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多层轻钢房屋建筑结构——轻钢龙骨式复合剪力墙结构体系研究进展

- , 2016, DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.2016.06.001
Abstract: 轻钢结构是天然的绿色建筑,也是天然的工业化建筑.中国人口众多,土地资源紧张,地震灾害严重,因此发展多层冷成型钢房屋建筑符合中国国情.将低层冷成型钢结构体系拓展至多层结构,存在4个主要技术难点.课题组通过结构体系与主要部件两个层面的改进,提出了多层冷成型钢龙骨式复合剪力墙结构体系及其两个重要部件——冷成型钢托梁龙骨-ALC板组合楼盖和带有夹心墙板单元的轻钢龙骨式复合墙体.还针对该新型体系的抗侧、抗火等基础理论问题,阐述了课题组研究进展及国内外同行的相关研究工作.最后,从宏观角度指出了该新型体系尚需开展的研究工作.
Cold-formed steel structures are natural green and industrialized buildings. Due to the large population, shortage of land resource, as well as serious earthquake disasters, the development of mid-rise cold-formed steel structure becomes very consistent with Chinese national conditions. At present, there are four major technical difficulties existed in the expansion of low-rise cold-formed steel structure systems to mid-rise buildings. Based on the investigation and improvement on the structure system and major components, a new mid-rise cold-formed steel framed composite shear wall structure system was proposed, and two important components of the new structure system were developed, including a composite floor system combining cold-formed steel joists with autoclaved lightweight concrete slabs and cold-formed steel shear wall with sandwich panel units. This paper also reviewed our and other researchers’ latest investigation on some fundamental theory problems, such as the lateral and fire resistances of the new structure system et al. Finally, the author points out some research work need to be conducted for the new structure system from a macroscopic perspective.
分级卸载法在张弦梁结构找形中的试验研究
刘彬,
工程力学 , 2009,
Abstract: 该文对张弦梁结构的找形分析方法——分级卸载法进行了试验研究,目的一是验证该方法的正确性,更为重要的是考查分级卸载法应用于实际工程的可行性。试验采用1/20的缩尺模型、实际工程常用的张拉方式,对比模型在零状态、初状态内力和变形的理论值与试验值。试验表明:分级卸载法可以用于实际工程,且不需要假定零状态几何和多次试算,可以一次准确得到结构的放样几何;该方法中静定计算模型可以很方便地用于确定张弦梁结构初状态预应力分布,用来有效地指导设计;经过本次试验验证,张弦梁结构张拉脱胎时的预拉力估算公式可以应用于实际工程。
张拉膜结构形状确定的实验研究
,田珺
工程力学 , 2010,
Abstract: 在膜结构找形中,力密度法引入了“力密度”的概念,使问题简化。但力密度法需要多次试算后才能确定合适的力密度取值,这给找形过程带来困难。该课题组对力密度法的找形过程进行改进,避开其中“力密度”的概念,使找形计算过程简洁高效。该文即对这种“改进力密度”法进行了试验研究,以验证该方法的正确性。试验模型为一平面尺寸为4m×4m柔性索边界、四点支承的马鞍形张拉膜结构。张拉过程采用应力和位移同时控制,量测模型零状态、中间状态和张拉成形后状态边索和膜面的应变值及膜面监测点的空间坐标。通过试验值与理论值在膜面应变、索应变及膜面空间坐标的比较及与ANSYS法、解析法的比较,说明改进力密度法是正确的,可用于实际工程的膜结构找形分析。另外,通过本次实验,我们对膜面应变的量测也得到了一些经验教训。
基于势能原理的双轴对称工字梁弹性侧向屈曲研究
陈伟,
工程力学 , 2012,
Abstract: 该文利用能量方法对考虑腹板畸变的工字梁侧向畸变屈曲、约束畸变屈曲问题进行了初步研究。由于现有的侧向畸变屈曲势能表达式均不能考虑横向分布荷载作用情况,该文首先推导了双轴对称工字梁侧向屈曲总势能一般表达式。该表达式在不考虑腹板畸变时,与经典侧扭屈曲势能表达式等价;在考虑腹板畸变时,可适用于端弯矩、横向集中力及横向分布荷载作用情况。根据所提出的势能表达式并通过合理简化,推导出多跨连续组合梁负弯矩区约束畸变屈曲计算表达式,相应的简化条件及公式均与有限元分析结果进行了比较,验证了合理性。研究成果具有理论和实际意义,为后续侧向畸变屈曲实用设计方法研究提供基础。
大跨屋盖表面旋涡的PIV试验研究
董欣,
工程力学 , 2014, DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.05.0486
Abstract: 该文通过风洞流场显示试验,观察了大跨平屋盖和马鞍屋盖表面的分离泡和锥形涡现象,给出了不同风向、不同屋盖表面的旋涡流线和涡量场分布;分析了风向角、屋盖曲率对于旋涡形态的影响。试验结果表明,当风向垂直于平屋盖迎风前缘时,屋盖表面将形成典型的分离泡现象,且分离泡的涡核位置恰好对应了涡量场的负向峰值。在斜向风作用下,平屋盖和以高点作为迎风点的马鞍屋盖表面将出现锥形涡。观察旋涡的平均流线和涡量场分布图,发现当来流沿两种屋盖对角线时,锥形涡截面形状接近圆形;当来流偏离屋盖对角线时,在靠近来流的一侧,锥形涡截面形状接近椭圆形;流场内负向涡量分布于壁面上,峰值集中在迎风前缘附近和旋涡周围。在相同的风向角下,曲率较大的马鞍表面锥形涡涡轴与屋盖迎风前缘所成角度较大,曲率较小的马鞍表面锥形涡涡轴与迎风前缘所成角度较小。此外,旋涡的瞬时流线图表明,锥形涡是一种瞬时变化的流体现象,其形态和位置在每个瞬时都不相同。
马鞍屋盖表面锥形涡流动模型研究
,董欣
工程力学 , 2015, DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0770
Abstract: 该文基于大跨平屋盖和马鞍屋盖表面锥形涡流动显示试验,对现有的兰金涡模型进行改进,在其涡核区与势流区之间添加过渡区,从而建立了简化的二维锥形涡流动模型,给出了旋涡上部流速、旋涡内部流线曲率以及屋面涡核吸力之间的定量关系。据此流动模型,分析了旋涡强度的影响因素即为旋涡内部流线曲率和旋涡流速:旋涡内部流线曲率越大,旋涡转速越快,旋涡强度越大。基于流动显示试验和测压试验所得平屋盖以及马鞍屋盖表面各旋涡参数之比,以平屋盖表面锥形涡为基准,量化了各风向下马鞍屋盖表面的锥形涡强度。通过加入考虑旋涡效应对传统准定常理论进行修正,给出了锥形涡涡核吸力(均值、峰值)的计算公式,并将计算值与马鞍屋盖刚性模型风洞测压试验数据进行对比,验证了锥形涡流动模型对于预测马鞍表面锥形涡涡核吸力的有效性。
基于响应敏感性的单层球面网壳冗余度分析与验证
朱南海,
建筑结构学报 , 2014,
Abstract: 冗余特性是影响结构鲁棒性的重要因素之一,是损伤情况下结构安全性的体现。以结构的应变响应对单元材料弹性模量的敏感性作为结构构件冗余度评价指标,对3个缩尺比为1/10的单层球面网壳振动台试验模型的冗余度进行了分析。模型一的整体刚度分布均匀,其强震作用下的倒塌模式为强度破坏;模型二在6个径向主肋区设置了薄弱区,其破坏模式为动力失稳;模型三在模型二的基础上不设薄弱区,结构刚度分布均匀,在强震作用下发生强度破坏。对比试验模型的冗余度分析结果与其振动台倒塌试验结果,发现发生破坏的杆件普遍冗余度较低。研究表明,可以用冗余度衡量杆件在结构中的重要性,冗余度较小的杆件是易发生破坏的结构弱点所在,其破坏将对结构产生很大影响,是结构的关键构件。
工字钢-混凝土组合梁弹性约束畸变屈曲研究
,陈伟
建筑结构学报 , 2011,
Abstract: 约束畸变屈曲是不同于侧向屈曲和畸变屈曲的一类特殊的屈曲形式,通常发生在组合梁负弯矩区。基于弹性地基压杆方法对组合梁弹性约束畸变屈曲进行了研究。将Svensson压杆模型进行改进,考虑了腹板参与部分,并推导了两种基于改进压杆模型的变轴力稳定计算表达式。借助于有限元方法,分析了现有变轴力弹性地基压杆方法用于组合梁约束畸变屈曲的求解精度,研究结果表明:弹性地基压杆方法对组合梁作用纯弯矩及三角形负弯矩情况符合良好,但对非线性弯矩分布情况精度较差。对约束畸变屈曲引入等效弯矩假设,并对其适用性进行了分析,提出了约束畸变屈曲等效弯矩假设临界长度简化公式,进而通过三步简化实现了连续组合梁弹性约束畸变屈曲计算。图16表7参17
Q345冷成型钢高温力学性能试验研究
陈伟,
建筑结构学报 , 2012,
Abstract: 冷成型钢高温材料特征指标是进行冷成型钢结构抗火设计及数值模拟的重要参数。现有的钢材高温材性数据大多基于稳态试验方法得到,而瞬态试验方法较前者更接近实际火灾情况。利用MTS810试验系统对1.5mm厚Q345冷成型钢进行了高温力学性能试验研究,将瞬态、稳态试验结果进行对比分析。试验结果表明:Q345冷成型钢瞬态试验抗拉强度折减系数在430~700℃时普遍高于稳态试验结果,二者相对误差27%~57%;超过100℃,Q345冷成型钢瞬态试验高温弹性模量明显低于稳态试验结果,相对误差17%~156%;450~550℃时,相同温度、应变水平下,Q345冷成型钢瞬态试验应力-应变曲线弹塑性阶段应力值明显高于稳态试验应力值,导致瞬态试验高温屈服强度高于稳态试验结果,相对误差28%~40%。通过数值拟合给出Q345冷成型钢高温材性折减系数及本构关系表达式,表达式与试验结果基本吻合。
大跨平屋盖表面锥形涡流动模型研究
董欣,
建筑结构学报 , 2013,
Abstract: 基于大跨平屋盖表面旋涡流动显示试验,对兰金涡模型进行改进,在其涡核区与势流区之间添加过渡区,建立简化的二维锥形涡流动模型,给出旋涡上部流速、旋涡内部流线曲率以及屋面涡核吸力之间的定量关系。据此流动模型分析表明,旋涡内部流线曲率越大,旋涡转速越快,旋涡强度越高,且后者的影响更为显著。根据流动显示试验结果,量化各风向下大跨平屋盖表面锥形涡强度。通过考虑旋涡效应对准定常理论进行修正,给出旋涡涡核吸力的计算式,并将计算值与大跨平屋盖刚性模型风洞测压试验数据进行对比,验证锥形涡流动模型对于预测旋涡涡核吸力的有效性。
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