轻钢结构受力蒙皮作用的有限元模拟分析

作     者：李莉莹 

作者单位：河海大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱召泉

授予年度：2005年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：受力蒙皮作用 蒙皮结构 作用效应组合 应力 内力 变形 

摘      要：以压型钢板及轻型钢框架组成的轻钢结构体系,作为当前国内外应用和发展速度很快的结构型式,广泛应用于各类工业、公共和居住建筑。由于压型钢板蒙皮效应的力学模型难以建立,使得从理论上进行系统分析成为其研究的难点。虽然国内外对受力蒙皮结构进行了大量的研究和试验,但以往的研究工作主要针对蒙皮体,特别是针对蒙皮板与板的接缝连接或蒙皮板与支承构件的连接,对受力蒙皮结构房屋进行整体的研究和试验还不多见。本文分析了压型钢板受力蒙皮作用的机理,回顾了近年来国内外对受力蒙皮作用进行的理论和实验研究及其研究成果,在传统轻钢房屋结构模型的基础上,利用大型有限元软件对受力蒙皮结构模型进行整体数值模拟分析研究。 本文首先按现行规范设计了一个不考虑受力蒙皮作用的传统钢结构房屋模型,然后通过取消屋盖和柱间支撑,增设屋盖、山墙和纵墙蒙皮板,扩大檩距,改变框架连接方式,采用不同压型钢板的规格和厚度等方法,建立了九种不同的受力蒙皮结构模型。通过对结构模型的简化处理,并选取五种主要的作用效应组合工况,从而建立了所要研究的计算模型。本文对九种受力蒙皮结构模型的蒙皮板应力分布和应力最大值、框架杆件内力分布和内力最大值,结构变形、柱顶侧移和屋顶位移进行了分析,并对比不考虑受力蒙皮作用的传统轻钢结构模型的分析结果,得出了以下主要结论:考虑受力蒙皮作用后,改变了框架构件的轴力、剪力和弯矩的分布规律,且相对减小了杆件的内力;减小了结构在荷载作用下的变形,明显提高了房屋的整体刚度;总结出受力蒙皮结构中蒙皮板应力分布的一些规律:框架平面内为“机构的受力蒙皮结构模型的模拟分析结果类似于其它受力蒙皮结构模型,但考虑到整个施工过程的安全性,还宜将梁柱连接做成刚性连接,至少是半刚性的。本文在上述结论的基础上,指出了一些在受力蒙皮结构设计和施工中应注意的问题,并提出一些有用的建议,可为考虑蒙皮效应影响的轻型钢结构设计提供参考。