立缝支架屋面体系对Z型檩条扭转约束的试验研究和有限元分析

改变屋面板厚度、檩条厚度、檩条腹板高度、立缝支架形式,对28组压型钢板屋面檩条体系进行足尺试验,研究体系总扭转刚度和影响总扭转刚度的因素。采用ANSYS有限元分析软件建模,分析屋面板、立缝支架和檩条三者的扭转刚度,分析结果与试验结果吻合较好。提出屋面板、立缝支架和檩条的扭转刚度的计算式。将试验结果和有限元分析结果进行对比,得到体系总扭转刚度由屋面板、支架和檩条三者的扭转刚度串联而成。试验和有限元分析结果均表明,影响总扭转刚度最主要的因素是檩条厚度。     

暗扣屋面体系对檩条的扭转约束及影响

檩条在风吸力作用下会发生弯扭失稳,而当檩条上翼缘受到扭转约束时,对于风吸力作用下的整体稳定会有一定程度的提升。通过试验分析得到KLIP-LOK 406暗扣屋面板体系对冷弯Z形檩条的扭转约束刚度,然后利用得到的扭转约束刚度,采用能量法,为此种约束时风吸力作用下冷弯Z形檩条的临界弯矩提供理论解,并将理论解与ANSYS有限元模型的计算结果进行对比,两者吻合很好。     

压型钢板屋面对檩条的扭转约束

压型钢板屋面对檩条施加扭转约束,从而提高檩条的稳定性。针对杭萧钢构股份有限公司的HXY-478屋面压型钢板与檩条采用夹板连接的屋面体系,对檩条施加的扭转约束进行研究。通过ANSYS分析,对上下翼缘受压的扭转约束提出了计算公式。     

风吸力下蒙皮支撑Z形檩条临界荷载的简化计算方法

檩条在实际应用中总是受到屋面板对它的侧向支撑和扭转约束作用,即蒙皮支撑作用。工程设计时考虑风吸力下蒙皮对檩条的支撑作用能够有效降低经济成本,但是目前我国有关规范给出的设计算法过于复杂,极大地降低了工程设计效率。引入经典的有限元模型,采用参数分析方法,讨论了檩条腹板高厚比、檩条翼缘宽厚比、檩条侧向长细比、蒙皮对檩条的扭转约束刚度4种参数对风吸力下Z形檩条弯扭屈曲临界荷载的影响。在参数分析的基础上,提出了一个考虑蒙皮支撑作用的风吸力作用下Z形檩条临界荷载简化计算公式。对比简化公式算法与我国门式刚架规程算法,发现两种方法计算结果非常接近,且与有限元分析结果相近,验证了公式的准确性。简化算法过程和形式简单,能高效准确地获得蒙皮支撑的Z形檩条在风吸力作用下的临界承载力,可提高工程设计效率。     

宽幅暗扣式与直立缝咬合式新型屋面系统

众所周知,在钢结构屋面系统中,根据屋面板的板型、屋面板与檩条的连接方式以及屋面板横向搭接与密封方式的不同被分为锁螺钉系统、暗扣系统和直立缝咬合系统等三大屋面系统。本文介绍两种典型的屋面系统即宽幅暗扣CC-750屋面系统和直立缝360°咬合式屋面系统。宽幅暗扣C C-750屋面系统简介该系统的特点在于整个屋面系统完全依靠压型屋面板与固定支座的简单扣合来完成与屋面结构的连接。具体地说就是先将固定支座利用平头自攻钉固定在屋面檩条上,再将压型屋面板利用人力与固定支座扣合,其扣合原理是利用特殊设计的板型和材料的高张力性能来…     

拉条和屋面板联合作用下檩条的屈曲性能研究

钢结构屋盖系统中檩条的跨度通常较大,在弯矩和轴力作用下容易发生屈曲。其稳定性通过两个方面来保证,一方面与之相连的屋面板为其提供均布的弹性约束,另一方面在檩条的腹板位置设置拉条来维持屋面系统的稳定性,相当于在檩条跨中侧面附加了一个弹簧,提供其侧向稳定。建立屋盖系统中檩条的隔离模型,分析檩条在屋面板和拉条联合作用下屈曲荷载的提高程度,验证了拉条能够对檩条稳定性起实际作用,但存在一个门槛刚度,当拉条的约束程度增加使檩条刚度达到此刚度后,再增加拉条约束对檩条的临界荷载的提高没有任何作用。此结论可为檩条和拉条稳定性设计提供理论依据。     

考虑蒙皮效应的冷弯薄壁型钢檩条稳定性分析

轻型门式刚架结构中围护结构具有提高整体结构刚度,参与结构整体受力的作用,即蒙皮效应。目前我国相关规范中对蒙皮参与结构受力的贡献很少考虑,而考虑蒙皮效应的设计将使得结构的受力更加符合实际情况,从而更加经济合理。利用有限元软件ANSYS,通过改变约束条件以考虑屋面板压型钢板的蒙皮效应对冷弯薄壁型钢檩条的稳定性作用;利用控制变量法,研究了蒙皮板厚度对檩条稳定承载力的影响。结果表明:考虑蒙皮的侧向檩条约束能有效增加檩条的稳定性;蒙皮厚度对檩条的屈曲荷载影响可以忽略。但布置拉条后,可使檩条的弯扭屈曲承载力有明显提高。     

压型镀锌直立锁缝屋面板安装质量问题分析及对策

压型镀锌锁缝板现广泛用于轻钢结构屋面板,具有施工快速、自重轻、外型轻盈美观、防水效果好等特点。板与板之间采用配套连接件连接,即连接件与檩条固定,板与板通过连接件连接(扣接),最后以锁缝机卷边锁缝进行固定。整个屋面外露螺钉极少,较好的解决了彩钢板屋面通常存在的外露螺钉不美观、防水难处理、容易松动脱落等弊端。     

檩条设计中若干问题的探讨

檩条一般采用简支梁,假定屋面板能阻止其侧向失稳和扭转,则只计算其强度.仅就连续檩条以及隅撑对檩条的附加力导致檩条上翼缘受拉、下翼缘受压,失去屋面板对受压区的侧向支撑时等情况进行分析,希望对工程设计有所裨益.     

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。     

压型钢板的连接方式

论述了压型钢板和檩条及结构构件的各种连接方式 ,并探讨开发出应用于不同建筑功能的特殊连接方式     

既有简支薄壁C形钢檩条连续化加固研究

为提高既有简支薄壁C形钢檩条的承载能力,对相邻简支C形钢檩条在支座附近采用内嵌薄壁L形钢连接成为连续檩条。对仅腹板有螺钉连接和腹板及上、下翼缘均有螺钉连接的2组加固C形钢檩条进行静力加载试验,分析了加固后檩条的破坏模态、刚度、延性、承载能力及应变发展,并与简支C形钢檩条的受力性能进行了对比。试验结果表明：加固试件的两跨檩条以整体弯曲变形为主,C形钢檩条跨中和加载处上翼缘与受压区腹板发生局部屈曲而破坏,薄壁L形钢翼缘达到屈服。简支檩条连续化加固后的承载能力、刚度均有显著提高,延性提高较小。腹板及上下翼缘均有螺钉连接加固檩条的刚度和屈服荷载提高幅度明显高于仅腹板螺钉连接加固,但两者极限荷载和延性差别较小。采用三线性钢材本构模型和壳单元,建立了同时考虑几何非线性和材料非线性的三维有限元模型进行数值模拟,计算结果与试验结果的对比验证了有限元模型的准确性。分析了不同薄壁L形钢长度对加固檩条受力性能的影响,结果表明,薄壁L形钢长度的增加对承载能力、刚度的提高幅度由大变小,刚度的提高幅度大于承载能力的提高幅度,薄壁L形钢长度宜取檩条单跨跨度的10%~15%。     

粘结连接的Z型钢搭接节点试验研究

冷弯斜卷边Z型钢是房屋建筑屋面结构中常用的檩条形式,为节约钢材常设计成连续檩条.通常采用嵌套搭接螺栓连接方式来实现檩条连接节点的连续性,但工程实践表明这一传统连接方式的连续效果欠佳.为改善连续檩条连接节点的连续效果,本文提出一种嵌套搭接粘结连接方式,并进行了3组9个试件的试验研究.研究结果表明,嵌套搭接粘结连接方式可有效传递弯矩,节点的刚度和强度较传统螺栓连接方式大大改善,承载力提高30％以上,可以达到预期的连续檩条设计要求.     

跨越多檩条受力蒙皮抗剪性能的现场试验研究

被广泛使用的压型钢板具有受力蒙皮效应,但由于在我国没有专门的规范可循,所以只被用作结构的刚度储备,造成了经济上的浪费。为了研究其刚度贡献,分别在有蒙皮和无蒙皮两种情况下对框架抗侧移刚度进行了现场试验。基于叠加原理,利用曲线拟合方法对试验数据进行了量化,间接得到跨越多檩条的受力蒙皮的抗剪刚度。结果表明,两榀刚架间蒙皮对框架整体刚度的贡献甚至接近于一榀刚架。     

蒙皮支撑两连跨连续檩条模拟风吸力作用的试验研究

为了更深入了解金属蒙皮支撑连续檩条在整体蒙皮结构中所起的作用,为今后我国对连续檩条以及蒙皮结构的设计、计算提供依据,通过足尺模型试验和有限元模型的分析,研究了蒙皮支撑冷弯薄壁连续型钢檩条模拟风吸力作用的承载力。利用有限元程序ANSYS建立了带有非线性弹簧单元模拟自攻螺钉这一符合实际连接状况的有限元模型,与足尺试验模型的失稳模式、荷载-位移曲线、连接强度以及连接刚度的规律等相对比,验证了有限元模型的合理性、有效性及适用性。     

连续檩条在金属建筑系统中应用的可行性

从分析模型和稳定两方面阐述了连续檩条在金属建筑系统中应用的可行性。对搭接模型和均匀连续梁模型的计算结果进行对比,证明采用均匀连续梁的分析模型可较为准确地描述连续搭接檩条的内力状况;而对于仅在檩条上翼缘附近设置拉条,竖向力作用下如何保证支座区受压下翼缘的稳定性在很大程度上影响着连续檩条在工程中的推广应用,因此对其进行了理论分析。分析结果表明连续檩条的稳定验算由风吸力作用下跨中下翼缘反弯点之间的受压区控制。同时提出了连续檩条连接节点的设计要点和构造要求。最后,给出一个连续檩条的工程实例,供设计人员参考。     

轻钢结构中Z型连续檩条设计问题的探讨

针对我国现行钢结构规范中的不足 ,探讨Z型连续搭接檩条的结构性能 :荷载分布、搭接嵌套松动、内力计算、侧向稳定以及构件极限承载力等问题。此外 ,还讨论了带隅撑檩条的计算特点和双檩条的构造优点 ,提出了适合实际工程的算法 ,使冷弯薄壁型钢檩条设计更为经济合理。方法和结论可供设计人员参考     

张弦桁架铸钢支承节点受力性能研究

为考察长江航道科研试验新基地6#模型实验大厅张弦桁架铸钢支承节点的受力性能,对该铸钢节点进行了足尺试验研究和有限元分析。采用专门设计的加载反力架,试验测得了铸钢节点应力分布状况。采用ABAQUS软件进行线性有限元分析,得到了节点模型在1.3倍设计荷载下的应力和变形。考虑材料塑性发展,进行非线性有限元分析,得到节点极限荷载和失效破坏形式。试验与有限元分析结果表明：1.3倍设计荷载下,该节点处于线弹性受力状态;超过极限荷载之后,节点应力极值位置会发生变化,节点失效将从拉索锚固端局部塑性发展开始。     

Design of thin-walled purlins for distortional buckling

Roof purlins and sheeting rails are generally loaded through the cladding members that they support and this provides both rotational and translational restraint. This restraint reduces the tendency to lateral torsional buckling and thus increases the importance of distortional buckling in the design procedure. This paper shows that the fundamental behaviour of restrained purlins under both downward and uplift load can be best understood with the aid of ‘Generalized Beam Theory’ (GBT). GBT also provides a yardstick by which approximate design methods can be assessed. The existing approximate methods are evaluated and an improvement is proposed. The proposed design approach is then validated by comparison with test results.