蒙皮支撑连续檩条在风吸力作用下稳定承载力的试验研究

摘要

随着钢结构事业的蓬勃发展和钢材价格的持续上涨，使得挖掘结构自身承载力潜能的要求越来越迫切。在轻钢结构中，压型钢板通过连接件与相应的檩条相连。充分考虑蒙皮作用的效应，不仅能真实反映蒙皮板与金属骨架间的实际工作状况，还能带来可观的经济效益。而檩条系统是整个屋面蒙皮系统的重要组成部分，如何深入而准确地研究檩条与蒙皮板间的共同工作状况及檩条受蒙皮板约束后的承载力等问题，对最终定量地研究整个蒙皮系统的真实效应具有重要的研究价值。 本文从实际工程中对檩条设计的角度出发，通过足尺试验模型和有限元模型的分析，重点研究了在风吸力作用下蒙皮支撑冷弯薄壁型连续钢檩条的稳定承载力，及对蒙皮支撑连续檩条在正常使用和极限承载力状态下的整体受力情况及传力路径。 在前人研究的基础上，本文利用大型有限元程序ANSYS，建立了更加符合实际连接状况(非线性弹簧单元模拟自攻螺钉)的有限元模型。并与本文中足尺试验模型的失稳模式、荷载一位移曲线走势、连接强度以及连接刚度的规律等相对比，从而验证了有限元模型的合理性、有效性及适用性。 最后，本文通过试验模型实测结果与有限元模型计算结果的对比，得出了蒙皮支撑连续檩条可以作为减小钢梁受压上翼缘自由长度的侧向支撑；隅撑作为钢梁的侧向支撑作用是通过檩条与压型钢板来共同作用实现等不同于现行设计规范的结论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究背景

1.1.1蒙皮支撑结构概述

1.1.2近年来金属蒙皮结构的发展

1.1.3冷弯薄壁结构的特点和应用发展概述

1.1.4本文研究问题的提出

1.2蒙皮支撑檩条的研究现状与不足

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.2.3研究的不足

1.3本文的研究目的与主要内容

参考文献

第二章 蒙皮支撑檩条及蒙皮板计算理论

2.1薄壁开口截面杆件的约束扭转

2.1.1截面的主扇性特征

2.1.2剪切中心

2.1.3约束扭转

2.1.4薄壁杆件在横向均布荷载作用下的弯扭屈曲

2.1.5 C形截面构件的屈曲问题

2.2蒙皮支撑的C形檩条在风吸力下的稳定研究

2.2.1蒙皮板对檩条的侧向支撑和扭转约束作用

2.2.2蒙皮板对檩条的侧向支撑作用

2.2.3蒙皮板对檩条的扭转约束作用

2.2.4蒙皮支撑檩条在荷载作用下的分析模型

2.3压型钢板的等效与有限元计算理论

2.3.1压型钢板的等效理论

2.3.2正交异性板的介绍

2.3.3蒙皮板的单元刚度矩阵

2.3.4连接件的单元刚度矩阵

2.3.5钢构件的单元刚度矩阵

2.3.6整体刚度矩阵的集成及平衡方程的建立

参考文献

第三章 试验研究

3.1概述

3.2扭转刚度试验

3.2.1扭转刚度试验装置

3.2.2扭转刚度试验步骤

3.2.3扭转刚度试验现象

3.2.4试验数据与结果分析

3.3蒙皮支撑连续檩条在风吸力作用下的稳定承载力试验

3.3.1试验方案

3.3.2试件设计

3.3.3试验装置

3.3.4位移、应变测试方案

3.3.5试验加载方案

3.3.6试验数据处理

3.3.7试验实测值对称性的论证

3.3.8试验过程及现象

3.3.9构件的材性试验

3.3.10试验结果及分析

3.4本章小结

参考文献

第四章 试验模型的有限元分析与试验结果的对比分析

4.1概况

4.2足尺整体试验模型的有限元分析

4.2.1整体蒙皮支撑连续檩条的有限元模型

4.2.2压型钢板的有限元模型

4.2.3 C形檩条的有限元模型

4.2.4檩托、拉条的有限元模型

4.2.5连接件(自攻螺钉)的有限元模型

4.2.6接触单元的有限元模型

4.2.7其他假设

4.3有限元模型计算结果与足尺试验模型实测结果的对比

4.3.1理想模型与试验模型的比较

4.3.2有限元模型计算结果与足尺试验模型实测结果的比较

4.3.3关于有限元模型的讨论

4.3.4对檩条轴力的讨论

4.3.5对拉条的讨论

4.4本章小结

参考文献

第五章 结论与展望

5.1本文的主要结论

5.2展望

致谢