全玻幕墙竖向玻璃肋受弯稳定性研究

发布时间：2017-08-24 12:05

  本文关键词：全玻幕墙竖向玻璃肋受弯稳定性研究

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【摘要】：近年来全玻幕墙在大型公共建筑中得到广泛使用,全玻幕墙中的主要受力构件玻璃肋在面内受弯条件下存在面外稳定性问题,针对玻璃肋弯扭失稳的研究尚不充分,玻璃幕墙规范中未给出具体验算公式。本文对全玻幕墙中通过结构胶和玻璃面板连接的竖向单片玻璃肋稳定承载力进行了研究,提出建议的稳定性计算公式。本文进行了单片浮法玻璃玻璃肋在面内横向荷载作用下的稳定承载力试验,试验分为忽略玻璃面板约束作用(共11个试件)和引入面板约束(共10个试件)两种情况,得到了不同厚度(6mm和10mm)玻璃肋侧向弯扭发展过程中的荷载-位移、荷载-应力曲线,记录分析了试件破坏位置和破坏模式,给出了玻璃肋失稳形态,得到了弯扭失稳对位移、应力的影响,分析了结构胶在玻璃肋和玻璃面板间的剪力传递作用和侧向约束作用。在试验研究的基础上,建立考虑大变形效应的有限元分析模型。通过ANSYS特征值分析确定了不同边界条件下玻璃肋的屈曲模态,考察了截面厚度、跨高比对屈曲临界荷载的影响。进一步利用ANSYS非线性分析功能计算了位移、应力随荷载的变化关系曲线,并研究了几何初始缺陷对弯扭失稳发展的影响。基于弹性稳定理论,分别利用微分方程法和能量法推导了不同边界条件、不同荷载形式下玻璃肋的屈曲临界弯矩。在公式结果指导下讨论了不同几何尺寸参数和结构胶等效刚度对临界弯矩的影响,并对比了不同边界条件、不同荷载形式下临界弯矩的差异。建立结构胶等效侧向约束刚度估算公式,利用试验中结构胶尺寸计算理论公式中的弹簧刚度,进而对试验、有限元分析、理论推导三种方法的结果进行对比,验证了不同方法的一致性。最后,选用适当的理论公式,在实际工程的尺寸条件下对公式的进行了简化,结合简化前公式、有限元分析、澳大利亚标准验证了简化公式的精度,提出建议的适用于计算非夹胶玻璃肋稳定性的实用简化公式,并基于实际工程给出算例。
【关键词】：全玻幕墙 玻璃肋 有限元 弯扭失稳 临界弯矩
【学位授予单位】：中国建筑科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU382
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景和意义9-11
• 1.1.1 全玻幕墙工程应用9-10
• 1.1.2 玻璃肋受弯稳定性研究意义10-11
• 1.2 玻璃肋稳定性研究现状11-14
• 1.2.1 弹性屈曲理论11-12
• 1.2.2 非线性屈曲理论及数值计算方法12-13
• 1.2.3 试验研究13
• 1.2.4 规范设计方法13-14
• 1.2.5 现有研究存在的不足14
• 1.3 本文研究内容及方法14-16
• 1.3.1 研究内容14-15
• 1.3.2 研究方法15-16
• 第2章 全玻幕墙材料力学性能试验16-28
• 2.1 玻璃强度测试试验设计16-18
• 2.1.1 试验方法及装置16-17
• 2.1.2 试件尺寸及数量17-18
• 2.2 玻璃强度试验结果18-24
• 2.2.1 荷载-位移曲线及破坏形态18-21
• 2.2.2 玻璃强度统计数据21-24
• 2.2.3 玻璃强度影响因素分析24
• 2.3 玻璃弹性模量推算24-26
• 2.4 结构胶拉伸试验26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 玻璃肋受弯承载力试验研究28-63
• 3.1 试验设计28-35
• 3.1.1 试件尺寸和数量28-30
• 3.1.2 支座条件和加载装置30-32
• 3.1.3 试验测量系统32-35
• 3.2 无侧向约束玻璃肋试验35-47
• 3.2.1 初始缺陷及分配梁有效性35-36
• 3.2.2 试验现象36-39
• 3.2.3 位移测量结果39-42
• 3.2.4 应力测量结果42-47
• 3.3 连续侧向约束玻璃肋试验47-61
• 3.3.1 初始缺陷及分配梁有效性47-49
• 3.3.2 试验现象49-53
• 3.3.3 位移测量结果53-56
• 3.3.4 应力测量结果56-61
• 3.4 本章小结61-63
• 第4章 玻璃肋受弯有限元模拟分析63-79
• 4.1 分析模型及参数63-64
• 4.1.1 单元选取和材料属性63
• 4.1.2 模型及网格尺寸63-64
• 4.1.3 约束条件64
• 4.1.4 求解方法64
• 4.2 屈曲临界荷载有限元分析64-70
• 4.2.1 跨高比对无侧向约束玻璃肋的影响64-66
• 4.2.2 截面厚度对无侧向约束玻璃肋的影响66-67
• 4.2.3 跨高比对连续侧向约束玻璃肋的影响67-69
• 4.2.4 截面厚度对连续侧向约束玻璃肋的影响69-70
• 4.3 考虑几何非线性的有限元分析70-77
• 4.3.1 无侧向约束玻璃肋荷载-位移曲线70-74
• 4.3.2 连续侧向约束玻璃肋荷载-位移曲线74-77
• 4.4 本章小结77-79
• 第5章 玻璃肋弯扭失稳理论分析79-97
• 5.1 力学模型及基本假定79-81
• 5.1.1 玻璃肋力学模型79-80
• 5.1.2 基本假定80-81
• 5.2 无侧向约束玻璃肋弯扭失稳81-87
• 5.2.1 纯弯荷载下的微分方程法81-84
• 5.2.2 面内长边均匀线荷载下的能量法84-87
• 5.3 连续侧向约束玻璃肋弯扭失稳87-96
• 5.3.1 基于梁理论的计算87-93
• 5.3.2 基于板理论的计算93-96
• 5.4 本章小结96-97
• 第6章 全玻幕墙玻璃肋稳定设计方法97-116
• 6.1 结构胶侧向约束等效刚度97-100
• 6.1.1 玻璃肋和面板的胶结形式97-98
• 6.1.2 后置式等效刚度98-99
• 6.1.3 平齐式等效刚度99-100
• 6.2 试验、有限元及理论分析对比100-108
• 6.2.1 有限元计算模型及公式选取100-101
• 6.2.2 无侧向约束玻璃肋101-105
• 6.2.3 连续侧向约束玻璃肋105-108
• 6.3 建议公式108-113
• 6.3.1 连续侧向约束公式简化108-111
• 6.3.2 简化公式有效性验证及修正111-113
• 6.4 实际工程案例试算113-114
• 6.5 本章小结114-116
• 第7章 结论与展望116-118
• 7.1 主要完成的工作116-117
• 7.2 有待深入的工作117-118
• 参考文献118-121
• 在学期间发表的主要论文121
• 在学期间参加的主要科研课题121-122
• 致谢122

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