成,这完全符合双蹬技术的特点,也为轮滑项目提高速度时不必深蹲远蹬找到了好的解决方案,从而验证了双蹬技术在轮滑项目中的合理性[16]。另外,由各时相内足底压力中心X轴与Y轴位移变化幅度可知,运动员单脚支撑时变化幅度相对较大,有利于运动员快速蹬地,形成动力;然而,在双脚支撑时,运动员身体重心不便转化太快,自然蹬地幅度也会相对变小。内刃滑行时压力中心变化位移较外刃滑行时大,说明内刃滑行时身体能够做出更大幅度的动作变化,有利于产生更大的身体推进力。足底各区着、离地时间特征表明着地时,首先是足跟部,之后由足中区过渡至全足,离地时足部先内翻,前脚掌外侧离地,之后内侧离地。这验证了双蹬技术动作时相划分的科学性,也为轮滑运动员学习双蹬技术提供了理论参考。 3.3 双蹬技术动作的生物学特征分析 传统技术的自由滑行时,下肢肌群不仅为推动身体前进提供动力源,而且过多地处于支撑体重的静力紧张状态下,这种肌群的等长收缩会在不提升滑行速度的情况下进行代谢,过早地消耗很多的能量,并导致乳酸的堆积,从而产生疲劳[13]。通过对下肢关节角度变化分析可知双蹬滑行时下肢静力支撑的时间比例相对较小,运动员下肢肌群进行有规律的,收缩与舒张交替放松的动态工作,从而能够延迟肌肉疲劳的产生。同时,双蹬技术延长了浮动摆腿的时间,可以使部分肌群,尤其是大腿部肌群做功后有相对更长的放松时间,从而能有效地缓解肌肉疲劳[17]。当然,这也要求运动员具备良好的协调和控制能力,使沿运动轴呈对称分布的肌群做快速的、要求相对力量较高的收缩。由于完成2次蹬动,使用双蹬技术时参与做功的腿部肌群要比使用传统滑行技术时多。由外刃蹬地经平刃自由滑行到内刃蹬地,下肢小腿和大腿部要做一个内收再到外展的过程,而传统的滑行在滑行脚着地后很少会做踝部内收和大腿内收的动作。这就要求运动员下肢除了做传统滑行时的屈伸和外展,踝部和大腿部内收肌群也要提高参与主动做功的比例。肌肉的这种工作方式不仅有利于肌肉弹性能量的发挥,还会发生类似肌肉牵张反射的生理学效应,有利于神经肌肉系统兴奋与抑制的转换,对运动员肌群的随意放松起到很好的调节作用[18]。综上所述,双蹬技术在要求运动员具备很高的身体协调能力的基础上,能够使运动员有效地发挥体重蹬地技术产生动力,并能充分利用动能势能良性转化和共振原理,用较少的能量摆动,保持与获得更快的滑行速度。 4 结论 速度轮滑双蹬技术具有明显的2次蹬动技术特征,与传统滑行技术相比,尽管内刃蹬地使运动员获得加速度的效果更加明显,但额外的外刃蹬地不仅能使运动员克服传统技术惯性滑行时的身体降速现象,还能够产生有效的动力加速。另外,运动员通过提高内外刃滑行时间占单步滑行总时间的比例和增加步频来更好地利用体重产生蹬地动力,从而节省体能消耗,延缓疲劳的产生,因此,双蹬技术是一种既高效又节能的滑行技术,其它滑行类项目训练时可从中寻求借鉴。 生物力学论文:优势侧和非优势侧跑步支撑期的生物力学偏侧性研究 摘要:探讨无损伤男性受试者跑步支撑期优势侧与非优势侧下肢生物力学的差异性。方法:选取普通健康无损伤男性受试者12名,采用Vicon红外高速运动捕捉系统和Kistler三维测力台对受试者跑步支撑期的运动学和动力学指标进行同步采集。结果:1)优势侧跑步支撑期髓关节最大伸和膝关节最大屈曲角度小于非优势侧(P0.05);在额状面的关节角度两侧差异均无统计学意义(P 0.05)。2)跑步支撑期,内侧地面反作用力峰值优势侧大于非优势侧,而到达峰值的时间晚于非优势侧(P0.05)。3)根据垂直地面反作用力峰值和第1载荷率计算的对称性指数显示两侧存在不对称性。结论:1)在跑步支撑期,优势侧与非优势侧矢状面内髋膝角度存在差异性,提示了在跑鞋、鞋垫及下肢矫形器等设计和临床研究中,不能仅仅选择一侧来评价跑步的整体感觉、损伤风险和康复效果。2)跑步支撑期在内外地面反作用力峰值存在的差异性、第1峰值和载荷率所表现出的偏侧性,结合膝关节屈曲角度的差异性可能会增加优势侧损伤的风险。长期积累,有可能会造成优势侧胫骨应力性骨折、足底筋膜炎及ACL的损伤。 关键词:优势侧;非优势侧;生物力学;偏侧性;损伤;跑步支撑期 学者们对跑步损伤的机制研究了近30年,但是其损伤的病因一直是专家和临床医生研究的难点,且近年来损伤的概率一直在增加。流行病学研究报告指出,每年有高达70%的跑步者忍受着因跑步损伤带来的痛苦。有研究对1583名老年人进行调查,结果表明膝骨性关节炎发生在右侧(优势侧)的概率高于左侧。如果损伤经常出现在一侧肢体,这可能与下肢不对称性相关,也就是说下肢偏侧性或不对称性可能是造成一侧持续损伤的重要原因之一。此外,下肢不对称性或偏侧性已被证明是影响损伤发生率的因素。为此,了解跑步时下肢优势侧和非优势侧的生物力学的偏侧性对预防和治疗下肢损伤具有重要的作用。 偏侧性是Broca首次提出的,并指出人体在左右两侧的运动组织和大脑功能不同。研究表明偏侧性10%~20%取决于遗传,80%~90%取决于后天的环境因素,性别、工作的复杂性及发育特征也扮演着重要的角色。相对于步态分析,偏侧性在其他科学领域如神经生理学和运动控制研究已久,但是偏侧效应或不对称性与跑步相关的损伤并未引起学者们的广泛关注。一些研究者只选择优势侧进行研究来代表下肢整体感觉,或是将损伤者与无损伤者进行对比_,也有的学者甚至将左右两侧的数据进行平均来比较。上述研究者并没有考虑受试者优势侧与非优势侧是否存在差异性,这在一定程度上就默认了优势侧与非优势侧肢体生物力学特征的对称性。关于无损伤者跑步过程中优势侧与非优势侧是否存在差异性,学者们对他们的优势侧与非优势侧跑步时所穿跑鞋的舒适性、受试者生物力学特征等方面的对称性或差异性进行了研究;但是上述研究得出两侧的对称性程度存在不同程度的差异性,并未达成共识。考虑到不同的性别对下肢力学影响机制的不同及无损伤男性受试者跑步支撑期下肢两侧生物力学的偏侧性鲜见研究者探讨。 鉴于此,本研究采用Vieon红外高速运动捕捉系统和Kis-tier三维测力台无损伤男性受试者跑步支撑阶段优势侧与非优势侧的运动学、动力学特征进一步对比分析,并结合与损伤相关的载荷率指标等探究两侧下肢在跑步支撑期是否存在一定的偏侧性,以期为指导运动员训练及预防运动损伤提供重要的借鉴价值。 1研究对象与方法 1.1研究对象 本研究选取普通健康无损伤者男性受试者12名,年龄(23.0±1.1)岁,身高(173.5±2.1)cm,体质量(63.9±4.7)kg。受试者在实验前进行问卷调查,并确认其在实验前24 h之内没有进行过大强度运动,在过去的1年里没有下肢损伤,没有进行过手术,身体各方面机能良好。 1.2实验仪器 本研究采用英国生产的Vicon红外高速运动捕捉系统(包括8台型号为MX13的红外摄像头、PC主机和标准配件等)采集下肢髋、膝、踝关节运动学数据,采集频率为200 Hz;根据Vi-con系统中的下肢模型(PlugInGait),将16个Marker球精确地贴在人体下肢各环节的标志点上,如图1所示。 支撑期的力学指标使用瑞士生产的Kistler三维测力台采集,如图2所示,采样频率为1000 Hz,经转换模块将Kistler力台与Vicon进行同步。 1.3实验流程 1.3.1测试方法 实验前利用跑步机进行5 min左右的热身活动,利用踢球法来判定受试者的优势侧与非优势侧,踢球时左右两侧均采用原地踢球。实验之前,首先让受试者熟悉此动作,正式测试时,每侧各进行3次踢球动作,记录每一次的成绩,分别选取两侧最远的成绩进行评定,踢球距离最远的一侧评定为优势侧。这是国内外常用的一种判定下肢优势侧与非优势侧较为简便有效的方法。 要求受试者统一身着实验室的紧身短裤,赤脚站立,与肩同宽,此时对受试者的身高、体重、腿长、膝宽、踝宽等形态学指标进行测量。正式测试前,要求受试者赤足在长约8 m的木质地板上(力台安放于之间)试跑几次,调整起始步位置使测试足完全踏在力台上面,使受试者足底适应接触的力台,减少测试仪器对受试者跑步动作的影响,直至受试者感觉自己可以正常测试为止。要求受试者在此跑步过程中“无视”力台的存在,避免出现跨步、踮脚、忽快忽慢等现象,要求受试者的跑速控制在(3.5±5%)m/s。跑速的测试仪器采用苏大自主研发的光电感应计时系统,主要包括起点触发设备、终点采集设备、电脑控制端。将起点触发设备放于8 m距离的起点,终点采集设备放于8 m距离的终点。受试者从2采集器中间穿过,仪器结束采集并自动计算受试者穿越起点和终点设备的时间,计算跑速。正式测试时,每个受试者的两侧各按要求做3次动作,每次动作间隔2 min,以避免疲劳对研究结果的影响。 1.3.2指标选取 1)运动学指标包括髋、膝、踝关节在矢状面和额状面内的角度。矢状面包括:足跟着地时刻、足趾离地时刻的髓、膝、踝关节角度;踝关节最大背伸角度;膝关节最大屈曲角度;髋关节最大屈角度和最大伸角度。额状面包括:足跟着地时刻、足趾离地时刻的髋、膝、踝关节角度;踝关节最大外翻角度;膝关节最大内翻角度;髓关节最大内收和外展角度,单位是(°)。 2)动力学指标主要是经体重标准化处理后的三维地面反作用力峰值。包括:垂直方向的第1和第2地面反作用力峰值(FGRF and SGRF);内外方向上的地面反作用力峰值(MGRFand LGRF);前后方向的加速力峰值和制动力峰值(peak accel-eration GRF and peak braking GRF,AGRF.and BGRF)。如图3所示。 3)经支撑期总时间标准化处理后的着地时刻至地面反作用力峰值的时间Δt。 4)载荷率(LR),单位是kg/s,公式为:垂直方向的第1载荷率=第1地面反作用力峰值除以到达第1峰值的时间;垂直方向的第2载荷率=垂直第2峰值减去波谷值再除以两力值之间的时刻差。 5)对称指数(SI),本研究主要计算垂直地面反作用力和载荷率对称性,公式如下: SI是由Robinson等首次提出的,用来量化左右两侧的差异,当SI=0时表示两侧完全对称,SI≤10%时,表示两侧比较对称,SI越大说明两侧对称性越低。其中XD(Dominant)代表优势侧,XN(Non-dominant)代表非优势侧。本研究未对内外和前后方向的地面反作用力对称指数进行计算,主要是因为SI不适合较小数值的运算。 1.3.3数据处理 本研究采用SPSS 17.0统计学软件包对实验数据进行处理,数据以均数±标准差表示。优势侧与非优势侧的各指标差异进行配对t检验,检验水准选α=0.05。 2研究结果 2.1优势侧与非优势侧跑步支撑期的运动学特征 从跑步支撑期优势侧与非优势侧关节角度(见表1和表2)可以看出:优势侧与非优势侧跑步支撑期额状面内的髓、膝、踝关节角度两侧比较差异无统计学意义(P 0.05);在矢状面,非优势侧膝关节最大屈曲角度大于优势侧(P 2.2优势侧与非优势侧跑步支撑期的动力学特征 2.2.1优势侧与非优势侧跑步支撑期的地面反作用力峰值特征和对称指数 优势侧与非优势侧支撑期地面反作用力峰值见表3,垂直地面反作用力峰值及到达峰值的时刻两侧差异比较无统计学意义(P 0.05),前后地面反作用力峰值及到达峰值的时刻两侧差异比较无统计学意义(P 0.05)。内侧地面反作用力峰值优势侧大于非优势侧,而到达峰值的时间晚于非优势侧(P 地面反作用力峰值对称指数如图4所示,其中FGRF(21.62+11.37)均值大于10%,SGRF(6.47±4.56)均值小 2.2.2优势侧与非优势侧跑步支撑期的载荷率特征和对称指数 跑步支撑期载荷率特征如图5所示,跑步支撑期优势侧与非优势侧载荷率特征两侧差异无统计学意义(P 0.05)。第1载荷率(34.92±28.48)和第2载荷率(20.95+17.44)对称指数均值大于10%,如图6所示。 3分析与讨论 本研究发现在跑步支撑期,非优势侧与优势侧相比仅在矢状面内的膝关节最大屈曲角度和髓关节最大伸角度表现出差异性(P0.05)。关于无损伤者跑步支撑期优势侧与非优势侧下肢关节角度的研究较少,Brown等对研究指出无损伤女性受试者跑步时优势侧与非优势侧运动学参数未表现出差异性,性别和所选指标的不同可能是导致上述结果不同的原因。此外,有学者对优势侧和非优势侧单腿下落着地的生物力学偏侧性进行研究,指出非优势腿落地时膝关节和髋关节在矢状面活动范围较小增加了非优势腿在单侧动态运动时的损伤风险;而有研究对两侧连续纵跳的生物力学进行了分析,指出非优势侧可能在屈伸与外旋方向进行了较大的运动限制,减小了其下落损伤的风险。上述研究说明了不同的运动形式表现出不同的下肢对称性,其易损伤的机制可能就有所不同;因此,在不同运动形式中所呈现出的下肢不对称性及损伤的机制有待学者们进一步探索,对下肢损伤与康复具有重要的作用。本研究所呈现出的运动学差异性,提示了在跑鞋、矫形仪器以及临床康复治疗时,不能只选择一侧来代表整个下肢的感受或康复效果,需要考虑其存在的差异性。 优势侧和非优势侧在跑步支撑期所表现出的运动学差异可能与下肢僵硬程度有关。Brauner等对单腿跳跃时优势侧与非优势侧腿部僵硬程度进行了研究,并指出优势侧较大的肌肉力量可能会导致其腿部僵硬程度较高;但研究结果却表明两侧的腿部僵硬程度相似。De等指出赤足跑与穿鞋跑相比,在支撑期腿部更加僵硬。本研究受试者赤足跑步支撑期优势腿与非优势腿是否存在不同的僵硬程度,有待进一步研究。此外,下肢屈伸肌肉力量也可能是造成上述\动学差异性的原因之一,Lanshammar等对159名健康女性(非运动员)下肢优势侧和非优势侧屈伸肌力量进行了对比,指出优势腿的屈肌弱于非优势腿,伸肌力量强于优势腿。Rahnama等也指出足球运动员优势腿膝关节屈肌较弱。优势腿较弱的膝关节屈肌可能是造成膝关节最大屈曲角度较小的原因。由表1和表2可知,髋、膝、踝关节无论是在矢状面还是额状面,在足跟着地时刻和足趾离地时刻两侧角度的差异比较均无统计学意义(P 0.05),在跑步支撑期相似的着地和离地角度。说明无论是优势侧还是非优势侧在着地和离地时刻分别采用了相同的控制策略,间接反映了两侧在此时刻的控制机制的相似性。此前已有研究指出跑速会影响跑步时运动学参数的变化,由于本研究对受试者的跑速进行了控制,那么随着跑速的增加,在着地和离地时刻或者说在整个支撑期的关节角度是否会因跑速的增加表现出不同的差异性,今后的实验研究中可以考虑跑速的变化对两侧下肢运动学参数偏侧性的研究。此外,从研究结果还可以看出:矢状面内的髋关节最大伸角度和膝关节最大屈曲角度两侧差异具有统计学意义(P0.05),从足跟着地时刻过渡到支撑中期再到足趾离地时刻,神经机制是如何在控制下肢运动,使得矢状面两侧髋膝角度在支撑期经历了相似、差异、相似的过程,未知而复杂的神经控制机理可能是学者和临床医生对跑步损伤的原因研究多年,还一直有所困惑的重要原因之一。 在跑步支撑期,优势侧与非优势侧主要在内外地面反作用力峰值存在差异性,内侧地面反作用力峰值优势侧大于非优势侧,外侧地面反作用力峰值非优势侧大于优势侧(P 由图3可以看出:垂直方向的地面反作用力呈现出“两峰一谷”的特征,其中的第1峰值(A)出现在足着地期为冲击力峰值,而第2峰值(C)出现在蹬地时刻为推动力峰值,也有学者将第2峰值称之为活跃峰值。本研究中的第1峰值和第2峰值两侧相比差异没有统计学意义(PI 0.05),但是优势侧和非优势侧的第1峰值(冲击力峰值)对称性指数SI(21.62±11.37)大于10%,说明两侧在脚着地后所受的冲击力值出现了偏侧性。脚着地初期所受到的较高的、较快的冲击力一直被认为是造成下肢损伤的重要原因之一。相比非优势侧,优势侧在跑步支撑期较小的膝关节屈曲角度和髓关节伸角度,却承受与非优势侧相似的冲击力,较小的膝关节屈曲角度,使得膝关节内部承受的压力增大,瞬间表现出ACL张力增加,以及两侧在脚着地后所受的冲击力值的偏侧性,都说明了优势侧膝关节更容易损伤。有研究指出,在支撑相前50%的时间内较小的膝关节屈曲角度,此时主要股四头肌的长头腱在维持膝关节的稳定,膝关节易损伤就预示着前交叉韧带(ACL)损伤的概率大幅提高,甚至会出现ACL断裂的现象,提示了优势侧膝关节ACL容易损伤。冲击力峰值出现在脚着地之后,此时冲击力主要是通过足跟垫、跟骨、距骨然后转移到腿部,将冲击力转移到骨也是一种缓冲震荡的机制,也可能代表了骨的载荷。Lieberman等指出冲击力转移出现在足跟着地后的前50 ms,而冲击力转移和垂直载荷率及胫骨冲击相关,可能造成骨和软组织损伤(应力性骨折和足底筋膜炎)。本研究中的第1载荷率和第2载荷率两侧相比差异无统计学意义(P 0.05),如图5所示。结合图6有关计算的载荷率对称性指数可知,其对称性指数均大于10%,说明两侧在跑步支撑期的载荷率并不对称。有学者指出载荷率反映了垂直地面反作用力需要多长r间可以达到第1峰值,也可以称为冲击载荷,其主要指身体在单位时间内吸收地面反作用力的快慢,单位时间内吸收的能量越多,其损伤的风险就越高。长期劳损积累,可能会造成优势侧胫骨应力性骨折和足底筋膜炎。从图5所得到的数据可以看出优势侧第1载荷率均值高于非优势侧,其对称性指数(34.92±28.4)大于10%。说明第1载荷率偏向于优势侧,不对称的载荷率,再一次说明了在跑步支撑期优势侧较易损伤。目前,关于跑步载荷率的研究主要集中于冲击载荷(第1载荷率),主要是因为冲击载荷与跑步常见损伤相关。 4结论 1)男性跑步者在跑步支撑期,优势侧与非优势侧矢状面内髋膝角度存在差异性,提示了在跑鞋、鞋垫及下肢矫形器等设计和临床研究中,不能仅仅选择一侧来评价跑步的整体感觉、损伤风险和康复效果。 2)跑步支撑期在内外地面反作用力峰值存在的差异性、第一峰值和载荷率所表现出的偏侧性,结合膝关节屈曲角度的差异性可能会增加优势侧损伤的风险。长期积累,有可能会造成优势侧胫骨应力性骨折、足底筋膜炎及ACL的损伤。 生物力学论文:模拟脑组织生物力学环境下温敏脐带间充质干细胞的分化特性研究 [摘要] 目的 模M脑组织弹性模量制备相应二维培养基,比较亚低温联合温敏脐带间充质干细胞(tsUC)与常温下脐带间充质干细胞(UC)的分化特性。 方法 应用单、双丙烯酰胺的聚合作用,制备弹性模量为0.5 kPa的聚丙烯酰胺(PA)水凝胶,用于模拟脑组织的生物力学环境,并测其弹性模量。从新生儿脐带中分离培养脐带间充质干细胞,通过感染携温度敏感型猿猴病毒40大T抗原(ts-SV40LT)基因的逆转录病毒来制备tsUC。实验分为3组:UC+常温+玻片组(A组)、UC+常温+0.5 kPa组(B组)、tsUC+亚低温+0.5 kPa组(C组)。动态观察各组细胞的生长情况和形态变化,并于7 d后行细胞免疫荧光检测各组细胞的分化水平并计算分化神经元的轴突长度。 结果 PA水凝胶弹性模量的检测结果为(0.50±0.03)kPa。B、C两组部分细胞出现细长的胞突,并存在β-tubulin Ⅲ阳性细胞,A组细胞镜下无明显神经元形态,也无β-tubulin Ⅲ阳性表达。B、C两组的神经元分化率以及荧光下轴突长度均明显高于A组,但组间差异无统计学意义(P 0.05)。 结论 在模拟脑组织弹性模量的环境中,tsUC具有向神经元分化的能力,可应用于亚低温治疗下脑损伤修复的细胞移植研究。 [关键词] 温敏脐带间充质干细胞;聚丙烯酰胺水凝胶;弹性模量;生物力学 细胞生物学性能的调控机制与细胞的生物力学特性有关,包括细胞内部的收缩力、细胞与基质之间的牵张力、细胞与细胞之间的相互作用力等[1-2]。体外培养干细胞时,培养基质的弹性模量是细胞生物力学的一个重要体现,且对干细胞分化具有调节作用[3-5]。人脐带间充质干细胞(umbilical cord mesenchymal stem cells,UC)具有多向分化的潜能,在弹性模量为11~30 kPa的培养基中多向成骨细胞分化,在2.5~5.0 kPa的培养基中多向脂肪细胞分化,而在0.1~1.0 kPa的培养基中,则可能向神经元进行分化[4,6]。 本课题组前期已经建立了一种温敏脐带间充质干细胞(temperature-sensitive umbilical cord mesenchymal stem cells,tsUC)系,发现tsUC在亚低温(mild hypothermia treatment,MHT)作用下可促进创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI)大鼠神经功能的恢复[7-8],并对tsUC的增殖、温度敏感等特性进行了初步探讨[9],但其生物力学特性尚不明确。本实验拟在体外对人UC进行扩增以及力学诱导,观察其在模拟脑组织硬度的培养基中的分化情况,从力学角度探讨MHT联合tsUC的分化特性。 1 材料与方法 1.1 材料与试剂 新生儿脐带(由武警后勤学院附属医院妇产科提供,已通过武警后勤学院附属医院伦理协会审查),携温度敏感型猿猴病毒40大T抗原(ts-SV40LT)基因的逆转录病毒(加利福尼亚大学,美国),神经元β-tubulin Ⅲ一抗及荧光标记二抗(Millipore,美国),UC流式细胞检测试剂盒(BD,美国),单丙烯酰胺(Amresco,美国),双丙烯酰胺(天津光复精细化工研究所),硝化纤维、苯基叠氮化物交联剂(sulfo-SANPAH)、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、二氯二甲基硅烷(天津鼎国生物技术有限责任公司),I型胶原蛋白(Sigma,美国)。 1.2 聚丙烯酰胺水凝胶的制备和检测 将单、双丙烯酰胺(0.03%~0.3%)按不同比例混合[10],加入过硫酸铵(1/200 V)和TEMED(1/2000 V)置于凹槽中后盖以玻璃板。凝结后切取2 cm×1 cm×2 mm的样本,应用力学试验机(Instron 5865,美国)进行拉伸测试,重复测量10次,筛选出弹性模量为0.5 kPa的PA水凝胶。 1.3 模拟脑组织弹性模量二维培养基的制备 根据上述检测结果,配制弹性模量为0.5 kPa所对应的单丙烯酰胺和双丙烯酰胺混合液[11]。22 mm × 22 mm盖玻片表面均匀涂抹3-氨基丙基三甲氧基硅烷后浸泡在0.5%戊二醛溶液中,30 min后清洗、晾干,并在玻片表面涂硝化纤维以增加黏性。盖玻片均匀铺被25 μL混合液后加盖经二氯二甲基硅烷预处理的18 mm×18 mm盖玻片。待聚合完成后,暴露水凝胶并紫外消毒。将200 μL sulfo-SANPAH(50 mmol/L,pH=8.5)均匀滴在水凝胶表面,于无菌罩中紫外光活化5 min。将0.2 mg/mL的I型胶原蛋白均匀铺在水凝胶表面,0.2 mg/mL的I型胶原蛋白包被玻片作为对照组。 1.4 tsUC的建立与鉴定 从健康新生儿脐带中分离出UC,进行体外培养、扩增,用流式细胞分析仪(BD,美国)测定各类抗原的阳性率[6]。细胞融合率60%时,用含4 μg/mL聚凝胺的tsSV40LT病毒悬液对细胞感染48 h,并根据前期研究方法对细胞进行鉴定[7-9]。将感染成功的tsUC置于33℃培养箱中,余培养条件同UC[12]。 1.5 实验干预及分组 实验按培养温度和培养基弹性模量分为3组:UC+NT+glass组(A组)为玻片上常温培养UC;UC+NT+0.5 kPa组(B组)为0.5 kPa的PA水凝胶上常温培养UC;tsUC+MHT+0.5 kPa组(C组)为0.5 kPa的PA水凝胶上亚低温培养tsUC。各组细胞(5×103个/mL)均加入含有10%胎牛血清的DMEM培养基,置于含5% CO2的培养箱中培养,并定期在相差显微镜(Optic BD200-PH,美国)下观察细胞的生长情况和形态变化。 1.6 细胞免疫荧光 各组细胞培养7 d后进行免疫荧光染色以检测细胞分化情况。加入羊抗大鼠β-tubulin Ⅲ一抗和荧光标记的二抗,细胞核DAPI染色,于倒置荧光显微镜(Leica DMI4000B,德国)下观察。随机取10个位点计数,并计算各组阳性细胞占细胞总数的百分比,即为近似分化率。应用Image J软件测量神经元的轴突长度,计算各组神经元轴突的平均长度[13]。 1.7 统计学方法 采用GraphPad Prism 5.0软件进行统计分析,计量资料数据用均数±标准差(x±s)表示,多组间比较采用单因素方差分析,组间两两比较采用LSD-t检验;计数资料用率表示,组间比较采用χ2检验;以P 0.05为差异有统计学意义。 2 结果 2.1 tsUCMSCs培养和鉴定 流式细胞分析结果显示,细胞表面标记CD90、CD105、CD73呈阳性表达,CD34、CD116、CD19、CD45、HLA-DR呈性表达。感染成功的tsUC呈漩涡状生长,类似于UC,形态多为梭形、多边形或成纤维细胞形态,大小均一(图1)。 2.2 以PA水凝胶为基础的细胞培养基 通过力学试验机的测量及筛检,最终得到弹性模量为(0.50±0.03)kPa的PA水凝胶。按相应比例于盖玻片上配制出该弹性模量的培养基。见图2。 2.3 光镜下细胞形态变化 各组细胞均贴于玻片生长,其中A组细胞在7 d内未发生明显变化,B、C组细胞的胞体大致呈圆形或椭圆形,与A组的细胞相比,胞体逐渐变小,并出现长而纤细的胞突。见图3。 2.4 细胞免疫荧光 B、C两组均有β-tubulin Ⅲ表达阳性的细胞,提示分化的神经元细胞;而A组无阳性表达。见图4。B、C组神经元总体分化率分别为11.3%和10.4%,差异无统计学意义(P 0.05)。 2.5 轴突长度分析 B、C两组细胞均有明显突起,B和C组分化的神经元轴突平均长度分别为(262.52±36.16)μm和(229.83±33.95)μm,差异无统计学意义(P 0.05)。 3 讨论 细胞生物力学已逐渐成为医学领域研究热点。在各种内外机械因素影响下,生物学信息可通过力学信号转导作用于人体细胞,影响细胞的生长、增殖和分化[14]。干细胞原位移植后,其周围不同弹性基质可诱导其分化为更接近宿主组织的细胞[15-16]。Engler等[6]研究证实,在弹性模量为0.1~1.0 kPa的培养条件下,间充质干细胞可向神经元分化。本研究以培养基弹性模量这一力学特性为基础,探讨了在模拟正常脑组织弹性模量的培养条件下tsUC向神经元分化的水平。在培养基的制备方面,本研究借鉴了Engler等[6]和Pelham等[11]的方法,根据单、双丙烯酰胺的不同混合比例,制备模拟脑组织硬度的PA水凝胶,并应用力学试验机对其进行检测,保证了培养基弹性模量的精确性,结合细胞培养液,制备二维培养基。 光镜下可见,在弹性模量为0.5 kPa的培养基中,tsUC向神经样细胞变化,胞体变小、胞突伸长,可见典型的轴突,这与相同培养基中UC的细胞形态变化类似,而玻片上的UC无明显形态变化。免疫荧光结果显示,神经元表达只在弹性模量为0.5 kPa的培养基中出现,且tsUC和UC之间无明显差异。上述结果表明,与UC相比,tsUC在亚低温条件下的分化能力基本不受影响,可向神经元分化。由此说明在亚低温的作用下,tsUC的生物力学性能并未发生明显变化。 生物力学在神经组织方面也有重要意义,正常脑组织的软基质能够诱导间充质干细胞向神经元分化,因此模拟脑组织能保证移植干细胞的存活率和分化率。TBI后不仅脑组织的理化性质受到破坏,而且脑细胞原本的力学微环境也发生相应改变,此时脑组织硬度明显增大[19-20],这便影响脑组织的原位细胞以及损伤处移植干细胞的生长和分化水平。本文以细胞生物力学为基础,模拟脑组织弹性模量,证实了亚低温作用下tsUC具有稳定的生物力学性能和神经元分化能力,从生物力学角度为亚低温联合tsUC移植治疗TBI的研究提供了重要依据,并推动该项研究向临床应用的转化。 生物力学论文:基于运动生物力学的人体运动建模方法 摘 要: 针对当前关键帧运动数据捕获方法进行人体运动建模准确度低的问题,提出基于运动生物力学的人体运动建模方法。首先进行人体运动的生物力学数据分析和插值重建;然后构建运动状态方程进行人体运动建模关键数据的捕获和特征分析;最后进行仿真实验,结果表明,该方法提高了人体运动分析的准确率,对运动步行、跳跃、侧手翻等人体运动的重构能力好,结果具有一定的合理性。 关键词: 运动生物力学; 人体运动; 插值重建; 建模方法 0 引 言 人体运动是一个复杂的生物力学系统,对人体运动的建模分析将在指导体育运动训练、计算机游戏开发、虚拟现实仿真、影视特效表演等方面都具有重要的应用价值。对人体运动的建模过程就是对人体运动力学信息进行数据分析和提取的过程,通过捕获人体的运动生物力学数据,进行特征压缩、信息检索和重构,实现对人体运动过程的合成和编辑,达到人体运动骨骼重构的目的,研究人体运动建模方法,在指导运动康复训练方面也有重要意义[1]。 传统方法中,对人体运动建模的方法主要采用关键帧信息提取方法,结合运动图像分析实现人体运动重构[2]。比如,采用曲线简化方法把人体运动过程看作是一条运动轨迹曲线的关键特征点跟踪过程,人体运动的骨段曲线是高维空间中的一个行为轨迹。采用分层曲线方法进行行为重建[3?4],取得了一定的成果,但是方法需要设定关键帧之间的分辨阈值,在存在较大的运动特征扰动干扰下,对人体运动重建的误差较大,人体运动建模的效果较差[5]。 针对当前人体运动建模准确度低的问题,提出基于运动生物力学的人体运动建模方法。仿真实验结果表明,本文提高了人体运动分析的准确率,对步行、跳跃、侧手翻等人体运动的重构能力好。 1 人体运动生物力学数据分析 1.1 人体运动生物力学数据的采集 常用的人体运动生物力学数据采集式有ASF/AMC (Acclaim Skeleton File/Acclaim Motion Capture data),BVH,HTR等,由于人体运动生物力学数据的非线性特性和随机分布性[6],本文采用ASF/AMC的文件格式进行人体运动生物力学数据的表达,采用安装在人体上的生物传感器和振动传感器进行信息采集,设在[k]时刻安装于人体上生物传感器的运动状态信息输出为[ωk=[ωxωyωz]T,]采用加速度计和磁力计计算人体位姿信息的输出为[bak=[axayaz]T,]运动姿态角输出为[bmk=[mxmymz]T。]设参考坐标系为大地坐标系(不考虑磁偏角),则在重力矢量和地磁场矢量的作用下,在人体的生物运动高维空间中,通过精确的姿态估计,得到人体运动的力学测量数据分别为[ra=[00-g]T,][rm=][[hcosα0-hsinα]T,]其中[g]为重力加速度绝对值,[h]和[α]分别为传感器数据随着地磁倾角的随动误差。 当人体在做步行、跳跃、侧手翻等运动时,得到一个封闭人体运动生物力学的空间运动方程组为: 式中:[θ]为人体运动的跳跃倾角;[?]为人体在做跑步运动时的俯仰前倾角;[α]为人体在侧手翻运动中的垂直偏移;[x,][y]为人体运动中姿态的水平和垂直位置;[ωx,][ωy]为非加速运动状态时在坐标系[Ox1,][Oy1]轴的力矩;[δz]为任意姿态时的身体偏角;[e1]为纵向运动的控制误差;[m]为人体的质量;[X,Y]为人体在跑步运动和跳跃运动中的空气阻力、升力、侧向力;[Mz]为俯仰力矩;[Jz]为人体运动中随着坐标系变换的转动惯量;[Jxy]为人体运动空间模型对速度坐标系[Oz1]的转动惯量。 通过上述构建的人体运动空间分布特征方程,进行人体运动生物力学数据捕获,得到步行、跳跃、侧手翻运动下的生物力学数据捕获特征方程描述为: 步行: 通过以上原理,进行人体运动生物力学数据的采集和特征分析。 1.2 人体运动的插值重建 根据上述人体运动方程和数据捕获结果,进行人体运动的插值重建,得到全局搜索下人体运动的生物力学数据观测方程: 式中:[k]为采样时刻;[qk]为[k]时刻人体运动捕获数据在载体坐标系中的姿态分解四元数;[Φk]为姿态转换阵,通过[ωk]计算出两个相邻关键帧的运动数据;[Hk+1]为观测阵,通过[k]时刻得到体运动状态空间的递归值[bak+1]和[ra]或者[bmk+1]和[rm];[εk]和[δbxk+1]分别为人体运动建模过程中的观测扰动;[Ξk]为扰动系数矩阵,通过原始运动序列和重构运动方程得到牛顿力学系数[qk]。 在人体运动状态方程重构中,采用姿态解算方法得到非线性运动姿态数据的表达方程: 为保证观测方程线性,通过二次滤波得到人体运动生物力学的捕获数据[bak+1]和[bmk+1,]由QUEST算法或者高斯牛顿迭代算法计算得出。读取穿戴在人体身上的传感器数据进行误差分析,通过插值重建方法[7?8],在观测空间中得到人体运动特征信息的卡尔曼方程: 若人体的姿态变换过程中力学分解具有非线性,采用四阶龙格库塔法求解人体姿态变换的力学分解过程为[qi(t1)=[w1,x1,][y1,z1],][qi(t2)=[w2,x2,][y2,z2]],上述分解过程表示为两个单位四元数,[θ]为采样骨骼点的夹角,表示为: 球面线性插值输出的姿态变换信息能合理反应人体运动的生物力学信息,由此实现人体运动建模力学重构。 2.2 人体运动建模实现及质量评价 用重建误差表示人体运动建模的约束指标。重建误差为原始运动序列和重构运动序列的平均运动力学矢量度量。利用加速度计和磁力计计算含有[n]帧数据的原始运动片段[om,]以[om]的骨骼生物力学作为采样点,采用运动数据插值拟合方法重建得到重建运动片段[rm。]考虑各肢体部位的速率之差,设[om,][rm]分别为原始运动序列和重构运动序列,其关节作用力矩的序列长度均为[n,]得到人体力学重构误差定义为[9?10]: 式中:[Dp(om,rm)]描述人体运动过程中相对于世界坐标系的姿势位置误差;[Dv(om,rm)]表示关节速率之差;[u]为更新的步长。 根据前期的试验可知,关节速率之差所占比例很小,所以本文设为1,由此得到人体运动建模的重构生物力学方程为: 3 实验结果与分析 将加速度计、振动传感器和力学传感器佩戴在人体上进行原始的生物力学采集,采用步行运动、跳跃运动和侧手翻运动三种运动行为方式进行人体运动建模分析,当地地磁场强度为[h=0.45 gauss,]最大迭代次数设置为5 000。将分层曲线拟合方法、帧序列重构法、遗传算法和本文方法进行对比,进行人体运动建模,得到的结果如图1~图3所示。 由图1~图3得知,采用本文方法进行运动建模,能比较好地重构原始运动,本文方法能准确提取出边界帧,使得原始运动和重构运动差别较小。 不同方法进行人体运动建模的重建误差曲线如图4所示。分析得出,本文进行人体运动建模的重建`差远远低于传统方法,得到最优重建误差,表明本文方法进行人体运动建模具有合理性。 4 结 语 通过捕获人体的运动生物力学数据,进行特征压缩、信息检索和重构,实现对人体运动过程的合成和编辑,达到人体运动重构的目的。本文提出基于运动生物力学的人体运动建模方法,仿真实验的结果表明,本文方法提高了人体运动分析的准确率,可以对各种运动进行有效识别,具有广泛的应用前景。 生物力学论文:躯干不同负重方式对人体步行的生物力学影响 摘 要:研究|干采用不同负重方式时人体行走的步态特征,探讨躯干不同负重方式对步态的影响,为日常行走的负重方式的选择或仿生机器人的设计提供参考。选用10名普通男性大学生为受试者,佩戴特制负重架,分别进行躯干基础负重、躯干前负重和躯干后负重3种状态下的行走,采用Kistler三维测力台、Motion红外高速运动捕捉系统同步采集运动学、动力学数据。结果显示,在行走过程中与后负重相比,前负重显著增加了步宽、重心的水平摆动幅度、踝最大背屈角度、最大伸髋角度、最大伸髋力矩、髋正功、最大伸膝力矩、膝负功,显著减小了步长、躯干前后倾幅度、踝最大跖屈力矩。结论认为,人体前负重行走时,具有更小的步长和更大的步宽,会造成更多的能量消耗;躯干的向后倾斜,腰背部肌肉更容易疲劳,长此以往,更容易造成下腰痛的发生;同时,大腿肌肉用力增大,消耗更多的能量,长时间行走,大腿肌肉会更快疲劳;在设计前负重两足步行机器人时也应适当调整相应参数,增大驱动力,满足更多能量消耗。 关 键 词:运动生物力学;负重方式;步行;躯干 负重行走往往发生在人们的日常生活中,如上班、上学、登山、野外拓展、物品搬运、军人行军等。而负重行走时有负重物作用于人体,身体和重物的总质心必然会发生改变,从而人体会做出一系列的身体姿势调整,来保持身体的平衡及稳定[1]。长期负重行走,易导致足底损伤、应力性骨折、下肢关节疼痛和腰背肌肉损伤等[2-4]。对不同负重方式步态变化研究,可以更深入认识脊柱的稳定控制机理以及下肢关节的力学行为,进而减少损伤[4-7]。 现在,很多搭地铁、公交车的人,为了安全,会把双肩背包反过来背,放在胸前,相当于躯干前负重,而长期胸前负重是否会对身体有所影响呢?近年,两足步行机器人大量涌现,模仿人类对平衡稳定性的控制,机器人完成行走、站立等各种动作,均需要身体各部分的复杂配合;机器人在完成负重行走时,躯干和下肢的驱动模式也是不同的,比如胸前搬运重物行走、背负飞行器行走,而对人体负重行走的运动学和动力学分析,对于两足步行机器人的设计具有重要意义。 目前,国内外关于人体负重行走的生物力学研究还多集中于背部负重行走,有关躯干前负重行走步态的研究较少。躯干前负重步行方式,为保持行走的平衡和稳定,其步态必然会做出相应调整。本研究旨在对躯干前、后负重方式下的步态特征进行生物力学分析,用可靠的运动学、动力学参数来评价两种负重方式,一方面可以为仿生机器人的设计和控制提供依据,另一方面也对日常背包方式的选择、登山拓展负重方式以及军队负重行军等方面具有重要意义。 1 研究方法 1.1 受试者 10名普通男性大学生年龄:(22.8±1.9)岁;身高:(174.1±3.1)cm;体质量:(67.1±6.2)kg,均习惯穿欧码42的鞋,实验前24 h内未进行剧烈活动,且无神经系统和运动系统疾病。 1.2 数据采集与处理 本研究通过特制的负重架来改变负重方式(见图1)。负重架自重9.5 kg,前部扶手部位可固定受试者上臂运动,前后可固定杠铃片以制造负重效果同时改变前、后负重方式。受试者分别完成基础负重(仅佩戴负重架)、前负重(在负重架前方固定10 kg杠铃片)和后负重(在负重架后方固定10 kg杠铃片)3种方式行走。 采用8镜头红外高速运动捕捉系统(Motion Analysis Raptor-4,USA,200 Hz)与三维测力台(Kistler 9281CA,Switzerland,1 000 Hz)同步采集步行中的\动学、动力学数据。受试者身上共贴29个反光标志点(头顶点、头前和后点、右侧肩胛下角、第4、5腰椎之间、两侧肩峰、两侧肱骨外上髁、两侧尺骨茎突和桡骨茎突中点、两侧大腿前侧中部、两侧股骨外上髁、两侧股骨内上髁、两侧胫骨粗隆、两侧内踝、两侧外踝、两侧足尖和足跟)。 测试时,受试者佩戴负重架,双手约束在前部扶手上,距离测力台约10 m,听到口令后受试者在规定速度下((1.5±0.2)m/s)自然走过测试区域(见图2),通过便携式测速系统(Newtest Powertimer,Finland)监控速度,两个测速仪红外发射装置置于测力台一侧,二者间距3 m。在规定速度下,受试者以正常步态、无任何步伐调整并以左脚着在台面上视为一次有效测试,按随机顺序完成3种负重方式下的测试,每种方式下采集3次有效数据。 采集的所有标志点三维坐标采用Butterworth低通滤波法进行平滑,截断频率10 Hz。数据用Cortex2.1.0.1103以及Microsoft Office Excel 2007、MATLAB R2009a等软件进行计算处理。根据标志点坐标建立人体环节坐标系[8],其中膝关节转动中心为股骨内外上髁中点,踝关节转动中心为内外踝的中点,髋关节转动中心根据Bell等[9]的研究计算获得。采用欧拉角的方法计算髋、膝、踝的三维角度,采用逆动力学的方法[10]计算关节的三维净力矩,其中人体惯性参数采用DeLeva[11]修正后的Zatsiorsky-Seluyanovs人体惯性参数。关节功率为关节净力矩与关节角速度的乘积,采用梯形法计算关节功率对时间积分获得关节功。对于下肢关节运动学、动力学参数,本研究仅分析人体矢状面数据,对下肢动力学参数除以体重进行标准化处理,并对各指标按一个步态周期(左足跟着地到左足跟再次着地)进行标准化处理。 组间参数采用单因素重复测量方差分析进行比较,后续采用LSD检验方法,以P 2 研究结果 2.1 时空参数 前负重行走步长显著小于后负重行走(P 2.2 重心运动特征 前负重行走时重心水平摆动幅度显著大于后负重行走(P 2.3 躯干运动特征 前负重行走时躯干前后倾幅度显著小于后负重行走(P0.05),后负重行走时躯干的前后倾幅度显著大于基础负重行走(P 2.4 下肢运动学、动力学参数 1)前负重、后负重与基础负重行走时踝关节在矢状面的运动学、动力学参数检测结果(见表4)表明,与后负重相比,前负重行走时,角度最小值(踝最大跖屈角度)显著减小(P 不同负重状态行走时踝关节在一个步态周期内的矢状面角度、力矩、功率变化曲线如图3所示。 力矩、功率(n=10人) 2)前负重、后负重与基础负重行走时膝关节在矢状面的运动学、动力学参数结果(见表5)表明,与后负重相比,前负重行走时,角度最大值(膝最大屈角)显著增大(P 不同负重状态行走时膝关节在一个步态周期内的矢状面角度、力矩、功率变化曲线如图4所示。 力矩、功率(n=10人) 3)前负重、后负重与基础负重行走时髋关节在矢状面的运动学、动力学参数结果(表6)表明,与后负重相比,前负重行走时,角度最大值(最大屈髋角度)显著减小(P 不同负重状态行走时髋关节在一个步态周期内的矢状面角度、力矩、功率变化曲如图5所示。 3 讨论 1)在本实验中,前负重行走时,步长显著减小,步宽显著增大,步宽相比后负重行走与基础负重行走分别增加了28.69%、32.50%,因为本研究控制了步速,受试者为了保持固定的行走速度,通过步长的减小和步宽的增大来提高行走的稳定性,而后负重行走与基础负重行走在步长和步宽上差异没有显著性,说明后负重行走所带来的人体失稳的效应不如前负重强。 Donelan[12]认为,更大步态参数的变化会导致更多的能量消耗,例如减小32%步宽变化率,将会减小5.7%的能量消耗,分析其原因,步宽变化率的增大会增大每一步之间的转换所需要的能量,而积极的稳定需要适度的代谢成本。因此本实验中,前负重行走时,更大的步宽意味着有更大的能量消耗。有文献指出,步宽会随着负重的增加而增加,以加强行走的稳定性,这与本实验的研究结果相同。Menz[13]认为增大步宽可以避免将身体的线性动量转化为角动量影响躯干的稳定性,保持平衡。因此在设计前负重机器人的时候,适当减小步长,增大步宽,可以提高步态的稳定性,同时应加大驱动力,满足更多的能量消耗。Attwells等[14]通过实验证实,较高的载荷会使步长减小,这与本研究结果基本相同,前负重行走时步长显著小于基础负重行走,后负重行走步长小于基础负重行走,但不显著,推测当后负重重量增加,差异就会更加明显。也有学者认为负重对于步长的影响较小[15-16],这可能与本实验对步速进行了控制有关。 前负重和后负重行走时支撑相百分比均大于基础负重行走,表明负重这一干扰因素会造成支撑期的增长和摆动期降低,这与Charteris[17]的研究结果相同。这是因为人体在负重过程中随着负重的增加,势必会利用更多的支撑相来维持稳定,而减小摆动期,由于摆动期的比例降低,摆动腿加速摆动着地,势必会造成步长的减小,这些变化使人体加快形成一个动态平衡体系。前负重和后负重的支撑相百分比没有差异,说明这两种负重状态并不会造成支撑相和摆动相的改变。提示在机器人仿真研发中,负重增加时,应该相应延长支撑相,而前负重和后负重时,不用改变机器人的支撑相和摆动相。 2)在本实验中,前负重行走会增大重心在水平面内左右方向的偏移,而后负重行走减小重心在水平面内左右方向的偏移,表明前负重行走时身体重心更趋于不稳,而在后负重行走时具有更强的稳定控制能力。分析其原因,可能是由于前负重行走时,躯干的旋转幅度增大,从而造成了重心左右摆动增大,也可能是由于下肢各关节的角度、力矩发生改变,致使重心产生波动,还可能与下肢各关节额状面和冠状面的运动学、动力学参数的改变有关。 3)在本实验中,躯干的不同负重方式造成了完全不同的躯干运动特征,前负重时,身体和负重物的总质心会向前方偏移,因此躯干通过后倾调整总质心位置,保持稳定,在本实验中,前负重时躯干始终处于后伸位;而后负重相反。前负重行走时躯干的前后倾幅度显著小于后负重,与基础负重行走相比没有差异,而后负重行走时躯干前后倾幅度显著大于基础负重行走。 Kinoshita[15]就不同负重方式对行走步态的影响研究发现,背部背包造成躯干更大的前倾,而躯干前后均匀负重可以大大减小不必要的前倾,并且更接近于正常行走,而本研究中前负重行走时躯干的前后倾幅度显著小于后负重,更接近于基础负重的行走,而后负重行走时躯干的前后倾幅度显著大于基础负重行走,这一结果,与Kinoshita就不同负重方式对行走步态的影响的研究结果一致。从解剖学的角度来分析,躯干后伸的能力本身就小于躯干前屈的能力,而前负重躯干又处于后伸位,因此相比后负重,躯干前后倾幅度会减小;另一方面,前负重时,躯干处于后伸位,此时躯干周围肌肉收缩力更强,放电更多,具有更好地稳定控制能力,但长时间的话,躯干的肌肉更容易疲劳。 Zetterberg等[18]研究证明,躯干试图前屈时主要是腹侧肌活动较强,背侧肌活动较弱;试图后伸时背侧竖脊肌活动最大,腹侧肌也表现出一定的活动。范帅等[19]研究发现外部负荷大小、位置不同时,躯干的神经肌肉控制也会不同,负荷在身体前方时,腰背肌为主要做功肌,而负荷在身体后方时,腰背肌和腹肌的贡献比率接近相等。因此,在前负重时,腰背肌为主要做功肌,更容易疲劳。本研究在前负重时,身体是处于后伸位的,黄强民等[4]研究躯干在不同位置下负重时的肌电活臃⑾郑外部负重物的位置对躯干稳定性影响较大,尤其在身体后伸位时,负重增加,腰部闪动次数增多,更容易造成下腰痛的发生。 前负重时,躯干会有更大的后倾角度,而后负重时躯干会有更大的前倾角度,躯干角度的相应调整的目的,均是使其重心更加靠近支撑面中心,提高步态稳定性,同时也可减小外部负重物的偏心力矩的作用。这也说明躯干的前倾和后倾对于保持步态稳定性具有重要意义。这也提醒我们,当机器人在进行前负重或者后负重的行走时,需要躯干的运动特征进行相应的调整。 4)在本实验中,前负重和后负重两种行走模式之间比较下肢各个关节角度、力矩后发现,在支撑末期,外部力矩使踝关节背屈逐渐增大,因此踝关节内部产生逐渐增大的跖屈力矩与之对抗,此时踝关节的跖屈力矩与踝关节的跖屈肌结构的被动拉长有关,而前负重行走时,踝关节最大背屈角度显著增大,最大跖屈力矩均显著减小,说明踝关节周围肌群收缩减弱。髋关节最大屈曲角度发生在摆动末期,随后脚跟着地,髋关节产生伸肌力矩拉动身体质心向前,此时髋关节的伸肌力矩与髋关节伸肌的向心收缩有关,而前负重行走造成髋关节最大屈曲角度显著减小、最大伸髋力矩显著增大,说明伸髋肌群收缩加强。 关节净力矩是与肌肉作用效果等效,肌力矩所做的功将影响系统的机械能,当关节净力矩与关节角速度方向相同时关节功率为正值,肌肉向心收缩做正功,意味着能量被肌肉产生出来并向肢体传递;当关节净力矩与关节角速度方向相反时关节功率为负值,肌肉离心收缩做负功,这时外力对肌肉所做的功为总功,意味着能量由肢体环节流向肌肉,被肌肉吸收。行走时负功主要使肢体在抵抗重力时吸收能量,正功使人体向前运动,不管是正功还是负功,肌肉收缩都要消耗能量。在支撑相的初期即足触地的缓冲阶段,外部力矩要让膝关节屈曲的时候,膝关节内部产生一个很大的伸膝力矩,与关节角速度方向相反,膝关节周围肌肉做负功吸收能量,前负重行走时的伸膝力矩最大值以及膝关节负功显著大于后负重行走,这可能造成膝关节承受更大的冲击力,膝关节损伤风险增大,同时伸膝肌群离心收缩更大,吸收更多能量,更容易疲劳。而在离地蹬伸阶段,力是通过下肢各关节肌肉收缩释放,肌肉做正功,其中髋关节做正功最多,释放能量最多,贡献最大。而前负重造成髋关节做正功显著大于后负重行走,伸髋肌群收缩更大、用力更多,可能造成髋关节蹬伸肌群更容易疲劳。因此在设计前负重机器人的时候,应加大下肢的驱动力,满足更多的能耗。 在设计前负重的机器人或者进行机器人前负重的时候,应该适当减小步长,增加步宽,躯干适当向后倾斜,从而增加稳定性,同时应加大下肢的驱动力,满足更多的能量消耗。对比躯干前、后负重的步态,人体前负重行走时,具有更大的步宽,会造成更多的能量消耗;而躯干的向后倾斜,长时间下去,腰背部肌肉更容易疲劳,更容易造成下腰痛的发生;同时,大腿肌肉用力增大,消耗更多的能量,长时间行走,大腿肌肉会更快疲劳。因此,建议日常生活中负重尽量选择在背部。