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轻钢建筑围护体系蒙皮效应的试验及理论研究

郑瑾  
【摘要】:轻钢建筑中围护体系的蒙皮效应定义为当建筑物表面覆盖材料(屋面板和墙面板)与框架构件具有可靠连接时,围护体系具有不可忽略的平面内抗剪刚度及抗剪强度。围护体系与框架体系共同协调作用承担荷载,可有效加强结构整体刚度。设计中考虑围护体系蒙皮效应不仅可减少结构支撑布置、减轻结构自重、降低结构造价,更为重要的是使结构设计与结构真实受力状态相符以保证结构使用安全,因此本文开展的轻钢建筑围护体系蒙皮效应的研究具有十分重要的理论及工程应用价值。 本文对轻钢建筑围护体系蒙皮效应的研究中,分别应用试验方法、有限元分析方法及经典解析理论方法对闭口蒙皮体、开口蒙皮体及整体轻钢结构的抗剪性能及受力状态进行了研究。 本文在课题组成员已完成的闭口蒙皮试验研究基础上,提出了闭口蒙皮体抗剪性能的有限元分析方法。分析中将各向异性的压型钢板等效为正交各向异性平板。比较有限元分析与试验结果,两者相当一致,验证了提出的闭口蒙皮体抗剪性能的有限元分析方法的有效性及分析中当满足板檩连接件每波设置时,将板简化为正交各向异性平板假设的正确性。此种分析方法较之常规按实际板型建模计算,不仅模型简单、单元数量少,计算速度快,同时该方法适合分析不同板型所组成的蒙皮体抗剪性能。在此基础上对影响抗剪性能较为明显的六个参数进行了参数分析,参数分析结果定量给出了各参数变化对闭口蒙皮抗剪性能的影响,为后续闭口蒙皮体抗剪性能设计公式的分析推导提供了参考。 在实际轻钢结构中围护体系(屋面板、墙面板)中不可避免会出现天窗、窗户等,这些开口的存在对蒙皮性能的影响也即开口蒙皮体抗剪性能问题。考虑到国内外对于开口蒙皮体抗剪性能所进行的研究甚少,特别是在我国,故文中进行了开口蒙皮体抗剪性能的试验研究,试件包括六个足尺开口蒙皮体及一个未铺板裸框架试件。试验得到开口蒙皮体各试件抗剪性能及其在剪力作用下出现的各破坏现象。进而根据闭口及开口蒙皮体试验结果比较了开口存在对蒙皮体抗剪性能的影响,结果表明在开口蒙皮体满足一定构造要求时,开口存在对抗剪强度影响很小,但对抗剪刚度却有较大削弱。试验结果将成为我国蒙皮规范中开口蒙皮体抗剪性能设计公式及相关部分内容编写的重要依据。


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