金属屋面系统抗风吸力的静力性能和疲劳性能研究

发布时间：2017-04-01 21:12

  本文关键词：金属屋面系统抗风吸力的静力性能和疲劳性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文以国内部分既有铁路站房及雨棚金属屋面系统为研究对象,重点研究了金属屋面系统在风吸力作用下的静力性能和疲劳性能。通过建立合理的直立锁边金属屋面系统和传统搭接式金属屋面系统的有限元简化模型,模拟两种形式的金属屋面在风吸力作用下的力学行为,分别对其静力性能和疲劳性能进行有限元仿真分析,并与国内外相关试验对比分析得到比较可靠的结论。通过本项目的研究,为既有铁路站房及雨棚金属屋面系统的安全控制与养护维修提供一定的科学依据。为了研究金属屋面系统在风吸力作用下的静力性能和疲劳性能,本文主要开展了以下几个方面的工作：(1)详细考察了国内部分既有铁路站房及雨棚金属屋面系统的屋面结构概况及其使用现状,对现有金属屋面系统的结构概况及其病害类型进行归类总结分析,为进一步深入探讨金属屋面系统的力学性能奠定基础；(2)研究金属屋面系统(包括屋面板、T型支座、檩条、主梁)的内力传递方式,利用ANSYS有限元软件建立了直立锁边金属屋面系统和传统搭接式金属屋面系统的简化模型,分别对两种形式的金属屋面在风吸力作用下的静力性能和破坏模式进行分析,并与相关试验结果进行对比分析；参考欧洲规范对本文金属屋面模型进行设计规范验证,将有限元计算结果与规范计算结果进行对比分析。(3)通过建立基于断裂力学的随机疲劳损伤模型,结合疲劳裂纹扩展理论分析研究了金属屋面的风致疲劳问题；基于疲劳累积损伤理论利用ANSYS有限元软件在静力分析的基础上分析了两种金属屋面系统在风荷载作用下的疲劳性能。(4)针对金属屋面系统的破坏类型,分别从提高金属屋面自身抗风强度和降低金属屋面承受的风压强度两方面提出了增强金属屋面系统抗风性能的具体措施；并从加强金属屋面板与固定支座连接强度的角度出发,设计了一种提高金属屋面系统抗风性能的“简易加强夹”装置,并通过有限元数值模拟对其进行分析验证。本课题的创新之处主要体现在：(1)通过有限元数值模拟分析方法,对金属屋面系统在风吸力作用下的静力性能及其破坏模式进行研究,并同设计规范验证结果对比；(2)在有限元静力分析的基础上,’对金属屋面系统在风荷载作用下的疲劳性能进行模拟分析；(3)提出了一种提高金属屋面系统抗风性能的“简易加强夹”装置。
【关键词】：金属屋面 有限元模型 直立锁边 搭接式 静力性能 疲劳性能
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU231;TU31
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-24
• 1.1 研究背景和意义12-13
• 1.2 国内外研究现状及其分析13-17
• 1.2.1 金属屋面系统的组成及受力特征13-14
• 1.2.2 风荷载引起的耐久性问题14-15
• 1.2.3 腐蚀引起的耐久性问题15-16
• 1.2.4 温度引起的耐久性问题16-17
• 1.3 金属屋面系统在工程应用中存在的问题17-22
• 1.4 本课题的主要研究内容22-24
• 1.4.1 研究目的22
• 1.4.2 研究内容22-24
• 2 铁路站房金属屋面系统使用现状调研24-36
• 2.1 北京南站24-25
• 2.1.1 屋面结构概况24-25
• 2.1.2 屋面病害25
• 2.2 哈尔滨西站25-27
• 2.2.1 屋面结构概况25-26
• 2.2.2 屋面病害26-27
• 2.3 哈尔滨站27-28
• 2.3.1 屋面结构概况27
• 2.3.2 屋面病害27-28
• 2.4 沈阳北站28-29
• 2.4.1 屋面结构概况28-29
• 2.4.2 屋面病害29
• 2.5 北京站29-30
• 2.5.1 屋面结构概况29-30
• 2.5.2 屋面病害30
• 2.6 天津南站30
• 2.7 上海南站30-32
• 2.8 大连北站32-33
• 2.9 其他车站33-34
• 2.10 调研结论34-35
• 2.10.1 金属屋面系统使用现状34
• 2.10.2 金属屋面系统病害分类34-35
• 2.11 本章小结35-36
• 3 金属屋面系统的力学模型及静力性能分析36-64
• 3.1 金属屋面系统的力学模型36-43
• 3.1.1 金属屋面系统的连接方式36-39
• 3.1.2 金属屋面系统的破坏机理39-42
• 3.1.3 金属屋面系统的计算模型42-43
• 3.2 直立锁边金属屋面系统的静力性能分析43-54
• 3.2.1 接触问题基本理论44-45
• 3.2.2 有限元模型的建立45-50
• 3.2.3 有限元分析的过程50-53
• 3.2.4 试验结果对比53-54
• 3.3 传统搭接式金属屋面系统的静力性能分析54-57
• 3.3.1 有限元模型的建立54-55
• 3.3.2 有限元分析的过程55-56
• 3.3.3 分析结果对比56-57
• 3.4 设计规范验证57-61
• 3.4.1 直立锁边金属屋面的设计规范57-60
• 3.4.2 数值模拟结果和现行规范对比60-61
• 3.5 本章小结61-64
• 4 金属屋面系统的疲劳性能分析64-86
• 4.1 金属屋面系统的疲劳分析基本理论64-73
• 4.1.1 疲劳破坏及其影响因素64-66
• 4.1.2 断裂力学疲劳损伤模型66-69
• 4.1.3 疲劳试验方法69-70
• 4.1.4 提高疲劳寿命的措施70-73
• 4.2 直立锁边金属屋面系统的疲劳性能分析73-79
• 4.2.1 ANSYS疲劳分析的步骤73
• 4.2.2 创建材料疲劳曲线73-75
• 4.2.3 疲劳分析过程75-78
• 4.2.4 分析结果对比78-79
• 4.3 传统搭接式金属屋面系统的疲劳性能分析79-83
• 4.3.1 疲劳分析过程79-81
• 4.3.2 疲劳寿命理论计算81-82
• 4.3.3 数值解与理论解对比82-83
• 4.4 本章小结83-86
• 5 增强金属屋面系统抗风性能的新方法86-92
• 5.1 增强金属屋面系统抗风性能的措施86-87
• 5.2 一种提高金属屋面系统抗风性能的装置87-90
• 5.2.1 装置设计及其工作原理87-88
• 5.2.2 有限元分析验证88-90
• 5.3 本章小结90-92
• 6 结论与展望92-96
• 6.1 本文主要结论92-94
• 6.2 不足和展望94-96
• 参考文献96-100
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果100-104
• 学位论文数据集104

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