装配式冷弯薄壁型钢结构的次应力及蒙皮效应研究

摘要

装配式冷弯薄壁型钢结构是在我国住宅产业现代化的进程中诞生的一种新型结构体系，它主要用于临时性、暂设性的住宅体系。这种结构各个主要构件均采用螺栓连接，可拆卸、可重复使用。冷弯薄壁型钢有着截面组合灵活、强度高、用料省、施工安装方便等许多优点，在装配式冷弯薄壁型钢结构中得到了大量应用。对一种新型结构形式进行受力性能等方面的研究分析十分有意义。 本文在研究总结国内外装配式冷弯薄壁型钢结构的发展概况及国内这种结构体系的设计要点及节点形式的基础上，分析了作为主要承重构件的冷弯薄壁型钢桁架由于节点几何缺陷产生的次应力对结构受力性能的影响，同时分析了屋面板及墙板的蒙皮效应的影响情况。钢屋架及钢桁架在制作时由于没有采用传统的节点板连接，使得各杆件的轴线在节点处不能汇交于一点，形成几何缺陷，产生了次内力，通过采用有限元软件ANSYS分析研究发现次应力的次正应力比及占最大组合应力的比重很大，在设计此类钢屋架及钢桁架时应考虑次应力的不利影响，设计时应将杆件的次应力与主应力进行叠加后验算杆件截面的极限承载能力。蒙皮效应是指维护结构对主体结构的整体加强作用，这种效应可以加强结构的空间整体性。由于蒙皮效应很难明确的量化，本文主要采用ANSYS对装配式冷弯薄壁型钢结构的蒙皮效应进行了分析。在满足结构内力分析的基本条件下，维护结构的蒙皮效应作用影响十分明显。经分析表明在荷载作用下考虑蒙皮效应影响的结构能显著减小侧移，使得结构内力分配更加均匀，杆件截面可以适当减小，从而降低造价形成很好的经济效益。蒙皮板开洞面积的大小对蒙皮效应的影响区别于作用的荷载情况，同时蒙皮板自身的特性对蒙皮效应影响很大。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1冷弯薄壁型钢构件的特性

1.2蒙皮效应在国内外的研究发展概况

1.2.1国外研究概况

1.2.2国内研究概况

1.3装配式冷弯薄壁型钢结构在国内外的发展现状

1.3.1国外发展现状

1.3.2国内发展现状

1.4装配式冷弯薄壁型钢结构特点

1.4.1基本特征

1.4.2优良特性

1.5我国装配式冷弯薄壁型钢结构设计要点

1.5.1结构体系

1.5.2结构构件的强度

1.5.3结构构件的承载力

1.5.4结构构件的验算

1.6我国装配式冷弯薄壁型钢结构常用节点连接形式及详图

1.6.1主体承重框架结构

1.6.2其它结构构件

1.7本文主要研究内容及目的

1.8本章小结

第2章装配式冷弯薄壁型钢结构次应力影响研究

2.1次应力的概念

2.2次应力产生的机理

2.3次应力的影响因素

2.4次应力的计算方法

2.4.1手算方法

2.4.2数值计算方法

2.5钢屋架及钢桁架次应力分析

2.5.1钢屋架及平行弦钢桁架次应力产生的机理

2.5.2焊接钢屋架数值分析

2.5.3焊接平行弦钢桁架数值分析

2.6考虑次应力的钢桁架承载能力极限状态和计算公式

2.6.1强度和过度变形

2.6.2稳定计算

2.6.3正常使用极限状态

2.7本章小结

第3章装配式冷弯薄壁型钢结构蒙皮效应研究

3.1蒙皮效应的概念

3.2蒙皮结构的主要形式

3.2.1常规结构形式

3.2.2轻型钢折板结构

3.2.3轻型薄钢双曲抛物面壳

3.2.4轻型薄钢圆柱壳

3.2.5受力蒙皮箱形结构

3.2.6竖向蒙皮在控制侧移方面的应用

3.3蒙皮效应的作用和机理

3.4蒙皮效应的研究方法

3.5装配式冷弯薄壁型钢结构蒙皮效应研究

3.5.1建模

3.5.2加载与约束

3.5.3求解

3.5.4有限元计算结果与分析

3.6本章小结

第4章装配式冷弯薄壁型钢结构综合经济效益分析

4.1经济效益分析

4.2本章小结

第5章结论与展望

5.1本文结论

5.2有待进一步研究的问题

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作

致谢