【摘要】：C形和Z形檁條是目前檁條—屋面板系統(tǒng)中最常用的兩種類型。受到風(fēng)荷載時,因其上翼緣與屋面板通過自攻螺釘或者滑動支座相連,會受到來自屋面板的側(cè)向約束和轉(zhuǎn)動約束,而下翼緣為自由翼緣且處于受壓狀態(tài)。根據(jù)約束情況的不同,檁條可能發(fā)生整體屈曲、畸變屈曲或者局部屈曲。除了局部屈曲和無拉條情況下的整體屈曲研究比較成熟以外,畸變屈曲和有拉條的整體彎扭屈曲仍有許多問題值得探討。本課題主要著眼于研究檁條的穩(wěn)定性,尤其是風(fēng)吸力作用下的檁條的畸變屈曲和整體彎扭屈曲。本文首先根據(jù)經(jīng)典的薄壁結(jié)構(gòu)理論,推導(dǎo)了開口薄壁構(gòu)件彎扭失穩(wěn)的非線性總勢能。在現(xiàn)有求解檁條畸變屈曲較為流行的Hancock模型的基礎(chǔ)上,提出了考慮部分腹板的翼緣—卷邊改進(jìn)模型。推導(dǎo)了屈曲時腹板為受壓翼緣和卷邊區(qū)域提供的轉(zhuǎn)動約束和側(cè)向位移約束,并提出了轉(zhuǎn)動約束和側(cè)向位移約束之間的相互作用關(guān)系。對于C形檁條,使用本文新提出的模型,求解了其強(qiáng)軸(x軸)受彎、弱軸(y軸)受彎、受雙力矩時的畸變屈曲和整體彎扭屈曲。在非線性總勢能中考慮兩個相互作用彈簧的彈性勢能,通過Ritz法進(jìn)行求解,得到屈曲系數(shù)。推導(dǎo)了雙力矩沿長度方向分布不均勻的情況,對理論計算模型進(jìn)行了修正。使用有限元軟件ANSYS進(jìn)行對比驗(yàn)證。選擇了 20個實(shí)際工程中常用的C形檁條進(jìn)行求解,結(jié)果與有限元吻合的很好,且計算精度比Hancock方法更好。研究了翼緣寬度、卷邊寬度對C形檁條屈曲的影響。增大翼緣寬度、卷邊寬度都有助于提高畸變屈曲系數(shù)。提出了 C形檁條強(qiáng)軸(x軸)受彎、弱軸(y軸)受彎、受雙力矩時的畸變屈曲系數(shù)的擬合公式,擬合值與有限元計算結(jié)果吻合的很好。將本文方法計算得到的彈性屈曲彎矩代入直接強(qiáng)度法,可以得到名義畸變屈曲彎矩。對比有限條方法(CUFSM)計算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果,均吻合得非常好。對于Z形檁條,在本文新提出的求解畸變屈曲與彎扭屈曲的統(tǒng)一模型的基礎(chǔ)上,研究了 Z形檁條x軸受彎與y軸受彎時的畸變屈曲與整體彎扭屈曲。與有限元方法的結(jié)果進(jìn)行了對比,說明了用本文方法求解的合理性。改變翼緣寬度、卷邊寬度都會對Z形檁條的畸變屈曲、整體彎扭產(chǎn)生明顯的影響。增大翼緣寬度、卷邊高度都有助于提高屈曲系數(shù)。研究了卷邊角度對Z形檁條受彎時屈曲系數(shù)的影響。當(dāng)卷邊角度從90°變化成45°時,畸變屈曲系數(shù)會下降約30%。對于整體彎扭屈曲系數(shù),則略有上升,但增幅不明顯。給出了考慮斜卷邊角度變化的Z形檁條x軸、y軸受彎時的畸變屈曲擬合公式。與有限元計算結(jié)果及已有試驗(yàn)結(jié)果對比,均吻合的非常好。通過九組屋面板—檁條足尺試驗(yàn),研究了不同拉條數(shù)目、拉條類型、檁條類型、屋面板連接件類型對于屋面板—檁條系統(tǒng)在風(fēng)吸力情況下穩(wěn)定性的影響。對用于本次試驗(yàn)的C形檁條,增加拉條的數(shù)目可以有效提高其屈曲荷載。對于Z形檁條,增加拉條數(shù)目并未提升其屈曲荷載值,使用柔性拉條的試件比使用剛性拉條試件屈曲荷載更高。設(shè)置拉條可以有效地減少檁條自由翼緣的水平位移。對于豎向位移,增加拉條數(shù)目可以適當(dāng)減小位移值,但效果并不明顯。Z形檁條因其本身截面特性,且考慮到滑動支座屋面可以對檁條提供有效的轉(zhuǎn)動約束,在風(fēng)吸力作用下Z形檁條屈曲前截面轉(zhuǎn)角較小。對于C形檁條,當(dāng)荷載增加時,其截面繞上翼緣與屋面接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)角可達(dá)15°以上,增加拉條數(shù)目或者將自攻螺釘連接的屋面板改為滑動支座連接屋面均可以有效地減少其截面轉(zhuǎn)角�；诒敬卧囼�(yàn)的結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)使用相同屋面板連接件和拉條數(shù)目時,C形檁條比Z形檁條屈曲荷載更高。自攻螺釘連接的屋面體系整體性強(qiáng)略強(qiáng)于滑動支座連接的屋面板體系。建立簡化的有限元試件模型,與試驗(yàn)結(jié)果對比,兩者屈曲模態(tài)符合的比較好。將彈性屈曲臨界彎矩代入直接強(qiáng)度法,得到名義屈曲彎矩,與試驗(yàn)值對比,也吻合的較好。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU392.1
【圖文】：

圖１．１常見壓型鋼板類型逡逑

．邐ｃ．扣合壓型鋼板逡逑圖１．１常見壓型鋼板類型逡逑面連接件逡逑屋面板需要通過連接件與建筑水平受力構(gòu)件進(jìn)行連接。根據(jù)連接的主要分成兩大類。一類是自攻螺釘連接（Ｔｈｒｏｕｇｈ－ｆａｓｔｅｎｅｄ），另一件連接（Ｃｏｎｃｅａｌｅｄ邋ｆａｓｔｅｎｅｒ）。逡逑螺釘連接的屋面板是通過自攻螺釘穿過墊片以及相互搭接的屋面互連接，并由墊片對屋面板進(jìn)行密封。在屋面整體完成安裝之后，看見用于連接的自攻螺釘。一些對密封要求較高的屋面則需要對連藝處理，以保證在自然冷熱循環(huán)情況下，自攻螺釘處的密封性。逡逑

螺釘相互連接。上部的滑片被扣在相互疊放的屋面板之間，通過咬合機(jī)完成屋面板逡逑和滑片的相互咬合連接。部分滑片與支架基座之間可以發(fā)生有限的相互滑動，從而逡逑調(diào)節(jié)釋放因整個屋面體系因?yàn)榄h(huán)境溫度變化在縱向變形而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。圖１．３逡逑是一種常見的立縫支架示意圖。逡逑圖１．３立縫支架示意圖逡逑暗扣支架上部與立縫支架不同，是通過一個類似彈簧扣的構(gòu)造措施與壓型鋼板逡逑完成咬合連接，下部同樣通過自攻螺釘與檁條進(jìn)行連接。根據(jù)壓型鋼板的截面尺寸逡逑不同，需要設(shè)計不同的形狀的暗扣。圖１．４是一種國內(nèi)常用的暗扣連接方式示意圖。逡逑隱藏構(gòu)件連接的屋面板目前越來越多的被采用，其最主要的一個原因是屋面整體形逡逑成了一個密封的體系，可以保證室內(nèi)環(huán)境不被雨水干擾，且能夠更好地釋放因溫度逡逑變化而產(chǎn)生的應(yīng)力。逡逑壓型鋼板邐ｙｖ逡逑暗扣支逡逑＞邐檁條邐邋＞逡逑圖１．４暗扣支架連接逡逑４逡逑

本文編號：2758847