門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)考慮壓型鋼板蒙皮效應(yīng)的有限元整體分析.pdf

1、近年來在中國建筑業(yè)鋼結(jié)構(gòu)得到了飛速的發(fā)展。國家經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，鋼產(chǎn)量的提高，給鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用帶來了前所未有的機遇。自改革開放以來，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，使用范圍不斷擴大，結(jié)構(gòu)形式不斷更新，現(xiàn)已發(fā)展成高層重型鋼結(jié)構(gòu)、空間大跨度鋼結(jié)構(gòu)、輕型鋼結(jié)構(gòu)、鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)、住宅鋼結(jié)構(gòu)五大類。尤其是上世紀(jì)九十年代至今，廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房的門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)得到了迅速的發(fā)展。 門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)主要以輕型鋼構(gòu)件作為主框架，以壓型鋼板作

2、為圍護體系。研究結(jié)果表明，壓型鋼板在作為圍護體系的同時，還可以承受圍護體系平面內(nèi)的荷載。只要將它們與主體結(jié)構(gòu)進行可靠的連接，這些壓型鋼板就會成為受力結(jié)構(gòu)的重要組成部分，參與整個結(jié)構(gòu)體系工作，為與之相連的受壓、受彎、壓彎構(gòu)件提供側(cè)向支撐和扭轉(zhuǎn)約束，并對房屋結(jié)構(gòu)的空間整體剛度做出一定的貢獻。這種圍護體系平面內(nèi)的承載能力稱為“應(yīng)力蒙皮效應(yīng)”。 中外學(xué)者對蒙皮效應(yīng)進行了廣泛的研究，但較少涉及蒙皮效應(yīng)對結(jié)構(gòu)的整體影響。如果采用試驗的方法研

3、究蒙皮效應(yīng)的整體作用，要耗費大量的人力、時間、財力，這對于大部分研究人員來說是難以承受的；由于影響應(yīng)力蒙皮效應(yīng)的因素很多，所以簡化分析方法對于分析蒙皮效應(yīng)對門式剛架廠房整體影響并不合適；所以有部分學(xué)者采用有限單元法進行整體研究。重慶大學(xué)的研究生趙國采用等效正交各向異性平板模擬壓型鋼板，運用有限元軟件SAP建立有限元模型，作蒙皮效應(yīng)的整體分析。由于現(xiàn)在的計算機性能有了大幅度提高，本文作者決定采用實物板型模擬壓型鋼板，運用有限元軟件ANSY

4、S建立有限元模型，進行蒙皮效應(yīng)的整體分析。 基于這個研究目的，本文主要進行以下研究工作： (1)采用殼單元分別模擬壓型鋼板和檁條，采用耦合方程建立壓型鋼板和檁條間的連接，建立單個蒙皮組合體的模型，計算蒙皮體系的剪切柔度。 (2)采用變截面單元模擬剛架梁、柱構(gòu)件，采用實物板型模擬壓型鋼板，采用約束方程模擬檁條與剛架的連接，屋面板與檁條的連接，建立整個門式剛架廠房的模型。 (3)比較考慮與不考慮蒙皮效應(yīng)時各榀

5、剛架的柱頂側(cè)移，分析屋頂壓型鋼板通過平面內(nèi)抗剪能力限制各中間榀剛架側(cè)移的原理。 (4)在考慮屋頂壓型鋼板的蒙皮效應(yīng)的前提下，比較山墻設(shè)與不設(shè)平面內(nèi)支撐時各榀剛架的柱頂側(cè)移，證明山墻的抗側(cè)移剛度對屋頂壓型鋼板蒙皮效應(yīng)的發(fā)揮有重要影響。 (5)在考慮屋頂壓型鋼板蒙皮效應(yīng)的前提下，分析各榀剛架柱頂側(cè)移隨總剛架數(shù)變化的規(guī)律。 (6)當(dāng)考慮與不考慮屋頂壓型鋼板的蒙皮效應(yīng)時，分別分析中間榀剛架、山墻剛架的軸力、彎矩、剪力分布