轻钢结构蒙皮效应的理论与试验研究

论文摘要

传统的轻型钢结构设计,压型钢板仅仅作为屋面、墙面等围护结构,如果将压型钢板与结构构件进行可靠的连接,作为围护结构同时可成为受力结构的组成部分,参与结构体系的共同工作,增加结构的整体刚度。蒙皮效应是指在建筑物表面覆盖屋面和墙面利用本身的刚度和强度对建筑物整体刚度加强作用。考虑了蒙皮效应的轻钢结构的设计不仅使结构的受力更加符合实际情况,还可以获得相当的经济效应。因此,开展轻钢结构蒙皮效应的系统研究,具有十分重要的理论和工程应用价值。 本文首先对自攻螺丝连接的小试件拉伸试验进行了研究。针对国内工程上常用的连接件,对自攻螺钉连接的小试件进行了拉伸试验,研究了不同厚度板连接件的抗剪性能,同时为蒙皮单元的有限元分析提供输入参数依据。 论文结合蒙皮单元的在实际工程的做法,对常用的国产压型钢板采用自攻螺丝连接的受力蒙皮进行了试验研究。研究了蒙皮单元的抗剪强度和抗剪刚度等抗剪性能;研究了连接件布置方式、板型、檩条间距等因素对蒙皮单元抗剪性能的影响。 在试验研究的基础上,采用数值模拟方法研究了蒙皮单元的剪切性能。借助有限元这有力工具,对蒙皮单元剪切试验的结果进行了评价,验证了试验结果的可靠性,同时校验了有限元分析模型;对蒙皮单元在平面内荷载作用下的工作性能以及各种因素对其抗剪性能的影响、破坏形式和机理进行进一步研究,从而更加深入地分析蒙皮单元的破坏机理,研究了蒙皮单元的不同连接边界条件对剪切性能的影响。 本文根据蒙皮单元的试验和有限元分析的结论,参考国外研究成果的基础上,通过合理的力学假设,探讨并推导了采用自攻螺钉连接的受力蒙皮单元抗剪强度和刚度的简化计算公式;通过试验算例进行了有限元计算结果、试验结果以及简化计算结果的比较分析,相互验证结果的合理性;简化计算公式可以为我国正在编制的受力蒙皮设计规程提供理论参考依据。 本文研究了受力蒙皮单元参与整体结构体系的共同作用,从整体上分析了压型钢板的蒙皮效应对整体结构的刚度贡献。针对单层轻钢厂房结构,考虑蒙皮效应后结构的力学性能变化,对其传力途径、内力分布及整体性能方面进行

论文目录

• 第1章 引言
• 1.1 课题研究目的和意义
• 1.2 蒙皮技术的发展与应用
• 1.2.1 蒙皮效应的产生机理
• 1.2.2 蒙皮效应的产生条件
• 1.2.3 适合采用受力蒙皮设计的建筑物类型
• 1.3 受力蒙皮的研究概况
• 1.3.1 国外研究概况
• 1.3.2 国内研究概况
• 1.4 本文的主要研究工作
• 1.4.1 本文的主要研究思路和研究方法
• 1.4.2 本文的主要工作
• 第2章 自攻螺丝连接的小试件拉伸试验研究
• 2.1 概述
• 2.2 试验目的
• 2.3 小试件拉伸试验
• 2.3.1 试件尺寸
• 2.3.2 试件制作
• 2.3.3 试验过程
• 2.4 试验结果与分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 蒙皮单元抗剪性能的试验研究
• 3.1 试验目的
• 3.2 试验方案
• 3.2.1 试验设计思路
• 3.2.2 试验设计
• 3.2.3 测试内容与测试布置
• 3.2.4 试验加载
• 3.3 试验结果与分析
• 3.3.1 未铺压型钢板前纯框架标定试验结果
• 3.3.2 蒙板后试验结果
• 3.3.3 蒙皮体的抗剪极限强度和抗剪刚度
• 3.4 本章小结
• 第4章 蒙皮单元抗剪性能的数值模拟分析
• 4.1 蒙皮单元的有限元模型
• 4.1.1 压型钢板的有限元模型
• 4.1.2 连接件的有限元模型
• 4.1.3 钢框架构件的有限元模型
• 4.1.4 蒙皮单元的有限元离散
• 4.2 蒙皮单元试件的有限元建模与分析
• 4.2.1 单元选取与网格划分
• 4.2.2 边界条件及加载条件
• 4.2.3 数值算法
• 4.2.4 数值模拟结果与分析
• 4.3 蒙皮单元受平面内荷载作用下的工作性能
• 4.3.1 计算模型
• 4.3.2 计算结果分析
• 4.4 考虑不同连接边界条件下的蒙皮单元的抗剪性能
• 4.4.1 计算参数
• 4.4.2 计算结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 蒙皮单元抗剪性能的理论分析计算
• 5.1 受力蒙皮单元的抗剪强度
• 5.1.1 边缘框架构件的连接件发生破坏
• 5.1.2 蒙皮单元内部压型钢板之间接缝处的连接件破坏
• 5.1.3 压型钢板端部连接件发生破坏
• 5.2 受力蒙皮单元的抗剪刚度
• 5.2.1 压型钢板的变形
• 5.2.2 连接件滑移引起的变形
• 5.2.3 蒙皮单元弯曲应力引起的变形
• 5.2.4 蒙皮单元的抗剪刚度
• 5.3 压型钢板跨度方向平行于蒙皮单元长度方向时抗剪强度与抗剪刚度的修正
• 5.4 分析算例
• 5.5 本章小结
• 第6章 蒙皮单元与主体结构的共同作用研究
• 6.1 受力蒙皮单元与主体结构相互作用的简化有限元分析
• 6.1.1 蒙皮单元的等效计算
• 6.1.2 算例
• 6.1.3 考虑蒙皮单元与主体结构共同工作计算模型
• 6.2 考虑蒙皮效应下的门式刚架结构整体性能分析
• 6.2.1 考虑蒙皮效应下的门式刚架结构计算分析
• 6.2.2 参数变化对结构整体刚度的影响
• 6.2.3 实际工程中蒙皮的设计参考建议
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果