论文部分内容阅读
近年来,装配式建筑由于具有绿色环保、能耗低、施工效率高、劳动力需求少等优点,受到国家大力推广,而钢结构模块建筑作为装配化更高的新兴建筑形式,更是迎来了发展的上升期。然而,目前对钢模块结构的研究主要集中在模块单元间节点的力学性能及简化,对于将波纹板作为围护结构的模块建筑,结构设计时如何考虑波纹板刚度贡献且对其采用合理的建模分析方法的研究较少。因此,有必要对模块单元的波纹板刚度贡献进行研究,提出一种满足分析精度要求并便于结构设计的等效简化模型。
本文首先对模块结构波纹板单面墙体进行了受力以及变形分析,基于能量理论推导得到水平均布荷载作用下波纹板单面墙体的抗侧刚度,然后通过有限元模拟对计算公式的准确性进行了验证。在上述计算公式的基础上,提出了波纹板等效弹簧简化模型,并与相关文献的试验值对比验证了波纹板等效前后建模方式的正确性和简化模型的合理性,为之后通过简化模型进行参数化分析奠定了基础。
然后,分别对波纹板单面墙体精细化模型和等效模型的抗侧刚度进行了198个模型的参数化分析。当跨度明显增大时,模块房屋天花板梁加载端会产生局部变形效应,使波纹板的抗侧刚度不能得到充分发挥。对比波纹板精细化模型和等效模型,应力分布情况基本相同且初始抗侧刚度误差较小,由此得到等效弹簧简化方式对于不同跨度的适用性。同理,分别取波纹板厚度、波峰高度和波长为变量进行了参数化分析,验证等效简化弹簧模型具有合理性和较强的适用性。
最后,分别建立波纹板刚度考虑前后的Midas分析模型,对比了它们在相同荷载作用下的整体结构响应。结果发现:当不考虑波纹板刚度贡献时,框架部分主要承担抗侧力,为整体结构的薄弱部位;通过等效简化模型考虑波纹板刚度贡献后,结构的周期、位移及内力均有不同程度的减小,内力分布也更加均匀,表明波纹板在结构响应中发挥了明显的作用,进一步说明实际工程中波纹板的刚度贡献不可忽略,工程结构设计可以采用波纹板等效弹簧简化模型进行计算。
本文首先对模块结构波纹板单面墙体进行了受力以及变形分析,基于能量理论推导得到水平均布荷载作用下波纹板单面墙体的抗侧刚度,然后通过有限元模拟对计算公式的准确性进行了验证。在上述计算公式的基础上,提出了波纹板等效弹簧简化模型,并与相关文献的试验值对比验证了波纹板等效前后建模方式的正确性和简化模型的合理性,为之后通过简化模型进行参数化分析奠定了基础。
然后,分别对波纹板单面墙体精细化模型和等效模型的抗侧刚度进行了198个模型的参数化分析。当跨度明显增大时,模块房屋天花板梁加载端会产生局部变形效应,使波纹板的抗侧刚度不能得到充分发挥。对比波纹板精细化模型和等效模型,应力分布情况基本相同且初始抗侧刚度误差较小,由此得到等效弹簧简化方式对于不同跨度的适用性。同理,分别取波纹板厚度、波峰高度和波长为变量进行了参数化分析,验证等效简化弹簧模型具有合理性和较强的适用性。
最后,分别建立波纹板刚度考虑前后的Midas分析模型,对比了它们在相同荷载作用下的整体结构响应。结果发现:当不考虑波纹板刚度贡献时,框架部分主要承担抗侧力,为整体结构的薄弱部位;通过等效简化模型考虑波纹板刚度贡献后,结构的周期、位移及内力均有不同程度的减小,内力分布也更加均匀,表明波纹板在结构响应中发挥了明显的作用,进一步说明实际工程中波纹板的刚度贡献不可忽略,工程结构设计可以采用波纹板等效弹簧简化模型进行计算。