轻钢屋面螺钉节点抗风性能研究

发布时间：2017-09-29 02:19

  本文关键词：轻钢屋面螺钉节点抗风性能研究

  更多相关文章： 轻钢屋面 螺钉节点 静力抗风性能 恒幅疲劳试验 风致疲劳 损伤评估

【摘要】：轻钢屋面螺钉节点作为轻钢房屋围护结构的重要组成部分,由于其连接的板材轻质柔薄、连接相对薄弱等特点,对风荷载十分敏感。大量风灾调研表明,轻钢屋面螺钉节点易发生风致静力及疲劳破坏,进而导致屋面系统的失效,造成重大经济损失。然而目前国内对屋面螺钉节点抗风性能的研究十分有限,相关试验和数值模拟工作开展较少,因此有必要对此类节点的风致破坏进行系统研究。本文以轻钢屋面螺钉节点作为研究对象,基于数值模拟方法和试验方法,分析其在风荷载作用下的静力性能和疲劳性能,并建立轻钢屋面螺钉节点风致疲劳损伤评估方法。本文主要研究内容如下：(1)采用有限元分析软件ABAQUS,建立非线性轻钢屋面数值模型,进行屋面板的板厚、屈服强度和板型等参数对螺钉节点静力抗风性能的影响分析；通过拟合参数分析结果,得到对应不同板型螺钉节点竖向抗风承载力计算公式,可供轻钢屋面抗风设计参考。(2)完成轻钢屋面螺钉节点恒幅疲劳试验,观察不同等级循环荷载作用下节点的疲劳裂纹扩展情况和位移幅变化,分析节点疲劳破坏机理;并根据节点处的变形情况和裂纹起始、发展状态将节点的疲劳破坏进行分类,明确破坏形式与循环荷载幅值的关系。试验获得的应变结果分析表明：应变时程曲线可以直观有效地描述螺钉节点周围区域的变形情况和裂纹扩展情况,反映节点区域的疲劳破坏过程。(3)基于数理统计理论,完成螺钉节点恒幅循环荷载试验所得疲劳寿命结果的回归分析,拟合得到以节点的竖向反力S为强度指标的半对数疲劳寿命曲线,即反力-对数循环次数曲线S-lgNf。并结合双跨屋面有限元模型的弹塑性时程分析,提出了轻钢屋面螺钉节点风致疲劳损伤评估方法。算例验证了此方法的合理性。该方法可为轻钢屋面螺钉节点的风致疲劳破坏预测提供一种有效技术手段。
【关键词】：轻钢屋面 螺钉节点 静力抗风性能 恒幅疲劳试验 风致疲劳 损伤评估
【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】：TU392.1
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-26
• 1.1 课题背景12-14
• 1.2 轻钢屋面系统及螺钉节点抗风性能研究现状14-22
• 1.2.1 屋面系统及螺钉节点风致破坏的控制荷载15
• 1.2.2 螺钉节点风致破坏形式15-17
• 1.2.3 国外研究现状17-21
• 1.2.4 国内研究现状21-22
• 1.3 轻钢屋面螺钉节点抗风性能研究方法22-23
• 1.3.1 试验方法23
• 1.3.2 数值模拟方法23
• 1.4 本文的研究目标和主要内容23-26
• 1.4.1 现有研究的不足23-24
• 1.4.2 研究目标24
• 1.4.3 主要内容和总体思路24-26
• 2 轻钢屋面螺钉节点静力抗风性能研究26-48
• 2.1 双跨屋面有限元分析模型27-32
• 2.1.1 双跨有限元模型的建立27-30
• 2.1.2 双跨有限元模型的有效性30-32
• 2.2 常用螺钉节点抗风性能32-37
• 2.2.1 V125型螺钉节点33-34
• 2.2.2 W600型螺钉节点34-35
• 2.2.3 螺钉节点响应曲线分析35-37
• 2.3 螺钉节点反力与风荷载关系37-38
• 2.4 螺钉节点静力抗风性能的参数分析38-44
• 2.4.1 板厚对节点极限承载力的影响39-41
• 2.4.2 板屈服强度对节点极限承载力的影响41-44
• 2.4.3 板型对节点极限承载力的影响44
• 2.5 数值模拟结果与现有规范规定的对比分析44-47
• 2.6 本章小结47-48
• 3 轻钢屋面螺钉节点风致疲劳性能研究48-70
• 3.1 轻钢屋面螺钉节点的风致疲劳及研究方法48-49
• 3.2 螺钉节点疲劳试验49-53
• 3.2.1 试验目的50
• 3.2.2 试件规格50-51
• 3.2.3 加载设备及试件安装51-52
• 3.2.4 试验步骤及试验内容52-53
• 3.3 钢材力学性能试验53-55
• 3.4 静力试验过程及结果分析55-58
• 3.4.1 静力试验过程55-56
• 3.4.2 静力试验结果56-57
• 3.4.3 有限元分析结果与试验结果对比57-58
• 3.5 疲劳试验过程及结果分析58-67
• 3.5.1 试验过程和破坏现象58-60
• 3.5.2 试验结果60-67
• 3.6 螺钉节点疲劳破坏机理67-68
• 3.7 本章小结68-70
• 4 风荷载作用下轻钢屋面螺钉节点疲劳损伤评估70-86
• 4.1 疲劳损伤评估70-73
• 4.1.1 循环荷载70-71
• 4.1.2 Miner线性累积损伤理论71
• 4.1.3 雨流计数法71-72
• 4.1.4 风致疲劳损伤和寿命预测方法72-73
• 4.2 螺钉节点疲劳损伤评估方法73-75
• 4.2.1 轻钢屋面螺钉节点风致疲劳性能指标73-74
• 4.2.2 螺钉节点风致疲劳损伤评估程序74-75
• 4.3 螺钉节点疲劳寿命曲线75-77
• 4.4 基于双跨屋面模型的螺钉节点疲劳损伤评估77-83
• 4.4.1 完整双跨屋面有限元模型的建立77-79
• 4.4.2 跨屋面模型风荷载的选取79-80
• 4.4.3 双跨屋面有限元模型弹塑性时程分析80-82
• 4.4.4 螺钉节点风致疲劳损伤计算82-83
• 4.5 本章小结83-86
• 5 结论与展望86-90
• 5.1 本文主要结论86-87
• 5.2 展望87-90
• 参考文献90-96
• 作者简历96-100
• 学位论文数据集100

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本文编号：939421