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《郑州大学》 2004年
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河南地区住宅钢结构构件加工几何特性调查与统计模型研究

高明辉  
【摘要】:本论文研究课题是国家“十五”科技攻关项目“住宅建筑体系与工程质量保障关键技术”子项目“中原地区住宅建筑结构可靠性技术的荷载和抗力调查与统计”。本文的主要目的是进行住宅钢结构构件几何特性不定性的调查、统计和分析。 改革开放以来,我国住宅建设发展很快。1999年同1978年相比,全国城市人均居住面积已从3.6m~2增加到9.78m~2。1999年我国总人口为12.67亿,预计到2030年将达到16亿,城市人口将由现在的30.9%增加到60%。因此,我国城市住宅建设的境况仍相当严峻。钢结构因其强度高、自重轻、抗震性能好、结构构件尺寸小、工业化程度高以及绿色环保的特点,近年来发展迅速。鉴于我国目前的住宅产业现况,建设部将钢结构住宅体系的开发和应用作为我国建筑业用钢的突破点,并且制定了《钢结构住宅建筑体系产业化技术导则》和《钢框架核心筒住宅建筑体系技术导则》。加快住宅产业化进程、积极推广钢结构住宅体系已成为建设部近几年重点研究的课题。 钢结构在加工制造、运输吊装和运营使用等过程中,会因外界作用产生各种形式的变形,这些变形对构件的进一步加工制造和正常使用都有直接影响。结构变形的形式是多种多样的,但究其实质来讲,可分为四种基本形式:拉压变形、剪切变形、扭转变形、弯曲变形。钢结构由于工厂加工、现场安装的特点,变形产生的原因也多种多样,主要包括:原材料的变形、冷加工过程、热过程,主要是焊接过程、组装变形、运装和使用过长中产生的变形。钢构件的变形对结构会产生较大的影响。构件截面几何尺寸的偏差会直接影响结构构件的抗力计算;构件长度偏差以及某些较大的局部变形会影响到结构的安装;同时,构件长度的偏差以及安装引起的偏差还会改变结构的受力状态。稳定问题是钢结构设计的一个基本问题,构件的初始挠曲,板件的局部变形,构件受力状态的改变都会影响到构件的稳定。 我国的钢结构住宅的研究和应用都处于探索起步阶段,设计单位的设计水平,加工企业的制作生产水平以及施工单位的施工安装水平参差不齐。尤其对于轻型钢结构住宅体系的基本构件的抗力,缺乏足够的经验和设计资料;同时对钢结构的施工加工水平及其质量控制也缺乏充足的经验。虽然在《钢结构工程施工质量验收规范》中对构件的加工和安装允许偏差作了规定,但这一规定主要是根据加工和安装的实践经验得到,并没有对这些偏差作相应的统计工作。 由于钢结构的应用范围非常广泛,而且钢结构的构件形式、影响构件几何参数不定性的因素也多种多样,为了有效地开展调查工作,在调查过程中,首先对钢结构这一新的结 郑州大学硕士学位论文 构形式在河南地区的应用形式、范围、特点及加工能力等基本情况作了初步的调查,并对 国内外的一些钢结构住宅的构件形式也作了调查分析;同时也对影响钢结构的众多的几何 参数进行了分析,以挑选主要的影响因素。本次调查主要针对住宅结构中可能会用到的构 件形式:各种工字形截面和部分箱形截面构件。在调查对象方面,主要选定新乡天丰钢结 构加工厂、郑州天宇钢结构加工厂、中国有色工业第六冶金建设公司金属结构厂、中国有 色工业第九冶金建设公司金属结构厂、郑州第二火电建设公司几家公司和厂家。上述这些 公司及厂家的加工水平基本能够代表河南地区主要钢结构加工行业整体目前的实际加工水 平。为了尽可能多的得到构件截面的几何特征的统计数据,我们采取了现场实测调查、历 史资料调查和问卷调查三种方法。 根据统计分析结果,构件截面宽度、截面高度、板材厚度,构件长度的加工偏差的统 计分布均可认为服从正态分布,而构件初始挠曲的统计分布则可认为服从极值I分布。截 面高度服从正偏态,即统计均值比设计值要大;而截面宽度、构件长度服从负偏态,即统 计均值比设计值要小。板材厚度的偏差属于产品本身的偏差,从统计结果看,这一偏差属 于负偏差。根据统计结果,我们可以得到各几何参数的偏差值的分布区间,进而,在给定 设计尺寸的情况下,可以算出偏差绝对值的分布区间,将这一区间和规范相比较,可以得 到:截面高度、截面宽度在设计尺寸较小时,能较好的符合规范要求;在设计尺一寸较大时, 就有可能超出规范要求的允许偏差:构件长度和构件的初始挠曲一般符合规范要求。 在统计分析基础上,本文针对一榻两层单跨框架,利用ANSYS软件分析了构件的初始 挠曲、构件长度偏差以及安装偏差对结构的影响。从计算结果可以看出,当构件的加工偏 差较小,不大于规范的规定要求时,按一阶弹性分析,结构各种计算模型内力及位移的变 化都不是很大。但如果不考虑水平力作用或水平力作用很小时,加工偏差引起的内力和位 移增量都有所增大,但仍然不是很大,而各个计算模型会引起内力方向的变化,这是主要 影响。当采用二阶分析方法计算时,则无论是内力还是位移均有较大的增幅。这种增幅反 映计算方法上的差异较大,而加工偏差的绝对量相对影响较小。另外,考虑二阶效应分析 与加载方式有关,在有水平力情况下,一般二阶效应的影响相对较小,但也有一些截面有 较大的影响。在无水平力作用时,二阶效应的影响
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TU391

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