拱型波纹钢屋盖结构的承载性能

上次广西杰达达拱形波纹钢屋盖公司的技术人员树大林先生已经向大家讲述了一下,南宁地区广西屋顶施工的情况,那么本文再次由他来向我们讲解一下拱型波纹钢屋盖结构静力德定承载性能理论研究。

让我们大家都知道广西有很多国企,这些企业里面很多厂房都使用了我们的拱形波纹钢屋盖结构,他们使用的板材厚度是0.8毫米 ,很多人呢都怕这种结构扛不起风压雪压。

拱形屋顶 (13).jpg

由于这种结构自重轻,刚度小,地震作用一般不是结构设计的控制因素,因此天津大学对其静力性能进行了系统研究:采用大挠度有限元理论,通过壳本模型2分析了结构纵向长度及山墙支承作用对结构承载力的影响;采用弹塑性大挠度有限元理论,通过拱计算模型分析了支承条件、矢跨比、荷载类型等因素对结构承载力的影响;并运用一致缺陷模态理论,讨论了初始缺陷对结构承载性能的影响。通过理论分析得到了以下结论:

(1)在自重类荷载及类雪荷载等对称荷载作用下,无缺陷拱型波纹钢屋盖结构的失稳模态为非对称的分枝屈曲;若考虑缺陷的影响,结构的失稳模态将转变成非对称变形的极值失稳,而且此时的极值承载力明显小于无缺陷拱的分枝稳定承载力。

(2)在半跨荷载作用下,拱型波纹钢屋盖结构的失稳模态为非对称的极值点失稳。

(3)在类风荷载作用下,四周封闭的拱型波纹锅屋盖结构不存在稳定问题,在力学上表现为强度问题。

(4)拱型波纹钢屋盖结构在达到极限承载力前,一般要经历弹塑性变形阶段,而且在弹塑性阶段结构的变形增加很大而所能承受的荷载增加很小,因此在实际工程中可以采用边缘屈服准则判断这种结构的极限状态。

(5)对于拱型波纹钢屋盖结构的稳定承载力而言,固支条件下的结构刚度要比铰支条件下的结构刚度大,因而固支结构的稳定承载能力也要比铰支结构高。

(6)在类风荷载作用下,固支结构的变形比铰支结构小,但其极限承载力却不比铰支结构大(按边缘屈服准则判断),在有些情况下(如矢跨比取0.15),铰支结构的极限承载力反而明显大于固支结构。

(7)一般情况下随着矢跨比的增大,结构刚度降低,结构承载能力也相应下降。在对称荷载作用下结构的较优矢跨比为0.2~0.25;在半跨荷载作用下较优矢跨比为0.15~0.25;在类风荷载作用下为0.15~0.25。综合考虑各种荷载工况及结构承载力对各种缺陷的敏感度,这种结构的较优矢跨比应为0.2~0.25。

(8)在各种荷载作用下,结构的弯矩内力都表现出明显的非线性特征,面轴力均呈线性。因此对于铰支结构采用线性化分析方法确定的结构支承反力是准确的。

(9)支座位移将降低拱型波纹钢屋盖结构的刚度和稳定承载力。但随着结构矢跨比的增加,结构承载力对支座位移的敏感度将降低。实际工程中矢跨比较小(如0.2以下)的结构不仅支承反力大,而且对支座位移反应敏感,破坏前变形小,因此应谨慎选用。

(10)由于实际工程所允许的支座位移非常有限,再考虑到这种结构特殊的施工工艺,一般情况下在设计时可不考虑支座位移的影响。对于允许支座位移较大的结构,设计时必须计入支座位移的影响。

(11)由于这种屋盖结构的刚度较低,其支承反力受支座位移的影响很小,因此在确定结构支承反力时可对屋盖结构单独进行分析,而不必考虑屋盖与下部结构的协同作用。另外,由于屋盖难以给下部结构提供有效支撑,因此下部支承结构应按悬臂结构进行设计。

(12)对于纵跨比较大的屋盖结构,只要屋盖所受荷载沿纵向均匀分布,便可以在计算时忽略结构的纵向变形将屋盖简化成平面结构进行分析。


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