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。     

冷弯薄壁型钢与结构用OSB板自攻螺钉连接性能试验研究

龙骨式复合墙体是冷弯薄壁型钢龙骨体系结构的主要抗侧力构件,其抗震性能与覆面板和龙骨骨架间自攻螺钉连接的性能密切相关。通过对受单调和低周往复受剪荷载的冷弯薄壁型钢龙骨与结构用OSB板自攻螺钉连接受力性能的试验研究,分析了加载速率、面板布置方向、螺钉端距以及龙骨壁厚等因素对其抗震性能的影响。研究结果表明:试验加载速率和OSB板布置方向对其受剪性能均无明显影响;随着螺钉端距在试验钉距范围内增大,荷载及变形能力均有大幅提高;随着龙骨壁厚由0.8 mm增大至1.0 mm,峰值荷载提高了约10%,而变形能力则无明显变化规律。最后,在试验结果基础上,采用改进的"Foschi"指数型骨架曲线和定点指向型滞回规则建立了钢龙骨与结构用OSB板自攻螺钉连接的恢复力模型,为龙骨式复合墙体及房屋整体的抗震性能数值模拟研究提供了基本参数。     

直立锁边金属屋面系统关键连接节点抗拉承载力试验

针对直立锁边金属屋面系统的固定支座与檩条连接节点的抗拉承载力计算问题,以檩条翼缘板厚、檩条材质、自攻螺钉直径、自攻螺钉数量以及固定支座底板厚度为变量,进行了92个连接节点试件的受拉试验,研究连接节点在竖向拉荷载下的破坏现象及破坏模式。对已有固定支座与檩条连接节点的抗拉承载力计算公式进行了修正,并将抗拉承载力试验值与国内外规范的计算值进行了对比。结果表明:自攻螺钉的抗拉承载力与檩条翼缘板厚、檩条材质的抗拉强度、自攻螺钉直径、螺钉数量基本呈正比关系,固定支座底板厚度大于4 mm时,螺钉抗拉承载力与固定支座底板厚度相关性较小;节点存在自攻螺钉被拉出、固定支座底板被拉弯和自攻螺钉被拉出、固定支座底板被拉弯和自攻螺钉在螺帽处被拉断3种破坏模式;根据国内外规范公式得到的节点抗拉承载力计算值比试验值偏小,工程应用偏于安全。     

冷成型钢龙骨-覆面板材自攻螺钉连接力学性能试验研究

冷成型钢复合剪力墙是冷成型钢结构体系的主要抗侧构件,其受力性能与轻钢骨架-覆面板材自攻螺钉连接的受剪性能密切相关。对36组冷成型钢龙骨-波特板自攻螺钉连接进行抗剪试验,分析了板材类型、螺钉边距和螺钉数量等因素对其受力性能的影响。研究结果表明：自攻螺钉连接件单向受拉时均发生了板材的脆性破坏,而单向受压时连接件破坏呈延性;板材类型、螺钉数量和加载方式对连接件的峰值荷载具有显著影响,中密度波特板连接件的峰值荷载比低密度波特板连接件的峰值荷载高48%～95%,单根自攻螺钉连接件的峰值荷载比多根自攻螺钉连接件中单颗螺钉的峰值荷载高约30%;剪力垂直于螺钉边距方向且单向受拉工况下,螺钉边距对连接件峰值荷载的影响较大,螺钉边距每增加5 mm,连接件峰值荷载增加约30%;单向拉伸工况、剪力平行于螺钉边距方向时,连接件的峰值荷载和峰值位移较大;采用Foschi指数函数模型拟合连接件的骨架曲线,与试验结果吻合较好,为冷成型钢结构体系数值模拟研究提供了连接件性能基本参数。     

自攻螺钉抗剪连接性能试验方法综述

随着壁厚小于2mm的高强冷弯超薄壁型钢构件已在国内开始应用,冷弯薄壁型钢自攻螺钉连接的受力性能的研究逐渐受到关注。但不同的测试方法对自攻螺钉的连接受力性能有所影响。故文中对近年来自攻螺钉连接节点的试验研究方法进行分析和总结,指出了各种试验方法的优缺点,并针对冷弯薄壁型钢自攻螺钉连接不同试验方法提出建议。     

轴压荷载下大型复杂钢结构球型铰支座剪切性能研究

钢结构球型铰支座在不同荷载组合作用下具有复杂的受力状态,为了研究支座的力学性能以及其对整体结构受力的影响,以广州白云国际机场T2航站楼大型支座为对象,对其在轴压荷载下的剪切性能进行了数值模拟分析及足尺模型试验研究。结果表明：应力及变形的试验曲线与数值模拟结果基本一致,且处于较低应力水平;支座水平位移与水平剪力之间基本呈线性关系,其剪切性能满足GB/T 17955—2009《桥梁球支座》和设计要求。在此基础上,根据试验及模拟结果,提出了在轴压荷载下的拟合支座剪切刚度模型,以用于整体结构的精细化受力分析。     

基于ANSYS的自攻螺钉波峰连接的抗剪性能有限元分析

为了满足防水要求,目前许多轻钢结构的屋面体系采用在压型钢板波峰处与构件连接的形式。由于波峰连接形式中,压型钢板和檩条不是紧密接触,因此比波谷连接形式的受力情况更加复杂。本文利用ANSYS程序,采用实体建模,并引入接触非线性,对自攻螺钉波峰连接的抗剪性能进行有限元模拟分析,并与试验结果进行对比分析。分析结果表明:有限元模型可以精细模拟出真实试件的变形和荷载位移曲线的走势,与试验结果拟合很好,应力分布规律也符合其变形和破坏模式。因此,此有限元模型可以作为替代试验分析的理想模型。     

轻钢屋面系统中冷弯薄壁型钢檩条承载性能研究现状

开口截面冷弯薄壁型钢檩条是连接轻钢屋面和钢屋架或屋面梁的重要构件,受力及支撑情况复杂。合理考虑轻钢屋面系统提供的侧移和扭转约束是保证其安全性和经济性的关键所在。全面综述了国内外学者针对重力荷载和风吸力作用下3类典型轻钢屋面系统中冷弯薄壁型钢檩条承载性能的研究成果,重点分析了屋面系统扭转刚度量化、拉条的约束作用以及常用试验加载方法等关键问题,为冷弯薄壁型钢檩条精细化设计理论研究和相关规范编制提供参考。     

钢管桁架屋盖结构的静力性能分析

通过考虑7种不同的荷载工况组合,对某体育馆的钢管桁架屋盖结构进行静力性能分析,从而得到了结构杆件的内力分布、支座反力及整体结构的变形情况。针对拱桁架和立体桁架的连接方式分别为铰接和固接,对其受力性能进行了比较,可为结构选型、构件截面设计提供参考。     

往复荷载作用下T型钢连接的方钢管柱-工字钢梁节点受力性能研究

通过低周往复荷载试验和有限元分析,对新型T型钢连接的方钢管柱-工字钢梁节点的破坏模式、滞回曲线和耗能能力等进行研究,并探究节点各基本构件的参数变化对其初始刚度、极限承载力和能量耗散系数的影响。研究结果表明:节点在往复荷载作用下具有较好的延性和耗能能力。节点的初始刚度、极限承载力和能量耗散系数,随着T型钢腹板厚度、T型钢翼缘厚度及钢梁截面高度的增大而增大,方钢管壁厚变化对节点受力性能的影响较小。     

山东省文化艺术中心群众艺术馆承重式抗风互支空间桁架体系结构设计

山东省文化艺术中心群众艺术馆西南角的空间钢桁架体系是由水平平面桁架与竖向平面桁架组成,该空间桁架可作为大跨度屋面梁的有效支撑,其传递竖向荷载,保证了大跨度屋面的正常使用;又可作为抗风柱,该转角水平桁架受水平风荷载时,两方向的水平桁架可以互相作为支撑将水平荷载传递给主体结构抗侧力构件,同时又保证了竖向桁架的稳定性。通过对群众艺术馆整体结构进行受力计算,分析了该空间桁架体系的受力性能。分析表明,相互支承的水平及竖向平面桁架具有良好的空间受力性能,同时具有良好的稳定性;该空间桁架在各荷载作用下,构件均处于弹性阶段,满足设计要求。     

吊车梁支座端板连接螺栓受力分析及改进方法

工业厂房结构体系中,吊车梁构件通常按简支梁设计,在支座处可以自由转动。已有研究提供了吊车梁支座加劲板连接螺栓的构造要求及受力计算方法,然而据此设计的若干项目,使用中出现支座加劲板连接螺栓时有断裂掉落的情况。通过推导给出简支梁支座转角及连接螺栓拉伸应变,得出螺栓实际受力远远超出螺栓承载力,实际工程设计中需引起重视。最后提出改进的连接构造及施工要求,以期改善此类连接的受力性能。     

自攻螺钉波峰连接的抗剪性能试验研究

为了满足防水要求,目前我国在蒙皮连接上广泛采用自攻螺钉在压型钢板的波峰处与构件相连的形式.通过对30个波峰连接的自攻螺钉连接件的试验研究,探索波峰连接的抗剪性能,同时比较支承构件(以下简称支承板)板厚不同对连接试件抗剪性能的影响.结果表明,支承板过薄时,对螺钉根部锚固力不足,会导致螺钉在受力过程中倾斜,使试件的抗剪承载力大大增加而刚度降低;支承板越薄,其性能对安装缺陷越敏感;当支承板达到一定厚度,其厚度的变化对试件抗剪承载力影响不大;压型钢板波高越高,试件的抗剪承载力越低;波峰连接的抗剪承载力和抗剪刚度远远低于相同条件下波谷连接的相应性能,连接的抗剪承载力的降低,将较大影响蒙皮体的整体抗剪性能,但与裸骨架相比,此种连接形式仍具有相当的受力蒙皮作用可资利用.     

南方某大酒店扩建工程节点设计分析

通过对某大酒店扩建工程的实例分析,分析了新增构件节点的连接和节点处型钢的破坏形式、受力性能,详细的论述了节点的连接形式及节点对新增构件的支撑作用,并对新增构件的荷载和节点上型钢的强度进行计算。     

单向滑移支座节点受力性能研究

针对某索膜整体张拉结构环桁架支座,比较了采用固定支座与采用铰支座的两种计算模型的受力性能,分析表明采用铰支座的模型受力性能较好。确定支座形式后,提出了一种径向可滑、环向限位铰支座,对该支座节点的受力性能进行了考虑摩擦接触的有限元计算分析。计算表明:节点在设计荷载下整体处于弹性工作阶段,满足强度要求且具有一定的强度储备;2.2倍设计荷载下节点开始进入屈服阶段,在2.84倍设计荷载下由于塑性过大而发生破坏。关于摩擦系数对支座节点受力性能影响的研究表明:摩擦系数的增大显著降低了节点的受力性能。构件加工过程中应采取打磨、加聚四氟乙烯板等措施保证球面板与下盖板接触面的光滑,保证支座的转动性能,以充分发挥其承载能力。     

木结构中新型自攻螺钉连接性能的研究综述

新型自攻螺钉连接是木结构中一种具有良好受力性能的操作简洁的新连接方法。介绍了新型自攻螺钉连接的优势以及国内外新型自攻螺钉在木结构连接性能方面的研究现状,提出了木结构中新型自攻螺钉连接在未来发展有待解决的问题。     

风吸作用下网架结构考虑屋面构件参与工作的可行性研究

为研究考虑屋面构件参与网架结构共同工作抵抗风吸作用的可行性,对各类构件的连接进行讨论,建立考虑檩条、屋面板等屋面构件的精细化有限元分析整体模型。结合某实际工程,通过分析比较檩条与屋面板对于网架结构变形及杆件受力的影响,得出在风吸作用下,考虑屋面构件在整体结构中参与工作是可行的。     

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。     

自攻螺钉参数设置对胶合木梁柱节点受力性能的影响

采用自攻螺钉对胶合木梁柱节点进行横纹加强可有效传递木材的横纹拉应力和顺纹剪应力,从而延缓木材开裂、提高节点性能。为了研究自攻螺钉的布置间距、直径和个数等参数对加强节点受力性能的影响,对4组采用不同布置间距、直径和个数的自攻螺钉加强胶合木螺栓连接梁柱节点进行单调和低周往复加载试验,得到各组节点的刚度、延性、承载力、破坏模式和抗震性能。结果表明：自攻螺钉个数增加、直径增大,节点的承载力、破坏转角、延性系数以及节点总耗能增大;自攻螺钉布置间距的变化对节点在单调荷载作用下的承载力和延性系数无明显影响;而节点在往复荷载作用下时,随着自攻螺钉布置间距的减小,节点承载力和总耗能降低。     

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.