文摘

有限元模型用于分析站缝屋顶系统的转动约束刚度。不同因素对转动约束刚度的影响提供了两种类型的站缝屋顶系统进行了研究。站的变量包括局部变形缝屋顶面板,面板厚度、厚度、夹选项卡和相对滑动夹选项卡并剪辑的基础。站缝屋顶系统的约束机制的桁条进行了研究。结果表明,提供的转动约束刚度两种类型的研究站缝屋顶系统主要取决于幻灯片选项卡厚度和屋面板厚度。最后,公式计算LSIII的转动约束刚度和SS360站缝屋顶系统提出了基于参数分析结果。

1。介绍

冷弯檩广泛应用于金属建筑由于其经济、易于制造,高强度重量比。然而,这些部分弱横向和扭转(1]。以前的工作表明,传统的屋面板直接through-fastened檩的自攻螺丝可以提供完整的横系杆和某种程度上的转动约束的檩由于剪切刚度和抗局部弯曲连接(1- - - - - -5]。为了准确计算檩的提升能力与上翼缘through-fastened屋顶板,由一些学者进行了一系列的测试(1- - - - - -11)来确定转动约束檩purlin-panel提供的系统,和测试设置和程序提出Celebi et al。1),提高了Pekoz et al。3),而采用Eurocode 3-1-3 (12]。Katnam et al。13,14)建立了一个非线性有限元模型来估计第一和第二代提供的转动约束附加檩梯形护板。该模型适用于trough-fixed和皮肤purlin-sheeting crest-fixed单一系统,和性能验证与测试结果很好协议。它的发展开辟了道路设计方法估算提供的转动约束护板冷弯钢桁条。确定衬板提供的转动约束的凸缘冷弯钢楼板梁或柱,一系列悬臂测试在搁栅/ stud-sheathing总成进行了谢弗(15,16]。测试表明,转动刚度可以分解为两个部分:连接器和衬板。连接器的转动刚度是由于法兰的紧固件冷弯钢构件,最重要的是影响冷弯钢构件本身的厚度。衬板刚度是由于弯曲板本身的,可能是高度可变的。结果形成了一种新的设计方法的基础采用美国标准(AISI-S210-10) [17)将约束纳入设计强度畸变屈曲的预测模式。高和摩恩(18,19]提出力学方程预测提供的转动约束through-fastened金属板Z和剖腹产围绕或檩。预测方程被转动约束的实验,验证和through-fastened连接刚度也模拟有限条与转动弹簧弹性屈曲分析,证明系统的影响可以被包括在设计。

近年来,站缝屋顶系统是很普遍的,因为它们能很好地适应热膨胀和收缩变形由温度变化引起的。在这些屋顶系统、站缝屋顶板是通过滑动夹固定在桁条的,所以运动的屋顶板相对于檩是允许的。因此,檩的屋顶系统的行为直接关系到提供的转动约束站缝屋顶系统。刘等人。20.]研究了转动约束提供的檩站缝屋顶系统通过28组的测试,并确认站缝屋顶系统的总转动刚度是由连接屋顶板的转动刚度、剪辑、檩系列。然而,因为有许多类型的站缝屋顶系统、屋面板资料,站在seam配置和滑动夹细节不同,很难确定所有这些屋顶系统提供的转动约束通过测试。到目前为止,转动约束刚度檩LSIII和SS360站提供的seam屋顶系统没有专门的研究。因此,本文提供的檩转动约束两种类型的站缝屋顶系统广泛应用在中国使用有限元模型,分析了影响因素也被调查和转动约束刚度计算公式,还提出和验证。

2。研究对象

两种类型的站缝屋顶系统广泛用于中国作为研究对象。一种类型是LSIII站缝屋顶系统由LSIII站缝屋顶板固定在LS003剪辑的檩。另一种类型是SS360站缝屋顶系统由SS360站缝屋顶板固定在S3PC-1剪辑的檩。这两个屋顶板,虽然从不同的制造商,有非常相似的配置文件。面板sidelaps机械缝合在该领域形成了450°和360°接缝LSIII和SS360屋顶系统,分别。屋顶板的屈服应力据制造商345 MPa,和平均测量包括涂层厚度为0.6毫米。LS003剪辑是由夹基地2.0毫米厚度和幻灯片tab 1.0毫米厚度,幻灯片标签的长度是110毫米,附着在剪辑基础的联锁设计,允许它们之间的相对运动。S3PC-1剪辑是一个l型夹基地2.6毫米厚度和更薄的幻灯片选项卡(0.8毫米厚),l型夹基地115毫米长度的矩形槽垂直面,幻灯片选项卡在开槽的剪辑基础接口,它允许的移动幻灯片标签的范围内槽长度(91毫米)。剪辑的基地和两个自攻螺丝固定在桁条,尺寸和连接细节图所示1- - - - - -3。Z-purlins被用于实验程序。嘴唇和法兰之间的角度是所有Z-sections 45°。桁条的截面尺寸(高度、翼缘宽度和厚度)变化之间的测试。

(一)
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(b)
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图1
维度站缝屋顶板。(一)LSIII屋顶面板。(b) SS360屋顶面板。
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图2
LSIII屋顶系统的连接细节。(一)LS003剪辑。(b) 450°机械sidelaps seam的面板。
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图3
SS360屋顶系统的连接细节。(一)S3PC-1剪辑。(b) 360°机械sidelaps seam的面板。

3所示。有限元分析

使用通用有限元分析程序ANSYS有限元,有限元模型用于计算提供的转动约束刚度站缝屋顶系统是根据(20.),非线性分析,旋转限制檩提供的两种类型的站缝屋顶系统也进行了分析。

3.1。有限元模型

如图4的有限元模型包括三块屋顶板由两行檩片段的结尾一行连接中跨的屋顶板。一对集中力值相同和相反的方向是应用在两个螺丝连接的夹基地模拟檩的扭矩传递。


图4
有限元模型分析站缝屋顶系统的转动约束。

站缝板和剪辑的建模使用壳牌181的元素,这是一个4-node壳元具有六个自由度的每个节点。基于合理的考虑加劲压力,大旋转,和大应变,壳牌181元素是适合分析中等厚薄壳结构。模型的有限元网格大小是调查结果来提供准确和高效率。站缝板和剪辑都是建模为非线性材料使用的理想弹塑性模型,得到的屈服应力从产品制造商提供的报告。檩的风吸力全面测试能力支持站缝屋顶系统提供的菜肴和李21,22)表明,机械面板接缝sidelaps固定牢固,而且没有观察到失败或分离。因此,翻译的自由之间的对应的节点板和幻灯片标签也耦合如图5。考虑到运动的距离相对于幻灯片选项卡夹基地通常不是非常大的测试中,为了简化有限元模型,假定幻灯片标签之间没有发生相对运动和剪辑基础;因此,屋面板沿纵向方向,翻译也相应的节点耦合的自由。相对运动的影响也特别研究。站缝屋顶板是由两个C-purlins结束,并通过滑动的屋顶与檩剪辑,所以翻译相应的节点之间的自由剪辑基础和支持檩也耦合。檩被假定为简支,模拟边界条件,和每个桁条的两端,中心点的垂直方向的翻译和翻译的横向网络线点限制。翻译在纵向方向上的一端中心点檩也避免刚体位移约束。

(一)
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(b)
(b)
图5
连接细节的屋顶板和夹在有限元模型。(一)LSIII屋顶系统。(b) SS360屋顶系统。

元素类型、材料模型和边界条件是一模一样,被用于烹调的菜肴和李所呈现的完整模型(21,22),完整的模型的准确性比较验证了实验结果和有限元结果,并表明良好之间的协议是实现实验结果和有限元结果挠曲强度和失效模式。的差异檩挠曲强度从测试和有限元分析获得小于5%。荷载位移曲线得到的有限元分析与试验结果都在伟大的协议。因此,有限元模型是可靠的,可以用于进一步的研究。

3.2。转动约束刚度的计算

使用有限元分析结果,转动约束刚度(K)站缝屋顶系统提供的可计算如下: 在哪里T夹上的扭矩应用基地,θ是相应的旋转角度剪辑的基础,F是集中力应用于螺旋点,年代是螺丝之间的空间,δ1和δ2在两个螺丝连接点对应的位移。

单位长度上的转动约束刚度的檩(Ktor可以计算) 在哪里 是站在seam屋面板的宽度。

3.3。有限元分析结果

使用有限元模型,提供的檩的转动约束刚度的两种类型的站缝屋顶系统研究进行了分析。屋面板的厚度是0.6毫米,这两种类型的屋顶系统和面板尺寸和连接细节是完全相同的,如图1- - - - - -3。图6显示了屋面板的变形和应力分布。图7显示了变形和应力分布的两种类型的剪辑。


图6
屋面板的变形和应力分布。
(一)
(一)
(b)
(b)
图7
滑动夹的变形和应力分布:(a) LS003剪辑和(b) S3PC-1剪辑。

可以看到,两种类型的站缝的抗弯刚度屋顶板是足够大,屋顶板前的片段总是失败,和S3PC-1剪辑更容易变形,因为薄的幻灯片选项卡。

3.4。分析影响因素

从理论上讲,提供的转动约束刚度站缝屋顶系统主要是屋顶板的抗弯刚度和剪辑的滑动性能。屋顶板的抗弯刚度通常取决于厚度和屋面板的截面轮廓,和剪辑的滑动性能主要决定幻灯片选项卡的厚度。考虑到重要的平面外弯曲变形的平屋面板的一部分是测试,观察出平面偏转也应该被视为一个因素导致面板截面轮廓的变化。因此,使用有限元模型,不同的影响因素对提供的转动约束刚度站缝屋顶系统的两种类型进行了研究。这些变量包括幻灯片选项卡之间的相对运动和剪辑基础(年代结核病),出平面偏转在屋面板截面的中点(D射频)、屋面板厚度(t射频)和幻灯片标签厚度(t圣)。分析结果如图所示8。观察,转动约束刚度主要取决于幻灯片标签厚度和屋面板厚度,因为幻灯片选项卡中最薄弱的一环的转动约束传播路径站缝屋顶系统,和机械性能的接缝连接选项卡和屋顶板屋面板的厚度密切相关,幻灯片选项卡。屋面板的平面外弯曲变形和幻灯片选项卡之间的相对运动和剪辑基础几乎没有影响转动约束刚度,除了LS003剪辑,当相对运动的距离大于40毫米,半夹幻灯片标签分离的基础;因此,转动约束刚度急剧减少,然而,这并不会发生在实际的工程。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图8
转动约束刚度之间的相关性K tor和因素:(一)之间K tor和年代 结核病,(b)之间K tor和D 射频,(c)之间K tor和t 射频,(d)之间K tor和t 圣。

4所示。转动约束刚度的计算公式

考虑转动约束刚度的影响从屋面板的厚度和幻灯片选项卡中,进一步的参数进行了有限元分析。基于参数分析结果、公式计算LSIII的转动约束刚度和SS360站缝屋顶系统归纳如下: 在哪里t射频屋面板的厚度,t圣幻灯片选项卡的厚度,E是杨氏模量。

来验证公式的准确性,提出的转动约束刚度计算公式与试验结果类似站缝的屋顶系统由刘et al。(20.]。然而,从测试获得的转动约束刚度刘et al。20.屋面板提供的总刚度,剪辑和桁条(Kz),它可以被计算 在哪里Kz1是系统提供的转动约束刚度屋顶,哪个是一样的Ktor在这篇文章中,Kz2是檩的转动刚度,给出的是哪一个 在哪里E杨氏模量,t檩厚度, 泊松比,b1的距离内自攻螺钉檩web、b2两个自攻螺丝之间的空间,h桁条的高度,α是顶部法兰的刚度折减系数的檩,LSIII屋顶系统,它是0.4和hx - 478屋顶系统,它是0.5。

方程的计算结果(3)和(4)不能直接与测试结果。因此,基于屋顶系统的转动约束刚度计算方程(3)和方程(4),使用方程(5)和(6),总转动约束刚度计算和比较测试结果(Kzt型刘)等。20.]。表1显示LSIII屋顶系统的比较结果,观察,计算结果与试验结果有很好的一致性。SS360屋顶系统的比较结果用于本文和hx - 478屋顶系统测试由刘et al。20.表中列出2。可以看出,最大的计算结果与试验结果之间的差异达到约30%,这是因为虽然SS360屋顶系统的配置和工作机制和hx - 478屋顶系统完全相同,它们之间仍存在一些差异,如屋面板的宽度和剪辑的维度。,一般来说,比较表明,立式缝屋顶系统的转动约束刚度计算公式的提出是可靠的。

表1
比较的转动约束刚度计算方程(3)由刘等测试结果。20.]。
表2
比较的转动约束刚度计算方程(4)由刘等测试结果。20.]。

5。结论

为了研究两种类型的站提供的转动约束刚度seam屋顶系统在中国广泛使用,用于分析的有限元模型站缝屋顶系统的转动约束刚度是基于开发一个测试验证有限元模型。不同因素对转动约束刚度的影响提供了两种类型的站缝屋顶系统也进行了分析。站的变量包括局部变形缝屋顶面板,面板厚度、厚度、夹选项卡和相对滑动夹选项卡并剪辑的基础。分析表明,屋顶站缝系统的转动约束刚度主要取决于屋顶面板厚度厚度和幻灯片选项卡。公式计算LSIII的转动约束刚度和SS360站缝屋顶系统提出了公式计算结果之间的比较和测试结果表明,立式缝屋顶系统的转动约束刚度的计算公式提出了是可靠的。

数据可用性

生成的数据集在当前研究可从相应的作者以合理的要求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是主题的中国国家科学基金会(没有。51478331)和国家重点实验室在土木工程(没有减灾。SLDRCE14-B-06)。作者感谢美国建筑系统(上海)有限公司,ABC建筑系统(中国)有限公司,提供测试标本。