拱形波纹板-桁架组合结构屋盖理论研究与应用

摘要

拱形波纹钢屋盖结构是一种冷弯薄壁型轻钢结构，具有自重轻、施工周期短、造价低、集受力、围护双重功能于一身等诸多优点，于1992年被引进到我国，并得到广泛的应用。然而该结构在我国的推广过程中，由于设计理论不完善，施工过程不规范，工程事故频繁出现，尤其以结构失稳破坏最为严重，这极大阻碍了其在我国的发展。如何采取有效的加固措施来提高拱形波纹钢屋盖的极限承载力、改善其稳定性成为当前迫切需要解决的问题。 《拱形波纹板-桁架组合体系屋盖受力性能分析》是国内第一篇关于在拱形波纹钢屋盖内增设钢管拱桁架及纵向平面桁架来对其进行加固研究的硕士论文，论文中把这种加固体系称为拱形波纹板一桁架组合屋盖。该论文主要工作是利用ANSYS建立拱形波纹钢屋盖结构及拱形波纹板.桁架组合结构屋盖有限元模型，通过大规模参数分析，对比两种结构极限承载力、破坏模态等受力性能。 本文作为《拱形波纹板-桁架组合体系屋盖受力性能分析》的后续研究，在已有研究成果基础上，从理论分析和实际应用两个方面对拱形波纹板-桁架组合结构屋盖进行了进一步研究，具体包括以下内容： 1、综述了目前国内关于拱形波纹钢屋盖及其加固方案的研究状况。 2、分析了单层柱面网壳稳定及加固的相关研究成果，与拱形波纹板-桁架组合结构进行了类比，从概念上探讨了拱形波纹板-桁架组合结构加固方案的可行性；并根据MIC240板型拱形波纹板-桁架组合结构的特点，把该结构简化为纵横加肋正交异性开口圆柱薄壳的力学模型。 3、根据经典板壳理论、加筋圆柱曲面理论及薄板壳大挠度非线性稳定理论，推导了纵横加肋正交异性开口圆柱薄壳大挠度变形的内力、挠度计算微分方程，并根据具体的边界条件和荷载形式，得到了结构内力、挠度的解析解公式及结构极限承载力计算思路。 4、设计了采用ANSYS为计算核心，VB语言做人机交互输入参数界面的拱形波纹板-桁架组合结构有限元计算程序，并利用该程序计算了桁架拱间距对拱形波纹板-桁架组合结构承载力的影响，得到了一些有益的结论。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2拱形波纹钢屋盖结构研究现状

1.3拱形波纹钢屋盖加固方案的研究

1.4本文的主要研究工作

2拱形波纹板-桁架组合结构方案的提出及力学模型

2.1拱形波纹板-桁架组合结构方案的提出

2.2MIC240板型拱形波纹板-桁架组合结构的力学模型

2.2.1拱形波纹板-桁架组合结构几何关系

2.2.2小波纹的等效一变厚度法

2.2.3大波纹壳等效为正交异性圆柱平壳

2.2.4拱形波纹板-桁架组合结构的力学模型

2.3本章小结

3纵横加肋正交异性开口圆柱薄壳大挠度稳定理论研究

3.1薄壳稳定理论研究综述及利用其对拱形波纹板-桁架组合结构的分析

3.1.1薄壳稳定理论研究综述

3.1.2运用薄壳稳定理论对拱形波纹板-桁架组合结构的分析

3.2纵横加肋正交异性开口圆柱薄壳大挠度微分方程

3.2.1结构的大挠度几何方程

3.2.2结构的平衡方程

3.2.3结构的物理方程

3.2.4联合几何方程、平衡方程和物理方程

3.2.5结构的位移协调微分方程

3.2.6结构平衡微分方程

3.2.7纵横加肋正交异性开口圆柱薄壳位移协调及平衡微分方程

3.3纵横加肋正交异性开口圆柱薄壳几何非线性稳定性分析

3.4纵横加肋正交异性开口圆柱薄壳极限承载力的计算

3.4.1状态I、II方程组

3.4.2状态I函数的设定与方程组线性项的计算

3.4.3状态I方程组中非线性项的数学处理

3.4.4状态I方程组求解公式

3.4.5状态II函数的设定与方程组线性项的计算

3.4.6状态II方程组中非线性项的数学处理

3.4.7状态II方程组系数行列式求解公式

3.5本章小结

4拱形波纹板-桁架组合结构计算程序及应用

4.1拱形波纹板-桁架组合结构有限元计算程序

4.1.1基于VB的ANSYS二次开发简介及在本文中的应用

4.1.2二次开发程序介绍

4.2拱形波纹板-桁架组合结构力学模型简化的验证

4.2.1波纹壳、平面壳的材料特性

4.2.2波纹壳、平面壳模型计算结果对比

4.2.3结果分析及结论

4.3纵横加肋正交异性开口圆柱壳极限承载力计算算例

4.3.1算例参数

4.3.2结果对比

4.3.3结果分析及结论

4.4桁架拱间距对拱形波纹板-桁架组合结构极限承载力的影响

4.4.1研究目的

4.4.2计算模型

4.4.3计算结果

4.4.4结果分析

4.5本章小结

5结论与展望

5.1本文主要结论

5.2关于本课题的展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢