【摘要】：溫室是重要的農(nóng)業(yè)設(shè)施之一,其內(nèi)部環(huán)境與結(jié)構(gòu)安全性對農(nóng)業(yè)發(fā)展和社會效益有著很大影響。近年來,極端氣象事件頻發(fā),由強風(fēng)或大雪導(dǎo)致的溫室損毀事故時有發(fā)生,對農(nóng)民收入和社會秩序均造成了很大的影響,溫室結(jié)構(gòu)的安全性也越來越受到大家的重視。溫室覆蓋材料通常分柔性塑料覆蓋材料、硬質(zhì)塑料覆蓋材料和玻璃3類,當(dāng)其采用硬質(zhì)塑料覆蓋材料和玻璃時,可與溫室框架協(xié)同作用承擔(dān)外部荷載,從而提高結(jié)構(gòu)的整體剛度和受力性能,稱之為蒙皮效應(yīng)。然而現(xiàn)階段,由于技術(shù)規(guī)范的不成熟,我國在對溫室結(jié)構(gòu)的設(shè)計中,僅考慮主體結(jié)構(gòu)的受力,忽略實際存在的蒙皮效應(yīng),不僅不符合結(jié)構(gòu)的實際受力狀況,甚至可能會使結(jié)構(gòu)在某些情況下出現(xiàn)未曾預(yù)料到的破壞,造成安全事故。基于此,本文對溫室結(jié)構(gòu)中的蒙皮效應(yīng)進行研究。本文通過大量閱讀國內(nèi)外有關(guān)蒙皮效應(yīng)的研究成果,分析總結(jié)了蒙皮效應(yīng)的作用機理,蒙皮效應(yīng)產(chǎn)生的基本條件,蒙皮效應(yīng)分析的常用方法,溫室蒙皮結(jié)構(gòu)的主要組成部件及連接件形式。在考慮溫室結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)的前提下,采用有限元分析軟件ANSYS,選取文洛型和華北型兩種溫室結(jié)構(gòu)類型,建立了溫室整體框架、溫室框架覆蓋PC板、溫室框架覆蓋玻璃3種計算模型,模擬了溫室在風(fēng)雪荷載作用下的受力狀態(tài),對比分析了結(jié)構(gòu)的位移與內(nèi)力情況。并對上述模型進行了模態(tài)分析,得到了不同結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型,結(jié)果表明:1、結(jié)構(gòu)位移方面,溫室在考慮蒙皮效應(yīng)后各個構(gòu)件上的位移較不考慮蒙皮效應(yīng)時出現(xiàn)了大幅下降,說明覆蓋材料通過參與結(jié)構(gòu)受力,能有效的減小側(cè)向位移,提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)向剛度。并且,蒙皮效應(yīng)對山墻面抗側(cè)移能力的增強較中間榀剛架更為明顯,玻璃在作為覆蓋材料時對結(jié)構(gòu)位移的減小比PC板要大。2、結(jié)構(gòu)內(nèi)力方面,溫室在考慮蒙皮效應(yīng)后大部分構(gòu)件上的最大彎矩值有所下降,蒙皮效應(yīng)對結(jié)構(gòu)彎矩最明顯的影響是大幅降低了溫室檁條與屋面梁上的彎矩,極大增強了溫室上部構(gòu)件的抗彎能力;對結(jié)構(gòu)剪力最明顯的影響是山墻面各構(gòu)件剪力較中間榀剛架出現(xiàn)更為明顯的下降,覆蓋材料極大增強了山墻面的抗剪能力;軸力變化較為復(fù)雜,山墻面迎風(fēng)柱、水平拉桿、檁條處的軸力出現(xiàn)上升,其他構(gòu)件上的軸力出現(xiàn)不同程度下降;從總體來講考慮溫室覆蓋材料帶來的蒙皮效應(yīng)降低了結(jié)構(gòu)內(nèi)力,并使結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布變得均勻。3、模態(tài)分析方面,溫室覆蓋蒙皮材料時前1—2階自振頻率大于純框架結(jié)構(gòu),但后幾階自振頻率小于框架結(jié)構(gòu),自振頻率變得密集,溫室動力特性變得更加復(fù)雜。純框架結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出水平振動、豎向振動、扭轉(zhuǎn)等多種振動形態(tài),而考慮蒙皮效應(yīng)的模型均表現(xiàn)出覆蓋材料及其連接件部位的水平振動,說明蒙皮效應(yīng)使得剛架變形減小,但覆蓋材料自身的完整性易遭到破壞又成為威脅溫室結(jié)構(gòu)安全的隱患。4、總體來講蒙皮效應(yīng)使溫室結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)和動力特性發(fā)生很大改變,在設(shè)計時考慮蒙皮效應(yīng)一方面可以使結(jié)構(gòu)更加趨于真實的受力狀態(tài),保證其安全性能,一方面可以減少部分構(gòu)件的截面尺寸獲得良好的經(jīng)濟效益。但需注意的是,溫室覆蓋材料由于不屬于高強度材料,塑性變形能力也十分有限,其自身容易受到破壞的特點在設(shè)計時需要尤為注意。
【圖文】：

第 2 章 蒙皮結(jié)構(gòu)的組成和工作原理第 2 章 蒙皮結(jié)構(gòu)的組成和工作原理紹了與蒙皮效應(yīng)有關(guān)的一些基本理論，主要包括蒙皮體結(jié)構(gòu)件和連接件三部分），蒙皮效應(yīng)的產(chǎn)生條件和作用原理，蒙皮。的組成構(gòu)是由覆蓋材料、框架結(jié)構(gòu)（立柱、屋面梁、檁條等）和連接分組成的。單個蒙皮單元結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。

目前市場上普遍開發(fā)使用的 PC 板有多層中空板、普通平板和浪板三個類型。平板的厚度通常在 0.7～1.2mm；溫室在采用浪板（波紋形板）覆蓋時的室內(nèi)光照會更加均勻，并且透光率會稍有升高；雙層和三層的聚碳酸酯中空板通常厚 3～16mm，保溫性能較單層板有很大提高，多層中空板的傳熱系數(shù)可降至 1.6～2.2W/（m2·℃），節(jié)能性能比玻璃溫室提高 30%～60%。聚碳酸酯的缺點在于其價格較高，通常用在一些展覽溫室和高檔花卉溫室中。2.1.2 框架構(gòu)件框架結(jié)構(gòu)主要包括框架柱、框架梁、檁條、水平拉桿等部分，是體系中主要的承重結(jié)構(gòu)，通常由各種型號的冷彎薄壁型鋼、熱軋型鋼組成。普通工字鋼或槽鋼是熱軋型鋼在作為溫室框架構(gòu)件時的常見選擇。薄壁型鋼是由薄鋼板冷彎或模壓制作而成，它的尺寸及截面形式均可根據(jù)使用需求來合理確定，薄壁型鋼的優(yōu)點在于其充分利用了鋼材的強度，并減小了端面尺寸，降低了鋼材用量，，因而是溫室框架構(gòu)件的常見選擇。薄壁型鋼根據(jù)截面形式不同通常分矩形鋼管、角鋼、焊接薄壁鋼管、方鋼管、槽鋼、外卷邊槽鋼、卷邊角鋼、內(nèi)卷邊槽鋼、Z 型鋼等形式，其厚度通常在 1.5 至 5mm 之間，其開口端面厚度通常不小于 1.5mm。常見截面形式如下圖：
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S625.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2576249