蒙皮效应论文关于蒙皮效应在钢结构设计中的工程比对应用论文范文参考资料

蒙皮效应论文关于蒙皮效应在钢结构设计中的工程比对应用论文范文参考资料 摘 要：总结了国内现阶段结构设计领域对蒙皮效应的应用和局限性，回顾了国外建筑领域蒙皮效应的研究、应用历程。通过ANSYS有限元分析软件对某单层门刚厂房实例进行了屋面蒙皮效应的分析和计算结果的比对，认为其对单层门刚厂房的影响十分显著。特别得出在考虑蒙皮效应的刚架设计中，山墙在其平面内需要有可靠的支撑体系或传向基础的可靠传力路线。将蒙皮效应作为安全储备的设计策略不一定得到安全的结果。因此，在结构设计领域展开对蒙皮效应的系统性研究，将其纳入设计计算体系并制定专门性的规程规范，同时在工程实际中大力推广、广泛应用，不仅具有极强的经济作用，而且可以使结构的设计工作状态与实际工作状态更加一致，这是结构设计所希望达到的最佳设计状态。 关键词：蒙皮；山墙支撑；破坏；影响比对；门式钢架 1671-3362（xx）08-016-04 前言 传统钢结构设计通常只考虑主体钢架及各类支撑的作用，计算中不考虑围护结构对结构整体工作性能的贡献，而只作为安全储备。蒙皮效应的原理是在纵横肋（檩条、次梁等）上覆盖围护结构而形成带肋“薄壳”结构，围护结构在其自身平面内有很大的拉、压、剪强度，同时在肋的协同作用下，围护结构不会失稳，可以承担更大的主轴压应力；也可以理解为以围护结构为腹板、以边缘墙梁或檩条为翼缘、以其余檩条或墙梁为加劲肋的薄壁深梁，从而使蒙皮结构具有较大承载力和刚度，提高了结构体系承担水平荷载的能力，增加了结构整体稳定性，而自重却很轻。 1 蒙皮效应的应用目前状况 1.1 国内应用目前状况 我国冷弯薄壁型钢结构技术规范和门式钢架轻型房屋钢结构技术规程都给出了有条件下的压型钢板以及轻型钢框架组成的轻钢住宅和门式刚架体系中蒙皮效应的应用，在此不再赘述。在工程实际中，这些应用或部分取代了屋盖系统支撑间的纵向系杆，减少了屋面的横向水平支撑；或将山墙框架设计成不设柱间支撑的全部简支的小排架，省去檩条上翼缘的拉条系统；或在刚架侧移制约的设计中利用蒙皮的平面内刚度而减小刚架侧移从而减少用钢量均带来了一定的经济效益。但是，这两套规程规范中的条件基本是概念设计上的限制和构造上的要求，实际使用中可以参考的计算策略和公式还没有形成体系，结构设计师很难以一个统一的指导思想和计算策略在实际工程中使用蒙皮效应。 以垂直荷载下坡顶门式刚架为例，其运动趋势是屋脊向下、屋檐向外变形，屋面板与檩条一起以前述薄壁深梁的形式来抵抗这一变形趋势，显然，屋面板的抗剪切能力远大于其抗弯能力，故这里的蒙皮效应可理解为蒙皮由于其抗剪切刚度对于使板平面内产生变形的荷载的抵抗效应。对坡顶门式刚架，抵抗竖向荷载作用的蒙皮效应取决于屋面坡度，坡度越大蒙皮效应越显著；而抵抗水平荷载作用的蒙皮效应则随着坡度的减小而增加。构成整个结构蒙皮效应的是蒙皮单元，蒙皮单元由两榀刚架间的屋面板、边缘构件和连接件及中间构件组成，边缘构件是指两相邻的刚架梁和边缘檩条（屋脊、屋檐檩条），中间构件是指中间部位檩条。由此，蒙皮效应存在两个主要性能指标：强度和刚度。根据效应产生的机理，蒙皮单元可能存在有三种强度破坏的可能： （1）边缘构件破坏：边缘构件可能产生压弯失稳或强度破坏，显然属于脆性破坏，在实际工程中尽量避开。 （2）蒙皮的剪切屈曲破坏：在荷载较大、钢板较薄或板型相差较大时可能会发生，这也是一种脆性破坏，在实际工程中也应尽量避开。 （3）连接破坏：包括板之间的连接破坏和板与边缘构件间的连接破坏。可靠的连接是蒙皮板发挥其效应优势的基础。其中，板与檩条之间的连接在平行于檩条方向的破坏属于脆性破坏，其他破坏都属于延性破坏。 而影响蒙皮单元刚度的因素主要有3个：蒙皮板本身的变形刚度，蒙皮板的变形，包括板的拱褶扭曲变形和剪切变形；连接件的变形刚度；边缘构件的轴向变形刚度。 中间构件一般对蒙皮单元剪切刚度的影响不大，但对强度影响较大。在屋面板板型一定的前提下，连接件和边缘构件是影响蒙皮单元抗剪刚度和强度的主要因素。由于蒙皮效应，压型钢板（围护结构）在宏观上参与了受力，为钢结构构件分担了部分外荷载，同时为这些构件提供了良好的侧向约束和扭转约束（在有可靠连接的前提下），改善了结构的受力条件，提高了结构的整体稳定性能。特别对于受稳 约的薄壁刚架构件和檩条构件，蒙皮效应的优势尤为显著。 然而，蒙皮效应的机理、作用条件、效果十分复杂，国内并没有建立起系统的理论和有效的评价体系，设计计算公式都忽略了这一效应，蒙皮效应在实际工程设计中尚无法定量地应用。 1.2 国外应用发展与目前状况 2 基于ANSYS有限元模型的单层门刚厂房屋面蒙皮效应工程比对 某门刚厂房平面布置图见图1，11榀刚架，刚架跨度24m，柱距6m，檐口高9m，屋顶坡度0.75/10，无吊车。屋面采用YX51-205-820型0.6mm厚彩色压型钢板，刚架采用楔形梁柱，节点刚接，柱与基础铰接。荷载取值如下：积灰荷载0.3kN/m2，基本雪压为0.3kN/m2，基本风压0.45kN/m2，屋面活载0.3kN/m2。 2.1 相邻两榀刚架间屋面板平面内剪切柔度 全部采用壳单元进行模拟，在有连接件的地方，将檩条上表面与压型钢板下表面相对应处采用耦合命令建立位移协调关系。为便于求解非线性大挠度理由，避开建立复杂约束方程，檩条采用SHELL63单元建模，截面划分为8份，长度方向上每200mm划分一份；压型钢板采用SHELL1163单元，截面每波形划分为8份，每块钢板该方向上划分为24份。 蒙皮板所受剪力与位移关系见表1和