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拼装式铝合金活动房承载力试验及应用研究

李强

  铝合金活动房是一种以铝合金框架为主体结构,铝蒙皮聚氨酯泡沫填充夹芯板为面板的新型结构体系。为节省材料,活动房结构一股为框架刚度较小,面板与框架共同承担荷载,即考虑面板的蒙皮效应的结构。由于影响活动房承载力的因素较多,很难对活动房做出定量分析。当前研究表明,蒙皮效应及节点转动刚度对整体结构的承载力性能及变形影响较大,因此本文针对考虑蒙皮效应的活动房,进行了承载力及内力分布的研究,得出了一定的结论。 本文以拼装式铝合金活动房为研究对象,分别应用试验研究、有限元分析及简化计算方法,对活动房在不同荷载情况下的受力性能进行了研究。主要研究内容包括以下几个方面: 1.活动房试验 首先对活动房屋的梁柱节点及柱脚节点进行了抗弯承载力试验,得出了节点的弯矩-转角关系,进一步得出了节点的初始转动刚度。其次,对拼装式活动房实物进行了未安装面板的活动房骨架在风荷载和雪荷载下、安装面板后的活动房整体在风荷载和雪荷载下以及安装面板后的活动房整体在风荷载和雪荷载共同作用下的静力试验。试验研究表明,面板在结构中承担了较大的荷载,其存在降低了框架的弯矩和位移,结构最不利承载位置为屋架下弦节点,位移为结构设计的控制指标。并经过研究得出了结构的极限承载力。 2.拼装式活动房的非线性有限元分析 考虑面板为夹芯板,推导了夹芯板与屋架之间无滑移情况下铝合金活动房的整体几何非线性空间梁柱单元刚度矩阵。采用非线性有限元分析的方法,模拟了结构的内力分布及变形,并进一步分析了屋架截面面积、板的厚度、柱的长细比、山墙支撑截面面积对结构承载力性能的影响,研究得出对屋架水平位移影响最大的因素为板厚度,对应力影响最大的因素为屋架截面面积。 3.活动房整体的理论分析及蒙皮效应计算 根据荷载作用下面板与框架的位移协调,推导了活动房的内力计算公式。利用简化计算方法对活动房整体在水平荷载、竖向荷载及水平荷载和竖向荷载共同作用下的承载力进行了计算分析,详细的计算了面板与框架各自承担荷载的大小 4.半刚性节点对内力的影响 在梁柱理论的基础上,通过修正单元的转角—位移方程,推导了半刚性连接平面钢框架结构的弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵。研究了节点刚度对活动房内力及位移的影响,根据小变形叠加原理,推导了竖向荷载与柱顶节点刚度的关系。……   
[关键词]:铝合金活动房;蒙皮效应;极限承载力;内力分布;半刚性节点
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:西安建筑科技大学2011年
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