风荷载下单跨门式刚架破坏和极限承载力研究

发布时间：2020-05-05 03:57

【摘要】：门式刚架广泛应用于工业与民用建筑,风灾事故频发。现行门式刚架的抗风设计以50年一遇基本风压为设计荷载,缺乏对罕遇强风下门式刚架结构性能表现的评价。本课题采用ANSYS软件建立精细化板壳有限元模型,对门式刚架结构进行非线性静力计算和非线性动力瞬态计算,分析门式刚架抗风极限承载力和风致效应。主要内容和结论如下:(1)划分门式刚架结构破坏等级,包括轻微损伤、中等破坏、严重破坏、倒塌四个破坏程度,并对各等级相应的结构损伤状态进行描述。以刚度比为破坏等级评价指标,基于非线性静力计算结果,得到中等破坏、严重破坏、倒塌界限刚度比分别为0.6、0.2、0.15。(2)基于以上破坏等级划分,研究各破坏等级的静力临界承载力,结构屈服后风荷载承载力仍能较大提高。按照规范荷载设计的门式刚架结构具有较高的安全储备,在5500年一遇强风作用才会发生倒塌。各破坏等级界限状态塑性应变能占比呈现一定规律。(3)采用增量动力分析法研究门式刚架弹塑性抗风性能及风荷载持时的影响。风压较小时,水平位移平均风响应保持不变。风压较大时,发生了塑性效应累积,结构准静态位移发生漂移,水平位移平均风响应增大。结构进入塑性后结构抗侧刚度迅速下降,500年一遇风荷载下结构抗侧刚度退化严重,失去继续承受荷载的能力。风荷载持时较长时,随着风荷载作用时间的增加,结构位移、塑性应变能首先增长较快,一定时间后增长减慢。
【图文】：

整体倒塌,轻钢门式,台风,刚架

随着结构轻质高强材料的使用，门式刚架结构往往自重较轻，导致其由风荷载引起逡逑的结构静、动力响应在整个结构反应中所占比重较大，是一种典型的风致敏感结构。大逡逑量风灾调研表明，门式刚架工业厂房是风灾损害最为严重的结构形式之一。图１－１为门逡逑式刚架在超强台风山竹中整体倒塌。逡逑复杂的自然环境使我国成为风致灾害最严重的国家［１］，造成了大量的生命财产损失。逡逑２００４年，第１４号台风“云娜”自浙江省温岭市登录，造成７５６．２万平方米工业厂房遭逡逑到严重破坏，其中２７２．２万平方米工业厂房发生倒塌［义对台州市受损的７８个工业厂房逡逑进行统计，其中，３２个整体倒塌，２６个局部倒塌或受损［３］。２００８年，０８１４号台风“黑逡逑格比”登陆广东省茂名市，轻钢结构工业厂房是风灾中损坏严重的几类典型建（构）筑物逡逑类型之一。多处轻钢结构工业厂房和简易办公厂房发生了严重的破坏，有的完全倒塌［４］。逡逑图１－１轻钢门式刚架厂房在台风山竹中整体倒塌逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｌｉｇｈｔ邋ｓｔｅｅｌ邋ｇａｎｔｒｙ邋ｗｏｒｋｓｈｏｐ邋ｃｏｌｌａｐｓｅｄ邋ｉｎ邋ｓｕｐｅｒ邋ｔｙｐｈｏｏｎ邋ｍａｎｇｋｈｕｔ逡逑主体结构是保证建筑整体性和安全性的关键，一旦主体结构发生破坏易引起建筑的逡逑整体倒塌

平面布置图,厂房布置,檩条,隅撑

檩条提供了主要的面外支撑；隅撑则主要保证刚架梁下翼缘受压部分的局部稳定。屋面逡逑檩条间隔ｌｍ布置，墙面檩条间隔１．４ｍ布置；檩条所在位置处间隔设置隅撑，中间跨两逡逑侧布置，边跨单侧布置。风向角、刚架编号及檩条、隅撑位置示意图见图２－１。逡逑刚架编号逡逑１逦２逦３逦４逦５逦６逡逑逦逦逦ｎ逦ｎ逦ｎ邋—ｖ－逡逑0。７逦0逡逑ｚ逦ｇ逡逑ｒ逡逑逦Ｘ逡逑逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逡逑？逦８０００逦１逦８０００逦１逦８０００逦１逦８０００逦１逦８０００逡逑＾逦４００００逦＾逡逑（ａ）厂房平面布置图（单位：ｍｍ）逡逑６逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU392.5

【参考文献】