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轻钢平台结构承载能力研究

王浩  
【摘要】: 随着我国经济的快速繁荣,钢结构及轻型钢结构在国内得到了迅速的发展,而且潜力巨大。轻钢结构特别适合用于建造一般工业厂房、普通民用住宅及一般商业建筑。普通梁格形式的轻钢结构既可以作为轻型钢结构建筑的楼盖,也能够单独设计成工作平台,或充当各类建筑的夹层。 目前国内还没有完整配套的轻钢结构的设计规范,对轻钢平台结构进行专门研究的报告也较少。各个设计院对此类结构的设计是基于普通钢结构的设计规范,沿用传统的设计方法。因此对实际使用的轻钢平台结构承载能力进行全面研究十分必要。 本文针对一主梁3跨、次梁10跨轻钢平台结构,首先应用试验方法得出了主、次梁跨中截面挠度的试验公式;其次,在不考虑主、次梁之间的耦合作用和梁上薄钢板对其影响的条件下,用理论分析方法获得主、次连续梁的跨中截面挠度计算公式;最后,依据不同条件,本文又借助有限元方法模拟试验,对试验公式和理论公式进行验证分析,揭示了两种研究方法结果形成差异的原因以及主、次梁之间的耦合作用和薄钢板对主、次梁弯曲变形的影响程度。研究结果表明,主、次梁抗弯、抗扭刚度的大小和薄铺钢板参与梁弯曲变形的等效宽度均会对主次梁的弯曲变形产生较大的影响。在有限元工具的选取上,除了使用Ansys专业有限元软件,还自编了以矩阵位移法为理论基础的Fortran空间刚架计算程序和Matlab画主次梁弯矩图程序,同时通过编写批处理文件的方法解决了计算程序和画图程序之间数据自动传输的问题,实现了计算—出图的连续性。对于主、次梁的连接问题,本文借鉴了半刚性钢框架简化计算的无剪力分配法,推导出了考虑空间杆系单元两端半刚性的刚度矩阵;又对Fortran源程序中单元刚度矩阵子函数进行修改使之变成有条件的半刚性矩阵子函数;进而以这个修改后的Fortran程序来计算主、次梁的半刚性连接对结构变形的影响。 最后,本文在对试验和理论分析数据进行比较的基础上,对类似轻钢结构的设计和在役结构的承载力评估提出了一些建议以节省钢材、降低造价。


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