門式剛架輕鋼結構考慮壓型鋼板蒙皮效應的有限元整體分析.pdf

1、近年來在中國建筑業(yè)鋼結構得到了飛速的發(fā)展。國家經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，鋼產(chǎn)量的提高，給鋼結構的發(fā)展和應用帶來了前所未有的機遇。自改革開放以來，鋼結構的應用領域不斷拓寬，使用范圍不斷擴大，結構形式不斷更新，現(xiàn)已發(fā)展成高層重型鋼結構、空間大跨度鋼結構、輕型鋼結構、鋼—混凝土組合結構、住宅鋼結構五大類。尤其是上世紀九十年代至今，廣泛應用于工業(yè)廠房的門式剛架輕鋼結構得到了迅速的發(fā)展。 門式剛架輕鋼結構主要以輕型鋼構件作為主框架，以壓型鋼板作

2、為圍護體系。研究結果表明，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構進行可靠的連接，這些壓型鋼板就會成為受力結構的重要組成部分，參與整個結構體系工作，為與之相連的受壓、受彎、壓彎構件提供側向支撐和扭轉約束，并對房屋結構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“應力蒙皮效應”。 中外學者對蒙皮效應進行了廣泛的研究，但較少涉及蒙皮效應對結構的整體影響。如果采用試驗的方法研

3、究蒙皮效應的整體作用，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；由于影響應力蒙皮效應的因素很多，所以簡化分析方法對于分析蒙皮效應對門式剛架廠房整體影響并不合適；所以有部分學者采用有限單元法進行整體研究。重慶大學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時各榀

5、剛架的柱頂側移，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移的原理。 (4)在考慮屋頂壓型鋼板的蒙皮效應的前提下，比較山墻設與不設平面內(nèi)支撐時各榀剛架的柱頂側移，證明山墻的抗側移剛度對屋頂壓型鋼板蒙皮效應的發(fā)揮有重要影響。 (5)在考慮屋頂壓型鋼板蒙皮效應的前提下，分析各榀剛架柱頂側移隨總剛架數(shù)變化的規(guī)律。 (6)當考慮與不考慮屋頂壓型鋼板的蒙皮效應時，分別分析中間榀剛架、山墻剛架的軸力、彎矩、剪力分布