静态与动态风荷载下连续焊接不锈钢屋面系统风致响应分析

基于ANSYS软件平台建立了连续焊接不锈钢金属屋面体系的三维数值有限元计算模型,引入焊接不锈钢金属屋面抗风揭试验数据验证了所建模型的合理性,在动态和静态风载输入下结合该验证的数值计算模型调查了该屋面系统屋面板、支座构件的力学行为与变形机制。研究结果显示,动态风载输入下不锈钢金属屋面系统屋面板、支座的等效应力明显高于静态风荷载作用,在设计风压5.4 kPa风荷载作用下屋面板、支座的最大等效应力分别增长19.3%、54.1%,最大等效应力出现在支座列屋面板拐角处;结合输入风荷载和响应功率谱密度对比发现,动态风荷载对结构响应的放大效应主要集中在屋面系统基频处,说明在该频率区间内屋面系统产生了一定的共振效应,进而导致结构风振响应上升,在实际工程设计中应关注动态风荷载对结构响应的放大效应。     

连续焊接不锈钢屋面系统抗风揭性能研究

连续焊接不锈钢屋面系统具有良好的抗风性能,可以用作屋面金属围护系统。以连续焊接不锈钢屋面系统为研究对象,进行连续焊接不锈钢屋面系统抗风揭试验,基于ANSYS/Workbench有限元软件平台建立连续焊接不锈钢屋面模型,分析焊接不锈钢屋面系统的力学性能。结果表明:连续焊接不锈钢屋面系统在风荷载作用下屋面板拐角处和板中部的圆弧处应力较大。其中,屋面板拐角处在加载至4 500 N/m~2时达到屈服极限,焊缝在整个加载过程中并未屈服,板肋应力分布从上至下先增大后减小,屋面板最大变形14. 32 mm出现在板跨中圆弧附近,并朝两侧逐渐减小。     

有无抗风夹直立锁边屋面系统温度效应试验研究

金属屋面系统在长期的日照作用下会产生复杂的温度应力和温度变形。本文以工程中典型的不锈钢直立锁边屋面系统为研究对象,开展实验室温度场模拟加载试验,分析有无抗风夹的不锈钢屋面系统的温度应力和温度变形特性。主要研究温度作用下有无抗风夹的直立锁边不锈钢屋面系统中板肋、支座和板面处的力学性能以及屋面板的水平和竖向变形。试验结果表明,温度作用下屋面系统的应力集中现象显著。带抗风夹下,板面应力最大,板肋应力次之;无抗风夹下,板肋应力最大,支座处应力均最小。屋面板存在着明显的热膨胀位移,屋面板水平位移要大于竖向位移。带抗风夹的直立锁边屋面系统相比无抗风夹在板肋和板面处应力有所增加,增加幅度约21.4%、48.9%,而水平和竖向位移则分别减少了31.8%、49.3%。加设抗风夹会增加屋面系统的温度应力,工程设计和应用中需考虑抗风夹对金属屋面系统的温度效应的影响。     

直立锁边金属屋面系统风吸破坏机理研究

国内将直立锁边金属屋面系统引进后,对其传力原理和受力性能方面的研究尚未成熟,不利于此类屋面体系的推广应用。直立锁边金属屋面系统涉及的问题具有综合性、复杂性,需要大量科研工作予以解决。基于以上问题,针对性地对直立锁边金属屋面卷边咬合处展开相关研究。首先介绍了金属屋面的构造,通过对铝镁锰直立锁边金属屋面系统构造的初步分析得到了屋面板抗风原理:最顶层的屋面板首先向上变形,将上升力通过锁边咬合构造传给支座,支座再将荷载由自攻螺钉传至檩条,最后再分配给主体结构。传力顺序为风吸荷载→屋面板→固定支座→自攻螺钉→檩条→主体结构。利用非线性有限元软件MIDAS FEA模拟该屋面系统受风荷载作用下的破坏全过程,对直立锁边金属屋面系统的抗风性能进行研究。结合国内对金属屋面系统抗风揭破坏性能所做的研究,分别在屋面板平板及竖向板肋上施加满布均匀荷载2 kN/m~2和5 kN/m~2,分析不同荷载下屋面板的受力及变形情况,得到了不同位置节点处的Mises应力云图。分析发现:在2 kN/m~2均布荷载作用下,支座与金属卷边相连接的部位由于相互的挤压和滑移,局部应力较大,达到220 MPa,但此时板面中部位置还停留在比较低的应力水平;在5 kN/m~2的均布荷载作用下,屋面板跨中大部分以及支座附近的区域应力已经达到屈服强度;在2 kN/m~2的均布荷载作用下,屋面板跨中位置的最大竖向挠度值约为48. 18 mm,挠度数值较大,且支座处开口使得两侧板面挠度值大于中间板,需考虑其对整体屋面系统使用状态的影响;当施加在屋面板上的均布风荷载值为5. 0 kN/m~2时,板跨中挠度为220 mm,这是因为屋面板已经脱离支座,导致挠度迅速变大,此时过大的挠度对屋面板的正常使用产生了不可恢复的影响。通过对屋面板受荷载作用下的变形情况加以分析,可知相邻屋面板在风揭作用下,卷边直肋分别往两边运动,屋面板直立锁边部分与铝合金支座不断摩擦、挤压,随着变形的不断发展,最终脱离支座。因此,直立锁边金属屋面系统在风吸力作用下,屋面板卷边与支座处的咬合连接是最先发生破坏的部位,对此部位应特别注意,必要时应采取相应加强措施。通过对结构的模态分析,得到其前5阶振型和周期。对屋面板进行风压动力时程分析,得到与各测点对应的锁缝连接处相对位移响应。为提高直立锁边金属屋面系统抗风揭能力,防止局部掀翻,针对不同的工程状况,提出了相应的加强对策。加强处理后,直立锁边金属屋面系统的使用安全性提高,可为工程设计提供参考。     

直立锁边铝合金屋面系统温度效应试验研究

金属屋面系统常用于各种重要的地标建筑中,经常受到周期性的太阳辐射、温度变化和其他环境影响。通过试验研究温度场作用下直立锁边铝合金屋面系统的变形和应力分布规律,分析屋面板、支座和板肋在静力温度作用下的应力和变形特性,并通过循环温度加载测试评估屋面板的力学性能、变形和磨损特性。结果表明:随着温度的升高,板肋、支座、板底和板面的应力逐渐增加,应力集中现象明显,温度每增加1℃,屋面板温度应力最大增加约1.2 MPa。板肋应力最大,板面次之,板底应力最小,且各部分应力均在弹性阶段。屋面板热膨胀位移显著,屋面板纵向水平位移要明显大于板底竖向位移,最大纵向水平位移约20.4 mm。循环加载下,屋面板的磨损特性受循环次数的影响较大,最大磨损厚度约18.20μm。     

某机场航站楼双曲面连续焊接不锈钢金属屋面施工技术

以设计新颖、造型复杂的某机场航站楼金属屋面工程为背景,对该双曲面连续焊接不锈钢金属屋面系统的施工技术展开研究。系统介绍了该屋面构造系统施工工艺,针对该屋面系统曲面造型控制、檩条高空运输、固定座施工控制、超长板加工运输以及屋面板焊接等施工重点与难点进行分析并提出技术对策,可为类似工程施工提供参考。     

连续焊接不锈钢金属屋面系统温度循环作用下工作性能试验研究与理论分析

以青岛胶东国际机场T1航站楼的连续焊接不锈钢金属屋面系统为研究对象,对其子结构模型试件进行了9次高、低温循环试验,并对屋面板、固定支座进行了应力实测,对屋面板的表面位移增量进行了实测.同时基于ABAQUS/Standard模块对该模型试件进行顺序耦合热应力分析,重点研究了屋面板和固定支座在极端加载温度作用下的变形与受力性能.结果 表明:屋面板和固定支座未产生明显变形现象,固定支座与下部构造之间及各层钢板之间均未出现自攻螺钉的松脱现象;随着温度循环次数的递增,不同循环下相同加载温度点的实测值数据波动较小,表现为较为稳定的趋势,模型试件耐候性能良好.通过数值模拟结果与试验结果的对比,验证了模型结构模拟分析的正确性和适应性.     

青岛新机场航站楼连续焊接不锈钢屋面施工技术

青岛新机场航站楼工程为结构复杂、体量大、世界最大单体连续焊接不锈钢屋面。屋面板焊接施工属于新工艺,施工难度高,施工技术复杂。其超长屋面板的加工、运输及吊装困难,屋面三维空间定位放线繁杂,屋面板安装及焊接质量要求高。针对工程的重难点采取一系列措施,介绍了455J2超纯铁素体不锈钢连续焊接屋面的施工工艺,包括安全设施搭设、测量放线、檩条安装、压型钢底板安装,无纺布、吸音棉、隔汽膜、岩棉铺装等。     

铝合金屋面系统抗风揭性能试验研究及数值分析

以大同市体育中心金属屋面工程实例为背景,通过试验手段,对拟定的铝合金屋面系统的抗风揭性能进行测试,并将试验结果与设计值进行比较,结果表明试验结果偏于安全,表明该金属屋面系统可以安全地应用于该项工程;采用有限单元法,对该金属屋面系统的抗风揭性能进行数值模拟和分析,绘制荷载-应变、荷载-挠度全过程曲线,并与试验数据进行对比,吻合较好;在此基础上,以屋面板厚度、檩条间距等因素为主要参数对构件抗风揭性能进行比较分析。结果表明:铝合金屋面系统的抗风揭性能随着屋面板厚度的增大而显著提高,随着檩条间距的增大而小幅下降。     

跨中设拉条简支Z形檩条绕强迫轴的弯曲和扭转

将连接在檩条腹板上的拉条看成是檩条的侧向弹性支座,根据板壳理论推导檩条腹板变形,得到考虑腹板变形的拉条刚度,经过数值分析修正,提出具有很好精度的拉条刚度计算公式。Z形截面檩条在风吸力作用下,拉条内的反力很小,因此将拉条简化为侧向刚性支承还是弹性支承,对应力的影响非常有限,拉条截面的畸变变形也很小。对于Z形截面的应力计算,EC3规程采用的计算方法、双向弯扭的计算方法以及绕平行轴单向弯曲的计算方法,应力结果都有良好的精度。     

新型铝合金板屋面系统施工

深圳游泳跳水馆屋架结构为空间桁架和预应力钢拉杆组成的索拉钢架结构 ,由 1榀脊椎形主桁架横向布置和 8榀次桁架纵向布置 ,通过 4根桅杆上的预应力拉杆连成整体造型 ,从东西两侧向中间起拱 ,拉索和桅杆穿越屋面板。屋面面积约 130 0 0m2 。屋面系统采用霍高文KAL ZIP屋面板 ,为原色锤纹铝合金板 ,成品板宽 4 0 0mm、厚 0 9mm、肋高 6 0mm ;底板为KAL BAU打孔铝合金板 ,厚 0 8mm ,外涂PVDF涂层。屋面系统还包括檩条、檩托、T形固定座、钢丝网、吸声保温层等。屋面构造如图 1所示。图 1　屋面系统构造1　屋面板特点本工程采用的压型…     

考虑退化效应的滑移铅芯橡胶支座力学性能精细建模与模型验证

隔震支座是隔震结构地震响应控制的关键构件,滑移铅芯橡胶隔震支座具有协调上部结构温致变形、地震作用下可耗能复位等优势,但往复荷载作用下其力学性能退化显著。文章建立考虑支座性能退化的滑移铅芯橡胶支座精细数值模型,开展不同竖向压力、加载频率、加载位移幅值时滑移铅芯橡胶支座压剪力学性能分析,并基于支座试验结果验证模型的准确性,进一步探明支座性能退化对隔震桥梁地震响应的影响。结果表明：竖向压力增大会改变滑移铅芯橡胶支座的滞回力-位移关系,从而提升其耗能性能;加载频率对摩擦力的影响随加载频率增大而显著减小;加载位移幅值越大,支座单周耗能能力、等效刚度随滞回周期的增加减小越显著;相比已有数值模型,考虑支座性能退化的精细数值模型分析结果与试验结果吻合更好,模型误差显著减小。隔震周期越大,支座性能退化对隔震桥梁地震响应的影响越显著,应在隔震结构设计与性能分析中予以关注。     

杭绍台铁路站房金属屋面抗风揭试验研究

以杭绍台铁路站房金属屋面为研究对象,通过抗风揭试验,明确其失效模式和抗风揭承载力,并探讨不同参数对直立锁边金属屋面抗风揭性能的影响。研究结果表明：直立锁边金属屋面在风吸力作用下主要的破坏模式是锁边处屋面板与支座的脱扣破坏;改变支座高度、檩条间距、布置抗风夹均能提高直立锁边金属屋面的抗风揭性能,其中布置抗风夹效果最为显著;高强抗风夹能转变金属屋面系统的失效模式,较常规抗风夹而言,能大幅提高屋面板抗风承载力;动态循环加载对直立锁边金属屋面的极限承载力存在着明显的影响,在实际工程中进行动态循环抗风揭试验是十分有必要的。     

尼龙织物增强橡胶支座力学性能试验研究

为了探讨影响尼龙织物增强板式橡胶支座力学性能的主要因素，设计加工了三种橡胶总厚度相同、尼龙织物加强层层数不同的板式橡胶支座，对其进行了竖向压缩试验与水平剪切试验。试验结果表明：该类支座力学性能稳定，在10MPa压应力下未出现肉眼可见的损伤。各支座随设计压应力从5MPa增加至10MPa,竖向压缩刚度上升近80%,随尼龙织物加强层层数增加小幅降低；竖向等效阻尼比随设计压应力增大而减小约17%,受尼龙织物加强层层数影响不大。5MPa压应力作用下，支座剪切滞回曲线平滑且饱满，最大剪应变达到300%时支座工作性能仍保持良好。随着剪应变增加，支座先后出现卷曲、翻滚等变形形态，支座水平剪切刚度也因此表现出先减小后增大的趋势。因为尼龙织物受剪变形，尼龙织物层数越多支座的水平剪切刚度减小。各支座的水平等效阻尼比均在9%～13%之间，织物层数对其略有影响。     

基于一种新型铅芯橡胶隔震支座的力学参数试验研究

通过对不同结构构造的铅芯橡胶支座进行水平动态力学试验,系统研究了铅芯橡胶支座动态力学性能与其结构构造及外加动载之间的关系。在支座直径、橡胶和薄钢板厚度不变的情况下,分析了不同倾角或曲率的铅芯橡胶隔震支座在竖向荷载和剪切荷载作用下的力学性能;研究了竖向刚度、水平等效刚度、屈服后刚度、屈服力、等效阻尼比等的变化规律。研究结果表明,竖向刚度随倾角或曲率的增加呈减小趋势,水平等效刚度、屈服后刚度、屈服力、等效阻尼比随倾角或曲率的增加呈增大趋势;同时通过数值分析精确的验证了新型铅芯橡胶支座具有良好的减隔震效果。     

杭州大剧院新型屋面系统承载性能的试验研究

杭州大剧院屋面系统采用Kalzip铝合金板作为防水屋面板,装饰层通过连接件固定于屋面板的板肋上。外部荷载主要由屋面板承担,进而传递到檩条上。通过试验研究了屋面系统在各种主要荷载作用下的承载能力,试验的结果可为工程设计提供依据。     

国家大剧院屋面系统承载性能试验研究

国家大剧院的屋面系统包括结构层、防水层和装饰层。防水屋面板采用铝镁锰合金板 ,装饰层通过连接件固定于屋面板的板肋上。外部荷载主要由屋面板承担 ,进而传递到檩条上。通过试验研究了屋面系统在各种主要荷载作用下的承载能力 ,为工程设计提供了依据。     

谈谈现浇钢筋砼屋面裂缝的防治措施

房屋渗漏是建筑工程质量的通病之一,屋面防水工程的最低保修期为5年。因此对于屋面渗漏这一现象,广大设计人员,施工人员应该引起足够重视。对于当前常见的防水性能较好的现浇钢筋混凝土屋面,只要设计,施工,砼原材料满足一定的技术要求和规范规定,做到质量保证,那么屋面渗漏这种现象是能够减轻甚至可以避免的。根据平时观察和实践经验,引起屋面渗漏这种现象主要有三个方面的原因:结构层即屋面板本身有裂缝、屋面防水层作法不当、砼原材料质量。当然在这三方面原因中,其中既有设计方面引起的也有施工方面引起的。现就现浇钢筋混凝土屋面裂缝这一现象作以下原因分析及防治措施:(1)有的现浇屋面板从设计理念上来说是属于双向连续板,但是设计方面,有些设计人员为了简便省事,将板简化为双向简支板进行配筋计算,在支座板面处仅按构造要求配置板支座负筋,造成配筋不足。在支座处不能抵抗由荷载实际引起的支座负弯矩,在板支座边出现塑性铰而引起裂缝。这就要求广大设计者在设计屋面板配筋时,按照实际情况,计算简图应正确,所配置的支座负筋应足够能抵抗支座负弯矩,避免在板边产生塑性铰,避免裂缝出现。(2)未按规定留设伸缩缝。为了减少建筑物由温差引起的应力,现行规定对于伸缩缝最...     

某体育馆屋面系统抗风承载力试验研究

大型场馆屋面系统大多采用金属屋面板,此类屋面板在风荷载作用下容易发生破坏。通过堆砂静力试验方法模拟风荷载对屋面产生的静压力,对采用65/400(3004型)铝镁锰合金屋面板的某体育馆屋面系统模型的抗风承载力进行了试验研究,分别实测无防风夹、满布防风夹和周边布设防风夹三类屋面系统的变形及极限承载力,根据试验结果对屋面系统在模拟风荷载作用下的破坏机理进行分析。结果表明:屋面板与T形支座直立锁边咬合连接破坏是屋面系统破坏的主要原因,加设防风夹后屋面系统承载力有很大提高;在不考虑屋面板大变形的情况下,无防风夹试验屋面的极限荷载达1.4k N/m2,周边布设防风夹的试验屋面的极限荷载可以达到3.0k N/m2,满布防风夹的试验屋面的极限荷载可以达到5.0k N/m2;据推算,单个防风夹可以提供1.27k N承载力。     

村镇建筑叠层轮胎隔震支座竖向力学性能试验研究

提出一种利用废旧轮胎的新型村镇建筑简易隔震结构,该结构利用叠层轮胎片制成隔震支座,配合两层齿型圈梁作为房屋隔震层进行隔震。对平面尺寸为180mm×180mm的叠层轮胎隔震支座进行了不同叠层层数下竖向极限承载力试验,发现支座竖向极限压应力离散性较大,取下包络线得到,叠层轮胎隔震支座竖向压应力为9MPa。对叠层轮胎隔震支座进行了不同叠层层数、不同设计压应力下竖向压缩刚度试验,分析得到,随叠层层数自4层增至8层,竖向压缩刚度最高下降53.58%;随设计压应力从3MPa增至6MPa,竖向压缩刚度最高上升80.19%。对叠层轮胎隔震支座进行了不同叠层层数、不同设计压应力下竖向变形性能试验,发现各支座第1次循环竖向刚度较其他循环小,其余循环下支座竖向刚度稳定,变化量小于1%。分析得到该结构竖向力学性能稳定,隔震效果良好,适合我国广大村镇建筑。