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单层双跨工业厂房蒙皮效应研究

高永强

  压型钢板在门式刚架结构中,利用本身的抗剪能力参与结构整体受力并有着剪力传递作用,从而提高并加强了结构整体的空间性能,这就是蒙皮效应。蒙皮效应的产生能明显加强整体结构刚度,对侧向位移的抵抗有着良好的作用,并能减小梁柱的截面尺寸。所以在实际工程中考虑蒙皮效应,会大大提高结构的性能并取得一定的经济效益。 本文通过ANSYS有限元分析软件,对单层双跨门式刚架结构中的蒙皮效应进行研究。以对比分析的方式对整体结构进行了静力分析、模态分析和地震反应谱分析,以及对考虑蒙皮效应的结构的梁、柱截面尺寸进行优化设计,进而体现出蒙皮效应带来的经济效益。 1.在有蒙皮和无蒙皮条件下,对单层双跨门式刚架结构在静荷载作用下的位移、应力以及内力进行比较和分析。发现考虑蒙皮时模型边榀刚架的位移、应力都大于不考虑蒙皮时的位移、应力。此外,与无蒙皮板模型相比,有蒙皮板模型的中间榀刚架的最大应力以及位移反而较小,这体现了蒙皮板对结构整体受力的影响,即蒙皮效应的影响。由内力分析可知,带蒙皮板模型中蒙皮板的参与作用使得离边端稍远位置处的荷载效应向边端位置传递,从而显示出带蒙皮模型檩条的边端的弯矩大于无蒙皮模型檩条的边端的弯矩的结果。 2.利用ANSYS对结构进行了模态分析和地震反应谱分析。模态分析中取了30阶模态,并对考虑蒙皮板和不考虑蒙皮板这两种结构模型的结果进行了对比分析。结果表明,蒙皮板参与了结构的整体受力,并对结构整体产生了影响。主要表现在:蒙皮效应能够使得结构的自振周期变小,这就说明了蒙皮效应对结构刚度的加强效果。振型图显示,蒙皮板也参与结构的振动,这与结构的实际振动相吻合。地震反应谱分析时采用了180步,即取了地震波的180个峰值离散点。文中分别列出了两种模型的每隔30步的位移图、内力图,通过对比分析,也验证了蒙皮效应的存在。地震反应谱分析中,可以看到蒙皮效应使得带蒙皮结构的整体性更强,内部应力分布更均匀化。蒙皮板的存在,一方面蒙皮板对结构的整体承载起到了积极作用,一方面因蒙皮参与受力,其自身的完整受到威胁,这引导我们在设计的时候应该重视蒙皮板。 3.利用ANSYS的优化设计功能,对模型进行了优化设计。以梁、柱截面尺寸为设计变量以结构总体造价为目标函数,并考虑到柱端侧向位移、刚架柱轴压比、蒙皮板挠度等约束条件,最终确定了优化结果。然后,计算出优化前后材料的总价,发现优化后的工程材料总价降低了14.78%。总之,通过该设计使得本文中考虑蒙皮板的结构的材料使用更加合理,从而减少了钢材的使用量,进而取得了一定的经济效应。……   
[关键词]:蒙皮效应;门式刚架结构;压型钢板;优化设计
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:太原理工大学2011年
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