门式刚架结构中屋面檩条体系的稳定性研究

论文摘要

轻型建筑钢结构在国际上经历了大半个世纪的发展,目前已自成体系。Z型和C型截面冷弯型钢构件被当作檩条或者墙梁使用,充当介于主刚架和压型钢板屋面或者墙面之间的构件。几十年的经验发现,在轻钢结构屋盖中,檩条的用钢量在整个屋盖系统中约占55%左右,因此要降低屋盖系统的用钢量应先从檩条着手。由于Z型和C型截面冷弯型钢的截面特性,在设计过程中,檩条在风吸力作用下的稳定设计往往成为控制条件。在国内对于门式刚架轻钢结构屋面C型及Z型檩条的抗扭性能以及檩间支撑采用拉条或撑杆的冷弯薄壁檩条体系的研究进行得不多,有必要对其进行更加深入地研究。本文通过有限单元法对单根檩条以及设置檩间拉条或撑杆所组成的体系进行研究,比较不同的跨度及荷载作用下檩条的抗扭性能。研究表明檩间支撑的设置可以显著改善系统的抗扭性能,提高檩条的稳定性。布置拉条或支撑的数量对系统扭转刚度影响不大。通过数据分析,获得了对今后研究工作非常有益的数据资料。本文还通过对简支檩条在风吸力作用下性能的理论分析,参考国内相关试验结果,并与国内外规范、规程的计算结果进行比较,验证了试验和规范计算结果的有效性和准确性。提出檩条在风吸力作用下稳定计算的进一步建议,研究成果益于今后进一步改进和简化设计方法。提出了檩条支撑体系理论研究应进一步深入的问题,以及今后试验中应注意的问题、研究方向。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 导言
• 1.2 国外檩条系统研究发展概述
• 1.3 国内檩条系统的研究情况
• 1.4 檩条稳定计算需解决的问题
• 1.5 本文研究的目的和主要内容
• 第二章 冷弯薄壁檩条的稳定性研究
• 2.1 冷弯薄壁檩条的稳定设计
• 2.1.1 檩条的受力特点
• 2.1.2 檩条的整体稳定
• 2.2 国内外规范、规程的计算方法
• 2.2.1 国内冷弯薄壁檩条的稳定设计
• 2.2.2 澳大利亚冷弯钢结构规范AS/NZS 4600 的计算方法
• 第三章 国内相关试验与理论计算结果的比较
• 3.1 国内相关试验研究
• 3.2 试验结果与理论计算的比较
• 3.2.1 冷弯薄壁型钢结构技术规范的计算方法
• 3.2.2 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程的计算方法
• 3.2.3 澳大利亚冷弯钢结构规范AS/NZS 4600 的计算方法
• 3.3 计算结果的比较
• 第四章 用有限单元法分析冷弯薄壁檩条的抗扭性能
• 4.1 非线性分析理论基础
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 基本假定
• 4.1.3 单元选取
• 4.2 非线性问题分类
• 4.2.1 材料非线性
• 4.2.2 几何非线性
• 4.3 单元刚度矩阵建立
• 4.4 非线性方程组求解
• 4.4.1 完全牛顿－拉斐逊方法（Newton-Raphson）
• 4.4.2 增量步控制
• 4.4.3 收敛准则
• 4.5 用有限单元法分析冷弯薄壁檩条的抗扭性能
• 4.5.1 单根檩条抗扭性能
• 4.5.2 设置不同支撑时檩条抗扭性能
• 第五章 檩间支撑的设置及计算
• 5.1 檩间支撑的设置
• 5.2 檩间支撑的种类
• 5.3 檩间支撑的构造要求和设计方法
• 5.3.1 国内规范、规程的规定
• 5.3.2 澳大利亚冷弯钢结构规范AS/NZS 4600 的计算方法
• 第六章 结论和展望
• 6.1 本文工作的主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢