轻钢屋面螺钉节点抗风性能研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:michael2000
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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。
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