范文一：_18_F_FDG的稳定性及提高稳定性的方法

收稿日期 :2010-05-04; 修回日期 :2010-12-07基金项目 :吴阶平医学基金资助 (320. 6750. 08054)

作者简介 :张锦明 (1965) ) , 男 , 江苏南通人 , 研究员 , 核医学专业

第 24卷 第 2期 2011年 5月

同 位 素

Journal o f Isoto pes

V ol. 24 N o. 2M ay 2011

18

F -FDG 的稳定性及提高稳定性的方法

张锦明 , 李云刚 , 刘 健 , 张晓军 , 田嘉禾

(中国人民解放军总医院 核医学科 , 北京 100853)

摘要 :本工作研究了常规制备的大剂量、 高浓度 18F -FD G 的稳定性 , 并在产品中添加稳定剂乙醇或对已部分

分解的产品进行再纯化 , 以提高 18F -F DG 的放化 纯度。结果显 示 , 当 18F -F DG 产品浓 度高于 6T Bq/L 时 , 放 置 4h, 其放化纯度 <95%; 浓度="" 大于="" 7.="" 4t="" bq/l="" 时="" ,="" 添加体="" 积分数为="" 0.="" 1%的乙醇后="" ,="" 能明="" 显降低="" 18f="" -f="">

的分解 , 6h 后放化纯度 >95%; 已分解的 18

F -F DG 经再纯化后 , 放化纯度 >99%。 M icro P ET /CT 大 鼠显像 表明 , 采用已分解的 18F -FD G 对大鼠进行显像 , 其股骨有明显摄取 ; 对其进行再纯化处理后对大鼠显像 , 大鼠 股骨无放射性摄取。以上结果表明 , 高浓度的 18F -F DG 有效时 间小于 4h; 添 加 0. 1%乙醇可 明显减 慢高浓 度 18F -FDG 分解 , 而再纯化方法可以彻底除去分 解的放射性杂质。为保证 18F -FDG 质量 , 将添加稳定 剂和再 纯化两种方法联合使用 , 保证产品放化纯 度的同时还可提高 18F -FDG 的利用率。

关键词 :18

F -FD G; 辐射分 解 ; 稳定性

中图分类号 :T Q463 文献标志码 :A 文章编号 :1000-7512(2011) 02-0089-05

Stability and the Improved Methods of

18

F -FDG

ZH ANG Jin -m ing, LI Yun -gang, LIU Jian, ZH ANG Xiao -jun, TIAN Jia -he

(D ep artment of N uclear M ed icine, the PL A Gener al H osp iatl , B eij ing 100853, China)

Abstract:T o study the stability o f 18

F -FDG w ith r outinely synthesis at high r adio -dose and hig h radioconcentration, 18F -FDG w as added 0. 1%ethanol or repurification by solid -phase ex traction for radioly tic 18F -FDG to improve its radiochemical purity (RCP). The results show ed that the RCP declined fro m 99%to 95%w ithin 4h at 6TBq/L for roo m tempera -ture(RT ). T he radiolysis could be depressed w ith 0. 1%ethanol, the RCP could be over 95%even if the r adioactivity concentration w as 7. 4TBq/L at RT for 6h. The repurifica -tion method could im pro ve the RCP of 18F -FDG from 80%to 99%.M icro PET/CT imag -ings o f no rmal rats show ed that the vertebra had hig h uptake w ith radio lytic 18F -FDG be -cause o f im purity. T here w ere no r adioactivity uptaking in bo ne w ith repuification of 18F -FDG. It indicated that 0. 1%ethanol could be used as stabilizers fo r 18F -FDG to improv e the

RCP w hen 18

F -FDG had high radio -do se and high radioconcentrtion. T he radioly tic 18F -FDG could be repurified by so lid -phase ex traction to r em ove the radio -impurity. T he m ethod o f

added 0. 1%thanot could be co mbined w ith repurification metho d to assure the RCP of 18

F -FDG fo r ov er 95%at any given time andradiodose or contcentrayion.

Key words:18

F -FDG; radiolysis; stability

18F -FDG 在高能 C 射线作用下会产生辐射 自分解 , 导致 18F -FDG 放化纯度降低 [1-2]。我国 国家食品药品监督管理局 18F -FDG 暂行标准规 定 , 18F -FDG 的有效期为合成后 6h [3]。但高浓 度的 18F -FDG 由于辐射分解 , 合成后在 6h 内其 放化纯度低于 90%。如果不对其进行分离直接 注入体内 , 会导致骨的放射性摄取升高。为了减 少 18F -FDG 的辐射分解 , 降低骨的摄取 , 文献采 用防辐射分 解试 剂如 抗坏 血酸、 乙 醇等 , 以 延 长 18F -FDG 的有 效期 , 但仍 有少 量 18F -FDG 分 解 [5-6]。本研究小组的初步研究 [4]表明 , 使用再 纯化方法处理已分解的 18F -FDG, 可以将其放化 纯度从 90%提高到 99%以上 , 使 不合格的 18F -FDG 成为合格产品。但再纯化处理的回收率与 放化纯度相关 , 回收率低 , 放化纯 度也低 , 影响 了 18F -FDG 的 使用 效 率。本 工 作在 进 一步 研 究 18F -FDG 稳定性的基础上 , 拟利用乙醇的稳定 作用 , 并结合再纯化方 法 , 探索有 效的提高 18F -FDG 稳定性方法 , 以保证放化纯度 >95%, 并 提高 18F -FDG 的利用率。

1主要实验材料

1. 1试剂与仪器

H 218O:丰度 97%, 江苏华益化工有限公司 产品 ; 无水乙腈、 氨基聚醚 K 2. 2. 2以及 K 2CO 3:美 国 Aldrich 公司产品 ; Sep -Pak C18及 Al 2O 3柱 :美国 Waters 公司 产品 ; IC -H 柱 :美国 Alltech 公司产 品 ; USP 级乙 醇 :美国 Milliper 公司 产 品 ; 三氟甲基磺 酰基甘 露糖 (FDG 前体 ) :德国 ABX 公司产品。 N aOH 和 H Cl 均为北京 化工 厂产品。

Sumitom o H M -20S 加速器 :日本驻友株式 会社 ; 18F -FDG 自动化合成模块 :派特 (北京 ) 科 技有限公司 ; BioScan -3000放射性薄 层扫描仪 :美国 Bio Scan 公 司 产 品。 H PLC 系 统 :配 515泵、 410示差 检测器、 Bio -Scan Flow Count, Wa -ters 公 司 产 品。 eXPlor e V istaM icro PET /CT 成像系统 :美国 GE 公司产品。

1. 2实验动物

Wister 大鼠 :200g, 2只 , 清洁级 , 中国人民 解放军军事医学科学研究院动物所提供。

2实验方法

2. 118F -F DG 的自动化合成 [7]

采用国产 18F -FDG 自动化合成模块 , 步骤如 下 :(1) Sumitomo H M -20S 加速器生产的 18F -被 2. 22 进入反应管 , 共沸除水至 干 , 再加入 2m L 乙腈 共沸除水至干。 (2) 反应管内加入 1m L 无水乙 腈溶解的 20mg 三氟甘露糖 , 83e 加热 5m in, 除乙腈后 加入 14m L 水 稀释。 (3) 混和 物 过 Sep -Pak C18柱 , 中间体吸附在 柱上 , 用 10m L 水冲洗该柱二次 , 向柱上加入 1mL 2mo l/L 的 N aOH , 常温水解 2min 。 (4) 水解 产品依次 过 IC -H 柱、 Sep -Pak C18(合成前用 5mL 乙 醇活 化该 柱 进 行 预 处 理 ) 及 Al 2O 3柱 纯 化 , 再 用 10m L 水冲洗 , 最终产品过无菌滤膜即可。整个 合成过程占时 22min, 不校正合成效率为 60%。 2. 218F -FDG 稳定性及加入乙醇后稳定性 [6]按常规方 法 合成 18F -FDG, 按体 积分 数 为 0. 1%向产品收 集瓶中加 无水乙醇。室温下 静 置 , 用 T LC 或 H PLC 法测量不同放射性浓度下 添加 0. 1%乙醇前 后及放 置不同 时间 18F -FDG 的放化纯度。

2. 3已分解 18F -FDG 的再纯化 [4]

取 TLC 测量 已辐射分解的 18F -FDG, 直 接 经 Sep -Pak Al 2O 3柱、 Sep -Pak C18柱纯化后过 无菌滤膜 , 用少量水冲洗柱和无菌滤膜 , 测量收 集的纯化产品和 Sep -Pak Al 2O 3柱上 的放射性 活度 , 计算纯化后 18F -FDG 的放化纯度。

2. 418F -FDG 放化纯度分析 [8]

分别采用 H PLC 和 T LC 分析产品的 放化 纯度。

H PLC 法 :分析软件为 M illennium 32, 流动 相为 85%的乙腈 , 流速为 2mL/min, 分离柱为 碳水化合物柱 (10L m , 3. 9mm @300m m) 。 T LC 法 :取 18F -FDG 点 样 于硅 胶 板上 , 用 85%的乙腈 水溶液 上行 展开 , 用 BioScan -3000放射性薄层扫描仪扫描。产品的 R f =0. 45, 杂 质的 R f =0。

2. 5大鼠 Micro PET/CT 显像

取 200g W ister 大 鼠 2只 , 尾 静 脉 注 射 18. 5MBq 18F -FDG, 60min 后腹 腔注射 5%的 水合氯醛麻醉。将大鼠置于 eXplore Vista M-i cro PET/CT 上进行全身扫 描 , 先进行 PET 扫 描 , 再用 CT 进行定位 , 确定放射性浓集部位。

3结果与讨论

3. 118F -FDG 放化纯度

18F -FDG 的放化纯度一般采用 T LC 方 法 , 也可以采用 H PLC 方法。两者相比 , TLC 更方 便、 快速 , 但 TLC 受点样影响 , 测量没有 H PLC 准确。采用 H PLC 可以更清楚地了解 18F -FDG 形 , 本 采

90同 位 素 第 24卷

TLC 和 H PLC 两种方法对新合成的 18

F -FDG 进 行分析 , 结果示于图 1。新合成的 18F -FDG T LC 谱图中仅有一个 R f 为 0. 45峰 , H PLC 谱图中仅 出现一个保留时间为 5. 4min 峰。

而图 1H PLC 谱显示 , 分解后的 18

F -FDG 主 要副产物仅有一个 , 是保留时间为 3. 95min 的 F -, 与 TLC

谱图中原点杂质峰一致。

图 1 TLC 及 HPLC 测量辐射分解的 18F -FDG

本研究初始产物仅一个峰 , 但高浓度产品存

贮 4h 后 , T LC 和 H PLC 检测均发现了杂质峰 , 且 TLC 结果和 H PLC 结果一致 , 以下实验中均 采用 T LC 分析其放化纯度。 3. 2 18F -F DG 的稳定性

浓度为 0. 74~1. 85TBq/L (n =100) 18

F -FDG 产品室温放置 6h, T LC 没有观察到原点 有放射性 增 加。浓 度 为 4~12TBq/L 的 18F -FDG 产品 , 室温放 置 4h, TLC 检测 其放化 纯 度 , 结果示于图 2。由图 2可见 , 随着浓度增大 , 产品放化纯度下降很快。无稳定剂时 , 放置 4h 后 , 浓度为 6TBq/L 的产品 放化纯度平均约为 95%, 浓度为 8TBq/L 的产 品放化纯度平均只

有 92%, 已不能满足临床要求 [3]

。产品浓度 (x ) 与放置 4h 后放化纯度 (y ) 之间存在负 线性关 系 , 相关方程为 :y =-0. 3949x +97. 5, R 2=

0. 179。 该结果与 Jim nez [1]的产品中游离的 F

-与 18F -FDG 浓 度呈 正 比关 系 一致。该 结果 提 示 , 18F -FDG 浓度增大 , 放置一定时间后放化纯 度下降很快 ; 浓度大于 6T Bq/L 的产品有效期 小于 4h 。为了提高 18F -FDG 的稳定性 , 可用生 理盐水将其浓度稀释至小于 2T Bq/L 。但存放

期间稀释 18

F -FDG, 存在 后期 注射 体积 较大 的 不足。 18F -FDG 辐射分解的原因是高能射线产生 自由基将水分解成自由的质子、 羟基和双氧水 , 这些羟基和质子进一步破坏 FDG 的骨架 , 从而 引发 一 系 列 分 解。 H PLC 分 析 证 实 , 分 解 的

FDG 中存在过氧化氢 , 浓度达 2m g/L [5]

。而还 原剂抗坏血酸和自由基萃灭剂乙醇等可以防止 过氧化氢的产生 , 从而提高 18F -FDG

的稳定性。

图 2 浓度与放化纯度的关系及

加乙醇对 18F -FDG 产品稳定性的影响

s ) )) 加 0. 1%乙醇放置 4h; u ) )) 加 0. 1%乙醇放置 6h; w ) ) ) 无稳定剂放置 4h

3. 3 乙醇对 18F -FDG 的稳定作用 在 18F -FDG 产品中加添加少量乙醇 , 使乙醇 的体积分数为 0. 1%, 并用生理盐水调 18F -FDG 产品的浓度 , 室温放置。分别于 4h 和 6h 测其 放化纯度 , 结果示于图 2。图 2显示 , 添加 0. 1%

乙醇后 , 18

F -FDG 的分解速度明显减缓。但仍有 少量分解 , 分解速度与浓度和放置时间呈正比 ; 不加稳定剂时 , 18F -FDG 浓度为 5~15TBq/L, 室温放置 4h 后 , 起始浓度与放化纯度之间存在 负线性 关系 , 线性 方 程为 :y =-0. 0656x +

98. 1, R 2

=0. 0154, 放置 6h 后线性方程为 :y =-0. 1368x +99. 5, R 2=0. 1864。

Kiselev 等 [9]首先提出体积分数为 0. 1%乙 醇作为 18F 药物的稳定剂。他们认为 , 对于 18F -FDG 浓度大于 10T Bq/L 的药物 , 添加 0. 1%的

乙醇可维持其放化纯度 >90%。 Jacobson 等

[6]

91

第 2期 张锦明等 :18F -F DG 的稳 定性及提高稳定性的方法

通过测量产品自身乙醇含量发现 , 制备过程中带 入乙 醇 (自身 乙醇 ) 的 体积 分数 为 0. 004%~

0. 001%时 , 高浓度 (10TBq/L) 18

F -FDG 分解很

快 , 10h 时游离 F -浓度 >20%, 而当自身乙醇 质量分数大于 0. 05%时 , 即使浓度 >10TBq/L, 10h 时游离 F -浓度 <5%。本研究结果与 ja="" -cobson="" 的结果一致="" ,="" 即通过外加乙醇="" ,="">

提高 18F -FDG 稳定性 ; 与 Faw dry 等 [5]

的结果则 有差异 , 他们认为 , 在 11. 4TBq/L 浓度下 , 加乙 醇与否对放化纯度无影响 , 可能是其对照组自身 含乙醇所致。由图 2也可以看出 , 无稳定剂时 ,

相同浓度不同批次 18

F -FDG 稳定性也有较大差 别 , 可能是自身乙醇浓度差异所致。 3. 4 再纯化已分解的 18F -FDG

将已 分 解 的 18

F -FDG 过 Sep -Pak C18和 Al 2O 3柱进行再纯化 , 结果显示 , Sep -Pak C18柱 上没 有 放 射 性 , 放 射 性 主 要 吸 附 在 Sep -Pak Al 2O 3柱上 , 说 明分解 产物中 没有 脂溶性 的杂 质 , 主 要 是 水溶 性 的离 子 杂 质。 用 H PLC 和 TLC 法对再 纯化后 18F -FDG 药液进行分析 , 其 放化纯度 >99%。 Sep -Pak Al 2O 3柱吸附 的放 射性与放化纯度的关系示于图 3。

图 3 Al 2O 3柱上残留的放 射性与放化纯度的关系

分析图 3可知 , 放化纯度与柱上吸附的放 射性 存 在 负 线 性 关 系 , 其 相 关 方 程 为 y =-1. 7404x +173. 6, R 2=0. 6393。放 化纯度 低时 , 分解的杂质主 要是 F -, 因此 Al 2O 3柱上 吸附的放射性高。 TLC 和 H PLC 分析表明 , 再

纯化后 18

F -FDG 的 放 化纯 度 >99%。再 纯 化 后 18F -FDG 回收率约为 80%(n =50) , 放射性除 吸附在 Al 2O 3柱上外 , 还有部分 吸附在无菌滤 膜和注射器上。

3. 5 提高稳定性的方法

用体积分数为 0. 1%的乙醇作稳定剂可减 缓其辐射分解 , 但 4h 后仍有少量分解。再纯化 效果明显 , 但 FDG 的损失较大 , 且再纯化后放置 2~4h, 放化 纯度仍会 出现明显 下降。为 了提

高 18

F -FDG 利用率 , 保持高的放化纯度 , 将外加 体积分数为 0. 1%的乙醇作稳定剂和 再纯化结

合使用 :先在高浓 度 (15TBq/L) 18

F -FDG 产品 中添加乙醇 , 室温下放置约 4h, 之后 再对其进 行 纯 化。 检 测 结 果 显 示 , 产 品 的 放 化 纯 度 >98%。

综上所述 , 常规生产 18F -FDG 时 , 产品合成 后即加入体 积分数 为 0. 1%的 乙醇 , 室温放 置 3h 后每隔 1h 测其放化纯度 , 如果 <95%, 采用="" 再纯化方法对其处理="" ,="" 可以保证使用时="" 18f="" -fdg="" 的放化纯度="">95%。产品合成后即添加乙醇和 放化纯度低于 95%后进行再纯化这两种方法的 组合 , 既保证了临床使用 18F -FDG 的放化纯度 ,

又减少了 18

F -FDG 的损失。

3. 6 大鼠的 Micro PET/C T 显像

经 Wister 大鼠尾静脉注射新鲜制备的 18F -FDG, 60min 后行全身 PET 显像 , 结果显示 , 放 射性主要浓集于心肌和肌肉。

将已出现分解、 放 化纯度 低于 90%的 18F -FDG 由尾静脉注入 Wister 大鼠体内 , 其注射后 60m in 的 PET 和 CT 显像结果示于图 4。由图 4可以看出 , 分解后的 18F -FDG 显像质量下 降 ; 股骨明显显像 , 同时也可见脊柱等显像。股骨明

显摄取放射性也进一步证实 18

F -FDG 分解的放 射性杂质是 F -。

对放化纯度 <90%已发生 分解的="">

F -FDG

进行再纯化。将纯化后的 18

F -FDG 注入大鼠体 内 , 其 PET 和 CT 显像结果 示于图 5。图 5显

示 , 纯化后的 18

F -FDG 在大鼠体内的放射性分布

与新鲜制备 的 18

F -FDG 一 致 , 股骨和 脊柱不 显 像 , PET 图中脊柱左侧位置的放射性 不是骨摄 取 , CT 对应不在脊柱上。 Micro PET/CT 显像 说明再纯化可以有效去除辐射分解的放射性杂 质 , 提高图像质量。

Buriova [10]

在研究低浓度 (0. 4~0. 6TBq/L) 18F -FDG 时发现 , 18F -FDG 存贮 6~48h 后 , T LC 检测始终仅有 一个 18F -FDG 峰 , 没有 发现 其他峰 ; H PLC 分析则发现了多个放射性峰 , 主 要分解产物为 2-氟 -葡萄糖酸和 2-氟 -葡萄醛酸。

但本研究经动物显像证实 , 18

F -FDG 分解后的主

要杂质是游离的 F -, 它主要浓集于骨内 (图 4) ; 分解后的 18F -FDG 经纯化柱处理后再注入大鼠 体内 , 骨内无摄取 (图 5) , 说明杂质已除去。本 工作结果与 Buriaova 的结果不 同 , 可能是 由于 18F -FDG 浓度不同 , 其分解产物也有一定差异。

图 4 放化纯度低于 90%的

18

F -FDG 在大 鼠体内 micro -PET/CT

显像

图 5 已分 解的 18

F -FDG

再纯化后在大鼠体内的 micro -PET/C 显像

4 结 论

1) 高浓度 (6TBq/L) 的 18

F -FDG 产品室温 下体外稳定性小于 4h 。

2) 18F -FDG 产品中添加体积分数为 0. 1%

的乙醇 , 可明显增加 18

F -FDG 的体外稳定性。

3) 再纯 化处 理 可以 将已 辐射 分 解的 18F -FDG 放化纯度提高到 99%以上。

4) 高浓度 (6TBq/L) 的 18

F -FDG 可采用先 外加体积分数为 0. 1%的乙醇 , 4h 后再纯化的 方法 , 以保证 18F -FDG 的放化纯度和利用率。

18F -FDG 合成后加入 体积分数 为 0. 1%的 乙醇及再纯化方法联合使用 , 已成为本科处理辐 射分解 18F -FDG 的常规技术。

参考文献 :

[1] Jim nez IR , R oca EM , Campo s A F, et al. Inf lu -ence o f radioactiv e concent ratio n and stor age time on radio chemical purit y of

18

F -FDG [J].Rev Esp

M ed Nucl, 2006, 25:20-25.

[2] Ka rw ath P, Sarto r J, Gr ies W, et al. Steam ster-i

lizatio n and aut omatic dispensing of [18F ]fludeox -yg lucose (FDG ) fo r injection [J]. A ppl Radiat Isot, 2005, 62(4) :577-586.

[3] 国 家 食 品 药 品 监 督 管 理 局 . Y BH 05262005氟

[18F ]脱氧葡 糖注 射液 质 量标 准 (暂 行 ) [S/OL ]. [2010-04-09]http://w ww. sfda. g ov. cn.

[4] Zhang JM , L i Y G, L iu J, et al. T he analysis of

radio lysis impurities in 18

F -FDG and methods of

repurificat ion[J].J Radio anal N ucl Chem, 2010,

283:565-569.

[5] Faw dr y R M. R adio ly sis of 2-[18F ]fluoro -2-deox y -d -glucose (F DG) and the role o f r eductant stabilis -er s[J].A ppl R adiat Iso t, 2007, 65:1193-1201. [6] Jaco bson M S, Dankw ar t H R, M aho ney DW. R a -dio ly sis of 2-[18F]fluo ro -2-deo xy -B -gluco se ([18F ]FDG ) and t he ro le o f ethano l and r adioactiv e con -centrat ion [J ]. Appl Radiat Isot, 2009,

67:

990-995.

[7] 刘晓飞 , 张 锦明 , 田 嘉 禾 , 等 . 固相 柱 水解 和 IC -H

柱中和法制备 18F -FDG 及放射性 损失分析 [J].国 际药学研究杂志 , 2008, 35(1) :1-4. [8] 张锦明 , 田嘉 禾 , 陈英茂 .

18

F -FD G 放射化学 纯度

快速测量 [J], 中 华 临 床 医 学 杂 志 , 2004, 16(5) :

11-12.

[9] K islev e M , T adino V. Stabilizatio n of r adio phar -maceuticals labeled with 18F:U S, 2004/0223910

A 1[P]. 2004-02-23.

[10]Buriova E, M edo va M , M acasek F, et al. Separ a -t ion and detectio n of ox idatio n product ions o f f lu -o ro deox y glucose and g luco se by high -perfo rmance liquid chro matog raphy -electr ospray ionization mass spectro metry [J].J Chr omato gr A , 2004, 1034:133-137.

范文二：论文;提高钢结构稳定性方法

浅析提高钢结构稳定性方法

摘要:本文主要对钢结构的失稳类型、影响因素、提高稳定性方法等问题进行了探讨，有利于在施工和设计过程中提高结构整体安全性能。

关键词:钢结构，稳定性，失稳

1、前言

随着钢铁工业技术的快速发展，钢结构在建筑工程中的应用日趋广泛。但是，因结构稳定性被破坏而造成人员伤亡和财产损失的事件时常发生。如1978年，美国哈特福特城体育馆网架结构压杆发生屈曲，导致平面92m×110m破坏坠落;2010年，内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗赛马场发生罩棚钢结构局部坍塌事故，造成巨额经济损失;2012年，云南省大理市一钢构建筑工程因支撑建筑失稳而发生坍塌，造成多名人员死亡。仔细分析这类事故发生的原因，大都与钢结构的稳定性有着必然联系。

2、问题的提出

在设计和施工过程中，钢结构系统的稳定性已经成为阻碍行业发展的一大难题。尽管我国钢结构施工技术在快速发展，对结构稳定性的研究也取得了一定进展，但仍然存在诸多问题:

一是对于网壳结构，主要采用梁-柱单元理论，梁- 柱单元在反映轴力和弯矩的耦合效应方面存在不足;二是在设计大跨度结构时，习惯于设定一个统一的稳定安全系数，不能反映整体稳定与局部稳定的关系;三是分析预张拉结构的稳定性的理论不完善;四是工程结构

参数存在不确定性，随机参数对结构极值失稳、跳跃型失稳会产生一定影响。

3、影响结构稳定性的因素

按照GB50017-2003钢结构设计规范中的规定，轴心受力构件稳定的计算公式为 。针对整个结构，构件在弹性范围内的临界力为 ，这与材料特性E 、截面特性I 以及长度 有关，反映了外荷载与结构内部抵抗力的稳定平衡状态，即结构或构件从变形开始到急剧增长阶段的状态。

因此，根据构件受力特点，可以将钢结构失稳分为平衡分岔失稳、极值点失稳和跃越失稳。平衡分岔失稳是指构件在同一荷载点出现平衡分岔现象，根据构件屈曲后的荷载—挠度曲线变化情况，又可分为稳定分岔失稳和不稳定分岔失稳。通常完善的轴心受压构件和薄板的失稳都属于这一类;极值点失稳是指具有极值点失稳的构件的荷载—挠度曲线只有极值点，没有出现不同变形状态的分岔点，构件弯曲变形性质也没有改变。这一类失稳现象比较普遍，偏心受压构件在弹塑性变形发展到一定程度后的失稳都属于极值点失稳;跃越失稳是指既无平衡分岔点、又无极值点的失稳现象，与不稳定分岔失稳相类似，在丧失稳定平衡之后又跳跃到另一稳定平衡状态。

分析影响钢结构稳定性的因素，主要有以下几点:

一是物理和几何不确定性(如材料弹性模量，屈服应力，泊松比等)、杆件尺寸、截面积、残余应力和初始变形等因素;二是统计的不确定性。如在统计与稳定性相关的物理和几何量时缺乏相关信息，

大都根据有限样本选择概率密度分布函数，这种不确定性称为统计的不确定性;三是模型的不确定性。进行结构分析时，所提的假设、数学模型、边界条件以及目前技术水平难以在计算中反映的诸多因素，导致理论值与实际承载力存在差异，这称为模型的不确定性;四是各种缺陷对构件的稳定性也会产生较大影响。如轴心受压类型的构件在轴心力作用下，产生初弯曲会导致荷载作用点出现偏心。同时其他类型构件也存在类似现象，比如分析弹性支承刚压杆的完善和非完善模型的稳定性，得到屈曲荷载分别为: 和 ，当缺陷增大时 会大幅度下降，当 时 ，当 时 。

4、提高钢结构稳定性的方法

4.1分析稳定性必须从整体着眼

我国现行规范通用的轴心压杆的稳定计算法，是临界压力求解法和折减系数法，杆件能否保持稳定涉及到结构的整体。同时在弹性稳定计算中不仅要考虑结构的整体性，还要考虑一些其他特点。

首先，要进行二阶分析。这种分析对柔性构件尤为重要，这是因为柔性构件的大变形量对结构内力产生了不能忽视的影响;其次，统筹用于应力问题的迭加原理在计算弹性稳定性中不能应用。因为应用迭加原理的前提需要满足材料服从虎克定律和结构变形很小两个前提条件，弹性稳定计算一般无法满足第二个条件，非弹性稳定计算则两个都不满足。

4.2要掌握正确的设计原则

结构整体布置要考虑整个体系及组成部分的稳定性要求。对于桁

架和框架等大多数结构，都是按照平面体系进行设计的。要保证体系结构不出现平面失稳，需要在结构整体布置上设计必要的支撑构件以提高稳定性。同样，由平面桁架组成的塔架，也需要注意杆件的稳定和横隔设置之间的关系。

结构计算简图和计算方法所依据的简图要一致。在设计单层和多层框架结构时，不仅要进行框架柱的稳定计算，而且要进行框架稳定性分析。只有通过框架整体稳定性分析得出的柱计算长度系数，才能使柱稳定计算与框架稳定计算等效。

结构的细部构造设计和构件的稳定计算要一致。对于要求传递弯矩和不传递弯矩的两种连接节点，要分别赋予他们足够的刚度和柔度;而对于桁架节点，要尽量减少杆件出现偏心的情况。

5 结语

钢结构构件的缺陷、残余应力以及非线性因素等，都对结构的稳定性有着巨大的影响，同时在大跨度桥梁、大跨度薄壳、大跨度大空间网壳、高层与超高层建筑结构双重非线性动力稳定性研究等方面还存在着许多问题，这需要广大工程技术人员在结构设计和工程施工等方面对钢结构稳定性进行更加深入的研究。只有不断提高钢结构的稳定性，才能减少人员伤亡和财产损失，不断推动钢结构行业快速健康发展。

[参考文献]

[1] 周浩森，焊接结构生产及装备，北京:机械工业出版社，1992。

[2] 陈骥，钢结构稳定理论与设计[M]第3 版，北京: 科学出版

社，2006。

[3] 陈绍蕃，钢结构稳定设计指南[M]第2 版，北京: 中国建筑工业出版社，2004。

作者简介:吴伍江，工程师，2004年7月毕业于安徽工业大学。

范文三：浅析提高钢结构稳定性方法

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浅析提高钢结构稳定性方法

作者：吴伍江

来源：《建筑工程技术与设计》2014年第02期

摘要：本文主要对钢结构的失稳类型、影响因素、提高稳定性方法等问题进行了探讨，有利于在施工和设计过程中提高结构整体安全性能。

关键词：钢结构，稳定性，失稳

1、前言

随着钢铁工业技术的快速发展，钢结构在建筑工程中的应用日趋广泛。但是，因结构稳定性被破坏而造成人员伤亡和财产损失的事件时常发生。如1978年，美国哈特福特城体育馆网架结构压杆发生屈曲，导致平面92m×110m 破坏坠落；2010年，内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗赛马场发生罩棚钢结构局部坍塌事故，造成巨额经济损失；2012年，云南省大理市一钢构建筑工程因支撑建筑失稳而发生坍塌，造成多名人员死亡。仔细分析这类事故发生的原因，大都与钢结构的稳定性有着必然联系。

2、问题的提出

在设计和施工过程中，钢结构系统的稳定性已经成为阻碍行业发展的一大难题。尽管我国钢结构施工技术在快速发展，对结构稳定性的研究也取得了一定进展，但仍然存在诸多问题： 一是对于网壳结构，主要采用梁-柱单元理论，梁- 柱单元在反映轴力和弯矩的耦合效应方面存在不足；二是在设计大跨度结构时，习惯于设定一个统一的稳定安全系数，不能反映整体稳定与局部稳定的关系；三是分析预张拉结构的稳定性的理论不完善；四是工程结构参数存在不确定性，随机参数对结构极值失稳、跳跃型失稳会产生一定影响。

3、影响结构稳定性的因素

按照GB50017-2003钢结构设计规范中的规定，轴心受力构件稳定的计算公式为 。针对整个结构，构件在弹性范围内的临界力为 ，这与材料特性E 、截面特性I 以及长度 有关，反映了外荷载与结构内部抵抗力的稳定平衡状态，即结构或构件从变形开始到急剧增长阶段的状态。

因此，根据构件受力特点，可以将钢结构失稳分为平衡分岔失稳、极值点失稳和跃越失稳。平衡分岔失稳是指构件在同一荷载点出现平衡分岔现象，根据构件屈曲后的荷载—挠度曲线变化情况，又可分为稳定分岔失稳和不稳定分岔失稳。通常完善的轴心受压构件和薄板的失稳都属于这一类；极值点失稳是指具有极值点失稳的构件的荷载—挠度曲线只有极值点，没有出现不同变形状态的分岔点，构件弯曲变形性质也没有改变。这一类失稳现象比较普遍，偏心

范文四：提高杆结构动态稳定性的封砂结构

提高杆结构动态稳定性的封砂结构

第3期范喜生等:落锤撞击作用下地表面振动问题的初步分析

较,发现最大脉冲到达前的波形是比较吻

合的.尽管分析与实测的条件有差别,但

50m处的位移峰值还是比较接近的,表明

分析的方法是正确的.

显然,文中所述的方法也可用于水平

位移的研究.

本文得到中国科学院力学研究所谈庆

明研究员,冶金部安全环保研究院李香灿

高级工程师的指导,谨此致谢.

(本文于1994年1月6日收到)

一/,九

.Vr

u,P(f)

图4垂直位移的实铡波形

参考文献

1加林,I_A.着,主君健译.弹性理论的接艘问题.北京:科学出版社,1958:140--151

2王永正编着.摄动方法基础.北京:科学出版社,1994

3TimoshenkoS.P.,GoodierJ.N.TheoryofElasticity,ThirdEdition,McGraw

—HillBookCompany,1970:

420—422

4阿肯巴赫,J.D.着,棣植信等译.弹性固体中波的传播.上海:同济大学出版社,1992:305--314

5李香灿,陆来.爆破振动波形实测分析的若干问题,工程爆破文集(第五辑).中国地质大学出版社,1993:291

——

294

(上接第37页)

3结论

理论分析与试验结果表明:

(1)封砂结构的内部阻尼损耗因子随着砂层的几何尺寸(体积,有效耦合面积和耦合长度),特

性阻抗和砂层内损耗因子等砂层参数的增大而增大,但有一极限值;减小砂粒直径,增大砂粒疏松

程度可等效地增大后两项砂层参数.

(2)圆柱形(套筒)封砂结构可以明显地增大封砂杆结构的阻尼损耗因子,改善其动态稳定性

及抗振性能.它是提高杆结构动态性能的一种经济,行之有效的技术方法.

(本文于1994年4月15日收到)

参考文献

1戴德沛编着.阻尼减振降噪技术.西安:西安交通大学出版社,1986

2Dr.HagopPanossian.Non-ObstructiveParticleDampingTechnology.Pro

ceedingsofDamping93,Vol?l0f

3,June,1993,AAB,USA

3J.C.Sun,H.B.Sun,etc.J.S.V.,1986,104(2)I243—257

4L.C.Chow,R.J.Pinning.OnthePredictionofLossFactorsofPlatesUsingSa

ndGranularMaterials,ISVR

TechnicalReport,No.141,UniversityofSouthampton,1986

{一;7,

第15卷第3期?

振动与冲击

JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK

提高杆结构动态稳定性的封砂结构

,/

吕广庆陈天宁张升陛黄协清

—西安交蔼夫学机械工程学院)

l,要砂粒是一

种价格低廉,工程应用方便的材料,它具有耐油污和高温,不易老化以及抗冲

击等许多优点.在机械结构中充填颗粒状材料可以显着提高结构阻

尼,这一阻尼技术方法称为无碍性颗

粒阻尼处理,目前愈来愈受到人们的重视.本文在分析了充砂结构的阻尼损耗因子的影响参数后,对杆

结构的封砂阻尼处理进行了动,静态试验研究.试验结果与理论相符合,表明了封砂阻尼结构是提高杆

结构动态稳定性能的一种经济,行之有效的方法.I

关键词道里星:垫查璺塞堡,!塑,I扎技镌

中圈分娄号:THII3.1

0引言

降低结构振动和提高机械系统动态稳定性的有效方法是增加机械结构的结构阻尼.实用中提

高结构阻尼的方法很多,阻尼形式也各不相同,如粘弹阻尼,干摩擦阻尼,结合面阻尼,冲击阻尼及

液体,薄膜泵动阻尼等].在机械结构中充填颗粒状材料,可以显着提高结构阻尼而改善其动态特

性.国外将这种结构称为无碍性颗粒阻尼

(Non-ObstructiveParticleDamping—NOPD)结构,这种

结构由于具有种种优点也被广泛地应用和深入研究.NOPD的颗粒材料可以是金属的,也可以是

非金属的.砂粒价格便宜,工程应用方便,具有耐油污和高温,不易老化和抗冲击等优点,所以,它作

为一种新的很有应用前景的阻尼材料,日益受到有关研究者的重视,

其应用研究已领先于理论研

究..

在机械设备中,受激振动的杆件是较为常见的振动结构之一,许多结构属于杆结构,如一些梁,

框架,连杆等,它们也是传递振动能量的结构件之一.降低它们的振动,提高其结构阻尼有利于改善

其动态稳定性,是十分有意义的研究工作.多年来,有关学者在改善杆结构的动态性能方面作了大

量的研究工作,增加其结构阻尼的方法各不相同,如在尺寸较大的杆结构中充填重质冲击体,打盲

孔装填摩擦系数大的固体颗粒,以及应用阻尼动力器和主动控制系统等.寻找一种结构简单,

体积小,减振效果好而且成本低的技术方法是人们一直关心的一个课题.

本文以提高结构动态稳定性为应用背景,在分析了影响封砂结构的作用参数之后,对封砂杆结

构模型进行了初步的试验研究.理论表明,砂层几何参数,特性阻抗及其内损耗园子直接影响着封

砂结构的阻尼损耗因子,与初步的试验结果是一致的;试验表明,砂粒阻尼对提高杆结构动态稳定

性是经济而有效的.

1封砂结构阻尼的影响参数

已有的研究指出,砂粒阻尼的耗能机理大致有三种形式:(1)砂粒之间的摩擦耗能;(2)砂

粒不规则尖角在接触相互作用中的局部非线性变形耗能;(3)颗粒材料对结构振动的共振响应耗

国家教委博士点基金资助项目

第3期吕广庆等提高杆结构动态稳定性的封砂结柑

能.通常用砂层与振动结构构成的机械系统的内部阻尼损耗因子巩来衡量砂粒阻尼的耗能能力.

当将砂层视为耗散介质时,有0]:

玑=哼+哼押/[(/n)哼+仉](1)

其中,,分别为振动结构与砂层的内损耗因子,通常与(1)式中第二项相比很小,可忽略不

计;.为二者之间的耦合损耗因子;,分别为它们的模态密度.对于有限长圆柱形封砂结构,

(1)式中各参数可由下式确定:

12一pea=/(2~rfp.,h)(2a)

rr——一

\,}|}}{}?05

“一s/(?)l一4厂/o-5<厂/?0?8(2b)

l0.8+[o.1/(F+l/F)]{Fcos[1.759~./(Ff)]

l一(1/F)cos-1.75(FY./f)]),/>O.8

一4v/c.-.k~fA/(2c)+L/(8c)(2c)

其中,一C/(2~ra),n?Dt…hS,n分别为圆柱形封砂结构在空气介质中的声辐射效率,面密

度,厚度,表面积,纵波速度和圆柱半径,称为封砂结构参数,它们与砂层参数无关.F为计算频带

参数,当计算频带为1/3倍频程时,F一1.122,当计算频带为倍频程时,F一厂;砂层参数P,

C,V,A…L吼分别为砂层密度,声波速度,体积,与振动结构(圆柱体)的有效耦合面积和长度,以及

砂层的内损耗因子;令—pc可称为砂层介质的特性阻抗.砂层内损耗因子主要取决于砂粒静

压力,接触疏松程度,砂粒太小等因素,可由实验简单确定.由(1),(2)式可推得与砂层参数之间

有如下关系:

巩一Ko%/[仉+zl(K/+K.A/2+K.L)](3)

其中,,(=O,1,2,3)为与砂层参数无关而只与封砂结构参数和振动频率有关的系数,=c/f(f

为振动波频率)为砂层中声波波长.由(3)式可求得随砂层参数(为,或,A,中的任

意一个参数)的变化率巩/ax,具有如下形式:

a/赴述理论分析结论应用于封砂杆结构的试验研究中,目的是探索应用砂粒阻尼提高杆

图2封砂杆结构:12mm铝套筒;245号钢杆体

3封砂螺盖(A3钢);4车刀(高速钢)(垂可变)

车刀:前角20.,后角8.,主偏角45.

切逮:n一250r/min;进给速度:P—P一O.028mm/r

(b)

图3封砂杆激振实验(a)和切削实验(b)

结构,尤其是细杆动态稳定性的可行途径和效果.试验设计的封砂结构如图2所示,它可视为有限

长圆柱形封砂结构.在该结构前端增加了切削刀具,其切削激励便可作为这一结构的激振源.对于

图2所示的封砂结构分别进行了如图3(a)所示的静态激振试验和图3(b)所示的切削试验.激振试

验是在C6140普通车床卡盘夹持下,主要进行了三项变砂层参数试验,即:(1)改变封砂体积和

有效耦合面积A(将图2中的ffP50mm细套筒换为ffP80mm粗套筒),这里有效耦合长度L可视为

不变;(2)改变砂粒大小(将雪O.3,l_0mm的细砂粒换为中1.5,2.5mm粗砂粒);(3)通过调整

封砂螺盖来调整砂层的疏松程度.即由紧变松.需要说明的是,由于实际中砂层的松紧程度难以定

量描述,试验中采用如下方法来确定砂粒的相对松紧程度.紧”状态是指封砂螺盖压住砂粒后,再

用测力扳手旋紧到一定位置,此时砂层处于较密实状态;”松”状态是在上述条件下,将螺盖放松两

个螺距(约2mm).图4为实验测得的封砂杆结构受激振动响应加速度(主)与激励力()之间的传

递函数谱.用半功率点法求出各试验条件下峰值振动响应模态的阻尼损耗因子=Af/f,其值列

于表1中.

第3期昌广庆等;提高杆鳍构动态稳定性的封砂结掏

图4各激振条件下封砂杆结构振动响应传递函数(主)频谱

衰?1各种试验条件下峰值振动响应攘态的阻尼损耗园子

~80mm套筒~50mm套筒

?

无

试验封细砂粗砂细砂粗砂

条件砂

(No.1)

松囊松紧松紧橙紧

(No.2)(No?3)(No.4)(No.5)(No.6)(No.7)(No.8)(No.9)

0.02500.10190.07240.07520.04620.09840.06880.07400.046

由图4和表1可见;(1)粗套筒(厚砂层)的值比细套筒(薄砂层)的大,即增大砂层体积

和有效耦合面积A使杆结构的损耗因子增大,相应的传递函数峰值降低.这与前面的分析结果是

一

致的;(2)细砂的值比粗砂大,这是由于减小砂粒直径等效于增大了砂层的特性阻抗,从而

使封砂结构损耗因子增大;(3)砂粒之间疏橙(松)时的大于紧密(紧)时的,这是由于疏松时,

砂粒之间便于相互作用,使砂层内损耗因子仉增大,从而使封砂杆结构的损耗因子增加}(4)各种

激振条件的值均大于无封砂时的值,说明封砂结构有利于改善杆结构的动态性能

对于图3(b)所示的切削试验,保持,不变的条件下,测量发生颤振时的切削深度n,,并由

a可计算出切削宽度6l…其值列于表2中.6值愈大表明刀杆体的动态稳定性愈好,所以由表2

的极限切削宽度可以看出,试验设计的封砂结构对于提高杆结构动态稳定性能有了一定的改善.

衰2切削宽度值(砂粒紧)

~50rnm细套筒~80mm粗套筒

试验条件无封砂

细砂I粗砂细砂l粗砂

b(ram)L06061.76751.60681.8105j1.7468

(下转第27页)

范文五：提高放大器的稳定性的方法

提高放大器的稳定性的方法

一是从晶体管本身想办法，减小其反向传输导纳yre的值。

二是从电路上设法消除晶体管的反向作用，使它单向化，具体方法有中和法与失配法。 中和法通过在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部反馈电路(中和电路)，来抵消晶体管内部参数yre的反馈作用。

用一个电容CN来抵消yre的虚部(反馈电容)的影响，就可达到中和的目的。

固定的中和电容CN只能在某一个频率点起到完全中和的作用，对其它频率只能有部分中和作用。中和电路的效果很有限。 失配法

信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配，晶体管输出端

负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。

原理:由于阻抗不匹配，输出电压减小，反馈到输入

电路的影响也随之减小。使增益下降，提高稳定性。

L,0，则必须加大Y,使Yi = yie，即使后项

晶体管实现单向比，只与管子本身参数有关，失配法 一般采用共发一共基级联放大.

中和法与失配法比较

中和法:

优点:简单，增益高

缺点:? 只能在一个频率上完全中和，不适合宽带

? 因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于

批量生产。

? 采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参

数变化没有改善效果。

失配法:

优点:?性能稳定，能改善各种参数变化的影响;

?频带宽，适合宽带放大，适于波段工作;

?生产过程中无需调整，适于大量生产。

缺点:增益低。

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