典型温室蒙皮效应研究

发布时间：2020-02-04 05:31

【摘要】：温室是重要的农业设施之一,其内部环境与结构安全性对农业发展和社会效益有着很大影响。近年来,极端气象事件频发,由强风或大雪导致的温室损毁事故时有发生,对农民收入和社会秩序均造成了很大的影响,温室结构的安全性也越来越受到大家的重视。温室覆盖材料通常分柔性塑料覆盖材料、硬质塑料覆盖材料和玻璃3类,当其采用硬质塑料覆盖材料和玻璃时,可与温室框架协同作用承担外部荷载,从而提高结构的整体刚度和受力性能,称之为蒙皮效应。然而现阶段,由于技术规范的不成熟,我国在对温室结构的设计中,仅考虑主体结构的受力,忽略实际存在的蒙皮效应,不仅不符合结构的实际受力状况,甚至可能会使结构在某些情况下出现未曾预料到的破坏,造成安全事故。基于此,本文对温室结构中的蒙皮效应进行研究。本文通过大量阅读国内外有关蒙皮效应的研究成果,分析总结了蒙皮效应的作用机理,蒙皮效应产生的基本条件,蒙皮效应分析的常用方法,温室蒙皮结构的主要组成部件及连接件形式。在考虑温室结构的实际工作状态的前提下,采用有限元分析软件ANSYS,选取文洛型和华北型两种温室结构类型,建立了温室整体框架、温室框架覆盖PC板、温室框架覆盖玻璃3种计算模型,模拟了温室在风雪荷载作用下的受力状态,对比分析了结构的位移与内力情况。并对上述模型进行了模态分析,得到了不同结构的自振频率和振型,结果表明:1、结构位移方面,温室在考虑蒙皮效应后各个构件上的位移较不考虑蒙皮效应时出现了大幅下降,说明覆盖材料通过参与结构受力,能有效的减小侧向位移,提高结构的抗侧向刚度。并且,蒙皮效应对山墙面抗侧移能力的增强较中间榀刚架更为明显,玻璃在作为覆盖材料时对结构位移的减小比PC板要大。2、结构内力方面,温室在考虑蒙皮效应后大部分构件上的最大弯矩值有所下降,蒙皮效应对结构弯矩最明显的影响是大幅降低了温室檩条与屋面梁上的弯矩,极大增强了温室上部构件的抗弯能力;对结构剪力最明显的影响是山墙面各构件剪力较中间榀刚架出现更为明显的下降,覆盖材料极大增强了山墙面的抗剪能力;轴力变化较为复杂,山墙面迎风柱、水平拉杆、檩条处的轴力出现上升,其他构件上的轴力出现不同程度下降;从总体来讲考虑温室覆盖材料带来的蒙皮效应降低了结构内力,并使结构内力分布变得均匀。3、模态分析方面,温室覆盖蒙皮材料时前1—2阶自振频率大于纯框架结构,但后几阶自振频率小于框架结构,自振频率变得密集,温室动力特性变得更加复杂。纯框架结构表现出水平振动、竖向振动、扭转等多种振动形态,而考虑蒙皮效应的模型均表现出覆盖材料及其连接件部位的水平振动,说明蒙皮效应使得刚架变形减小,但覆盖材料自身的完整性易遭到破坏又成为威胁温室结构安全的隐患。4、总体来讲蒙皮效应使温室结构受力状态和动力特性发生很大改变,在设计时考虑蒙皮效应一方面可以使结构更加趋于真实的受力状态,保证其安全性能,一方面可以减少部分构件的截面尺寸获得良好的经济效益。但需注意的是,温室覆盖材料由于不属于高强度材料,塑性变形能力也十分有限,其自身容易受到破坏的特点在设计时需要尤为注意。
【图文】：

第 2 章 蒙皮结构的组成和工作原理第 2 章 蒙皮结构的组成和工作原理绍了与蒙皮效应有关的一些基本理论，主要包括蒙皮体结构件和连接件三部分），蒙皮效应的产生条件和作用原理，蒙皮。的组成构是由覆盖材料、框架结构（立柱、屋面梁、檩条等）和连接分组成的。单个蒙皮单元结构如图 2-1 所示。

目前市场上普遍开发使用的 PC 板有多层中空板、普通平板和浪板三个类型。平板的厚度通常在 0.7～1.2mm；温室在采用浪板（波纹形板）覆盖时的室内光照会更加均匀，并且透光率会稍有升高；双层和三层的聚碳酸酯中空板通常厚 3～16mm，保温性能较单层板有很大提高，多层中空板的传热系数可降至 1.6～2.2W/（m2·℃），节能性能比玻璃温室提高 30%～60%。聚碳酸酯的缺点在于其价格较高，通常用在一些展览温室和高档花卉温室中。2.1.2 框架构件框架结构主要包括框架柱、框架梁、檩条、水平拉杆等部分，是体系中主要的承重结构，通常由各种型号的冷弯薄壁型钢、热轧型钢组成。普通工字钢或槽钢是热轧型钢在作为温室框架构件时的常见选择。薄壁型钢是由薄钢板冷弯或模压制作而成，它的尺寸及截面形式均可根据使用需求来合理确定，薄壁型钢的优点在于其充分利用了钢材的强度，并减小了端面尺寸，降低了钢材用量，，因而是温室框架构件的常见选择。薄壁型钢根据截面形式不同通常分矩形钢管、角钢、焊接薄壁钢管、方钢管、槽钢、外卷边槽钢、卷边角钢、内卷边槽钢、Z 型钢等形式，其厚度通常在 1.5 至 5mm 之间，其开口端面厚度通常不小于 1.5mm。常见截面形式如下图：
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S625.1

【参考文献】

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本文编号：2576249