扣合连接压型钢板承载力有限元数值模拟

摘要

目前，轻钢结构厂房已经在国内大量建造。国内外规范可以很好地解决主体结构的设计和计算，而对维护结构的研究则相对滞后。尤其是目前广泛应用的扣合式连接的屋面、墙面板，虽然已有大量的工程实例，但由于缺乏相关的设计依据，工程事故频有发生。 本文首先从一个最简单的例子着手研究有限元接触分析的相关理论与应用。继而把接触分析的方法推广到扣合式面板上，通过有限元软件ANSYS来数值模拟扣合板在受到面外荷载作用时的受力性能，并与试验结果进行对比，确认了有限元接触分析模拟扣合式压型钢板受力过程的可行性。 在此基础上，论文结合扣合式压型钢板在实际工程的做法，着重分析了目前工程中常用的一种扣合式压型钢板。模拟其在风吸力作用下的破坏，分析了可能的破坏原因，研究了摩擦系数、板的厚度以及连接板与檩条的小支座厚度对极限承载力的影响。并且对这三种因素加以对比，提出了提高极限承载力的若干方法。 论文进一步研究了压型钢板承受面内剪力的能力。仍然采用有限元分析方法模拟了自攻螺钉连接的蒙皮单元的抗剪极限强度和抗剪刚度，又分析了扣合连接的蒙皮单元的抗剪性能，并与自攻螺钉连接的蒙皮单元进行比较，在得出相关结论的基础上，对自攻螺钉连接和扣合连接并存的双层板蒙皮单元进行了数值模拟和试验研究，最后分析相关参数——摩擦系数、咬合力对极限承载力的影响。 本文通过对扣合式压型钢板受弯和受剪过程的有限元数值模拟，探索了有限元接触分析的工程应用，并分析了常见扣合板的破坏原因以及相关影响因素，并验证了欧洲规范的相关内容。为维护体系的进一步分析和研究提供了方法，也为实际工程应用提供了相关的参考。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1压型钢板及其连接简介

1.2蒙皮效应释义

1.3蒙皮效应研究进展

1.4问题的提出

1.5本文的研究方法和内容

第2章基本力学模型及有限元基本理论

2.1概述

2.2简例分析

2.3有限元基本理论

2.3.1壳单元

2.3.2接触理论简介

第3章扣合式压型钢板的抗弯承载力数值模拟

3.1平板钢板结构的解析解

3.2扣合连接墙面板在压力作用下的数值模拟

3.2.1ANSYS中接触分析方法简介

3.2.2模型的建立与有限元分析

3.2.3数值模拟结果分析及与实验对比

3.3扣合连接屋面板在风吸力作用下的数值模拟

3.3.1模型的建立与有限元分析

3.4风吸力作用下摩擦系数的影响及参数分析

3.4.1极限荷载与摩擦系数的关系

3.4.2极限位移与摩擦系数的关系

3.4.3极限应力与摩擦系数的关系

3.5风吸力作用下板厚对承载力的影响及参数分析

3.6风吸力作用下小支座厚度对承载力的影响及参数分析

3.7摩擦系数、板厚和小支座厚度三者比较分析

第4章扣合式压型钢板的抗剪承载力数值模拟

4.1螺钉连接蒙皮单元的抗剪承载力数值模拟

4.1.1未铺压型钢板前纯框架抗剪承载力数值模拟

4.1.2铺压型钢板后抗剪承载力数值模拟

4.1.3按美国规范计算抗剪极限强度和抗剪刚度

4.2扣合连接蒙皮单元的抗剪承载力数值模拟

4.3组合连接蒙皮单元的抗剪性能

4.3.1组合连接蒙皮单元抗剪承载力试验研究

4.3.2组合连接蒙皮单元抗剪承载力数值模拟

4.3.3扣合连接的影响

4.4摩擦系数和咬合力对组合连接蒙皮单元的影响

4.4.1摩擦系数对抗剪承载性能的影响

4.4.2初始咬合力对承载性能的影响

4.5本章小结

第5章结论与展望

5.1结论

5.2研究展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果