型钢拱架日光温室结构稳定性能及参数分析

作     者：向彬涛 郭华 王军林 孙建恒 高洪波 XIANG Bintao;GUO Hua;WANG Junlin;SUN Jianheng;GAO Hongbo

作者机构：河北农业大学城乡建设学院保定071001 天津大学建筑工程学院天津300072 河北农业大学园艺学院保定071001 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2024年第40卷第13期

页      面：196-204页

核心收录：

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 081406[工学-桥梁与隧道工程] 0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 081402[工学-结构工程] 0706[理学-大气科学] 0813[工学-建筑学] 0703[理学-化学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：教育部春晖计划项目(HZKY20220241) 河北省自然科学基金项目(E2018204019,E2020204031) 河北省重点研发计划项目(19211502D) 省属高校基本科研业务费研究项目(KY2021004) 

主　　题：温室 结构 荷载 型钢拱架 失稳机理 跨度 拉杆 撑杆 

摘      要：型钢拱架日光温室结构的主要受力构件长细比大,暴雪等极端灾害天气下易引发结构失稳灾变。针对此问题,该研究利用弹塑性力学理论和非线性有限单元法,建立型钢拱架日光温室结构精细化有限元模型,开展雪荷载下日光温室稳定性能分析;通过对型钢截面类型(平椭圆形截面、箱形截面和几字形截面)、温室跨度(8、10和12 m)、雪荷载分布形态(分布厚度非均匀和分布区域不对称)等参数下日光温室失稳全过程分析,分别确定日光温室稳定承载力,揭示雪荷载分布对日光温室稳定承载力的量化影响;结合日光温室的荷载系数-位移全过程曲线和不同加载时刻点的变形图、应力图、轴力图与弯矩图,从直观现象和内在本质两个层面深入探明日光温室的静力失稳机理。分析结果表明:在保证不发生平面外整体失稳的前提下,当型钢截面面积和翼缘宽度相同时,相较于箱形截面型钢、几字形截面型钢,采用平椭圆形截面型钢拱架的日光温室稳定承载力分别提高了19.2%和44.2%;跨度对日光温室稳定承载力的影响较大,与8 m跨度相比,10、12 m跨度的日光温室的荷载系数分别下降了27.1%和57.9%;相较于均匀分布雪荷载,在非均匀分布雪荷载下日光温室的稳定承载力最大下降63.8%;相较于不设置拉杆和撑杆的情况,单独设置拉杆的日光温室稳定承载力最大可提高9.0%,单独设置撑杆的日光温室稳定承载力最大可提高66.8%。该研究得出的结果和给出的建议可为型钢拱架日光温室结构抗雪设计、稳定性研究和防灾分析提供技术指导和理论参考。