冷成型钢住宅结构的蒙皮效应研究.pdf

附件详情

【学位年度】近代 【摘要】 在冷成型钢结构中,如果考虑了板的蒙皮效应,将会取得相当可观的经济效益,而目前在国内的钢结构设计中,大多还是将板的蒙皮作用作为安全储备,因此如何有效的利用墙板、屋面板、楼板的蒙皮效应,是冷成型钢结构住宅体系得到广泛应用的关键。蒙皮效应由于特殊的受力特性,在设计、分析时需要解决的技术问题比较多,而我国对蒙皮的研究较晚,蒙皮设计方法仍处于理论阶段,专门的蒙皮设计规范还在编制中。正是在这样的背景下,本文针对冷成型钢蒙皮结构中的几个关键技术问题进行分析,主要研究内容和结果如下： 1.研究冷成型钢板-自攻螺钉的连接的破坏模式。鉴于冷成型钢蒙皮结构中连接比较常用的是自攻螺钉,本文建立三维实体有限元模型,对自攻螺钉连接进行细致模拟,得出薄-薄连接、薄-厚连接、厚-厚连接三种典型连接模型下的连接件破坏模式：薄-薄连接是由于螺钉歪斜导致板孔受挤压起鼓而发生破坏；薄-厚连接是由于薄板被拉裂而发生破坏；厚-厚连接是螺钉发生剪切破坏。并且得出各种破坏模式发生时板的界限值和极限荷载值以及自攻螺钉ST5.5连接各种常用板厚的荷载位移曲线。 2.研究数值仿真方法在蒙皮结构中的应用。借助非线性有限元方法,将冷成型钢蒙皮结构各部件离散成单元,框架简化为空间梁单元,压型钢板简化为壳体单元,连接件用非线性弹簧单元来模拟,将各单元刚度矩阵集合成总体刚度矩阵,利用有限元软件ANSYS对蒙皮单元的抗剪性能进行分析,并与欧洲相应现行规范计算结果进行了比较分析,验证了数值模型的正确性。 3.多层冷成型钢结构蒙皮效应的研究。首先以一单层冷成型钢排架为研究对象,研究其在面内荷载作用下可能出现的破坏模式。在此基础上,设计一个5层冷成型钢框架结构,分析其在风荷载作用下的受力情况,通过比较加传统柱间支撑和加蒙皮两种构造措施时框架整体侧移刚度,发现在螺钉连接方式和间距合理的前提下,蒙皮完全可以取代支撑。通过改变螺钉的间距和螺钉的连接方式(每波连接、隔波连接)以及板的厚度,对该5层框架的受力和侧移进行参数分析,给出了不同板厚条件下,获得理想蒙皮抗剪效果的连接件的连接方式。 本文的主要创新点在于： 1.在有限元模型中引入了非线性弹簧单元,更加精确的模拟了连接件的实际受力状态。 2.找出了发生薄-薄连接和厚-厚连接破坏的分界点。在自攻螺钉ST5.5连接下,板厚小于等于1.5mm的板发生薄-薄连接破坏,而板厚大于等于2.0mm的板发生厚-厚连接破坏。 3.在验证蒙皮单元有限元模型正确的基础上,建立5层冷成型钢框架结构,对不同板厚、不同螺钉间距和连接方式进行系统分析,给出了适用于实际工程应用的螺钉间距和连接方式,此时蒙皮完全可以取代传统支撑。 共59页