冷弯薄壁型钢住宅组合楼板的振动及设计准则

论文摘要

本文在总结国内外关于冷弯薄壁型钢住宅组合楼板研究的基础上,结合本次的试验,设计了“带OSB板的冷弯薄壁型组合楼板”试件;进行了改变边界条件的组合楼板振动分析,首先,测得在1kN静荷载作用下组合楼板的跨中挠度值;其次,测得各种工况下的组合楼板的振动频率。由这两种数据来判断组合楼板的舒适度。采用通用有限元程序ANSYS,对上述楼板进行了三维建模,并模拟分析了楼板在1kN集中静荷载作用下组合楼板的跨中挠度以及楼板的基本频率;在有限元分析中,随着楼板的边界条件的改变,楼板在静力作用的挠度及频率也随着改变。本文研究表明,组合楼板两对边简支,托梁端部固结的楼板刚度最大,受静荷载作用下的挠度最小,频率则最大。组合楼板两对边无支撑,托梁端部简支的楼板刚度最小,受静荷载作用下的挠度最大,频率最小。由此可知,提高楼板的刚度可以有效的减少楼板在静力作用下的挠度,增大楼板的基本频率,这些均可以有效的预防由楼板振动而引起人的不舒适。通过ANSYS分析结果与试验结果的对比分析,提出了ANSYS这种通用程序是可以作为楼板舒适度预测的一种有效方法。根据本文的试验和理论研究结果,对国外现有的舒适度设计准则进行了评析,提出了适合我国的设计准则及方法。该计算方法,理论相对比较完善,方法简单,其计算结果合理,可供实际工程设计参考。最后,以北京东方太阳新城的实际工程为算例,对本文提出的计算方法进行了验证,计算结果符合所提设计标准。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 组合楼板的研究现状
• 1.3 现有的可接受准则
• 1.3.1 瑞典的Ohlsson’s 准则
• 1.3.2 Australian 准则（1993）
• 1.3.3 加拿大的Onysko’s 准则
• 1.3.4 美国的Johnson’s 准则
• 1.3.5 四个设计准则的比较
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 组合楼板振动的理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 人的活动对楼板产生的振动问题
• 2.2.1 人在楼板上的行走
• 2.2.2 跳跃
• 2.3 楼板振动分析
• 2.3.1 瑞利法
• 2.3.2 瑞利-里兹法
• 2.4 有效托梁数的计算
• 2.4.1 SJI 和AISC 方程
• 2.4.2 Shamblin/Kitterman 方程
• 2.5 本章小结
• 第三章 冷弯薄壁型钢组合楼板振动性能的试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验研究目的和内容
• 3.2.1 试验研究目的
• 3.2.2 试验内容及方法
• 3.3 试件及试验装置
• 3.3.1 试件
• 3.3.2 主要材料性能
• 3.3.3 试验装置
• 3.3.4 测点布置
• 3.4 试验过程
• 3.4.1 静力作用
• 3.4.2 组合楼板环境试验
• 3.4.3 力锤锤击
• 3.5 主要的试验结果
• 3.5.1 各种边界条件下组合楼板的挠度
• 3.5.2 各种加载方式下的频率及阻尼
• 3.6 数据处理及主要试验结果分析
• 3.6.1 各边界条件下的挠度对比分析
• 3.6.2 试验中对频率的影响因素
• 3.7 本章小结
• 3.7.1 结论
• 3.7.2 建议
• 第四章 冷弯薄壁型钢组合楼板振动的非线性有限元分析
• 4.1 前言
• 4.2 本文有限元模型建立的理论
• 4.2.1 单元的选取
• 4.2.2 单元分析
• 4.2.3 材料的非线性本构关系
• 4.3 有限元模型建立的过程
• 4.3.1 壳体模型的建立
• 4.3.2 单元网格划分
• 4.3.3 模型的边界约束及加载
• 4.4 有限元分析与试验的比较
• 4.4.1 模型在静力作用下挠度的分析比较
• 4.4.2 模型的自振频率的分析比较
• 4.5 改变模型尺寸后的有限元分析
• 4.5.1 变宽度模型的研究
• 4.5.2 变宽度有限元分析
• 4.5.3 变跨度模型的研究
• 4.5.4 变跨度有限元分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 冷弯薄壁型钢组合楼板振动的设计方法
• 5.1 引言
• 5.2 组合楼板振动的预测方法
• 5.2.1 评价现有的容忍标准
• 5.2.2 预测中心位移的方法
• 5.2.3 预测基频的方法
• 5.3 组合楼板振动的计算方法
• 5.3.1 基本方程
• 5.3.2 人行走时的频率计算
• 5.3.3 挠度的计算
• 5.3.4 频率的计算
• 5.4 设计方法的建议
• 5.5 设计步骤
• 5.6 算例
• 5.7 本章小结
• 结语
• 1. 结论
• 2. 今后尚待研究的问题
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间参与科研与获奖情况
• 致谢