基于损伤等效的直立锁边屋面板动态抗风揭试验方法

围护结构在台风等极端风下的抗风性能需要依靠动态试验测定,试验周期长导致成本高且模拟研究受限。基于直立锁边屋面板材料的损伤本构模型,通过疲劳分析研究荷载幅值对材料损伤影响,提出简化荷载序列组合。借助雨流计数法统计测点风压时程得到基于损伤等效的简化荷载循环,提出动态抗风揭试验方法。参照不同试验方法开展抗风揭试验,通过对比发现,试验方法对屋面板风揭破坏过程影响不明显。除永久塑性变形外,该文试验方法与现有试验方法下屋面板损坏现象基本一致,屋面板均为撕裂破坏。不同试验方法下屋面板承载力差异在10%~20%间。该文试验方法加载周期小于1h,现有试验方法加载周期则大于20h。在屋面板风揭破坏过程、承载力等抗风揭性能差异不大情况下,该文试验方法可大幅降低试验周期,为开展模拟研究奠定基础。

基于LiToSim平台的金属围护结构软件研发

直立咬合金属围护结构在风荷载作用下易发生风揭破坏,目前缺少能数值模拟金属围护结构的等效节点模型以及有限元分析软件.该文首先根据围护结构的非线性风致响应提出了直立咬合金属围护结构的弹塑性等效弹簧节点模型,并推导出了弹塑性等效弹簧单元的有限元算法;然后将算法嵌入平台LiToSim中,研发出了金属围护结构的定制化软件LiToSpr;最后建模分析了结构响应,并与抗风揭实验对比,验证了定制化软件LiToSpr的适用性.软件LiToSpr能够模拟直立咬合金属围护结构的非线性风致响应,为工程设计提供一定参考.

基于随机风作用的直立锁边金属屋面系统损伤评估方法

为提出基于随机风作用的直立锁边金属屋面系统损伤评估方法,选取实际工程案例中某一截面的3块典型区域进行有限元分析,确定屋面系统在最大基本风压作用下的损伤等级。首先确定直立锁边屋面系统性能水准及量化指标,然后采用MATLAB软件模拟脉动风荷载,针对每一块典型区域随机生成了11条风速时程曲线并将其转化为风压荷载。而后在ABAQUS软件中建立典型区域的有限元模型并施加风压荷载,进行非线性动力时程分析,最后进行损伤评估。对比评估结果可知本文提出的损伤评估方法具有较好的合理性,可以用于评估直立锁边金属屋面系统在不同风压荷载作用下的损伤等级。

直立锁边金属屋面系统抗风设计与结构承载力试验

直立锁边金属屋面因抗风揭强度不足常出现风揭破坏。为了详细分析直立锁边金属屋面系统的抗风揭性能,首先,提出了抗风设计关键技术问题。然后,对屋面关键部位的风荷载计算和屋面系统的结构抗力进行研究。最后,对如何选择抗风揭试验方法来获得结构承载力进行对比分析。结果表明,在计算屋面风荷载时,应重点关注局部关键部位,采取规范计算和风洞试验相结合的方法进行验证;在确定直立锁边金属屋面系统结构承载力时,需综合考虑抗风揭静态和动态试验结果。

直立锁边金属屋面风揭破坏全过程分析

直立锁边金属屋面长期服役过程中,由于各种因素的影响,风揭破坏时有发生。国内外学者对其破坏过程及破坏形式进行一定探索,而风揭破坏阶段的划分及各阶段的标志仍缺乏清晰界定。使用自主设计的试验装置,以区域面力代替均布风吸力对直立锁边金属屋面进行静态承载力试验,结合表观现象与3D点云模型研究其破坏过程。研究发现:金属屋面的破坏过程可分为弹性、塑性、强化、失效、后承载力5个阶段,分别对应卸载变形可恢复、咬边处竖向板顶部与支座底部接触、竖向板顶部沿支座底部水平滑移,竖向板与水平夹角迅速扩展、竖向板顶部滑移至支座底部尽头,卷边间缝隙迅速增大、单边脱扣。对于服役状态下的金属屋面,在进入“塑性阶段”后,就已产生不可恢复的永久变形,应及时补强加固。设计时可依据抗风承载力及安全极限荷载给出2种承载限值。

金属板+TPO卷材双道防水在潇河国际会展中心项目中的应用

山西太原潇河国际会展中心中间组团金属屋面工程为复杂双曲结构,采用直立锁边镀铝锌PVDF钢屋面防水板+TPO防水卷材双道防水设计思路,在实现金属屋面系统防水等功能的同时,也保证了屋面双曲造型的完美呈现。本文重点介绍了该项目的屋面系统构造设计、屋面板选型、屋面排水深化设计、抗风揭等性能试验结果,阐述了提高金属屋面系统可靠性的各种设计措施。

大型复杂屋面排水技术研究

文中以南昌东站屋面工程为例,对较大坡度屋面排水方案进行探讨,以流体力学和水力学为理论依据,并用模拟试验为检验手段加以完善;对所关注的直立锁边屋面雨水排水过程中的水力特性和现象进行分析研究,得出可推广的雨水运行规律和优化建议。

直立锁边金属板在异型曲坡屋面中的应用

结合湖州苕溪整治后续工程南太湖未来之窗展厅项目中直立锁边金属屋面实例,介绍了直立锁边铝镁锰屋面板系统的优势和在异型钢结构曲坡屋面中应用的施工工艺与施工方案,重点阐述了该项目屋面系统的构造设计、屋面底板(压型钢板)、岩棉保温板、直立锁边屋面板等的吊运、铺设、安装与固定。

基于多重性能水准的直立锁缝屋面系统风灾易损性分析

直立锁缝屋面系统作为风敏感结构,在不同等级风荷载作用下,易遭受不同程度的损伤甚至破坏.为减少风灾损失,提出了基于多重性能水准的直立锁缝屋面系统风灾易损性分析方法.通过建立直立锁缝屋面系统力学模型分析其失效模式以及风致破坏过程,提出以屋面板大肋边节点相对位移作为量化指标,划分并推导了三阶段性能水准及量化模型;结合概率可靠度的风灾易损性分析方法,并以某典型工程为例进行直立锁缝屋面系统风灾易损性分析.算例结果表明,本文方法获得的易损性曲线能很好地预测直立锁缝屋面系统损伤状态,其中轻度损伤、中度损伤、重度损伤以及风揭破坏状态对应的风速范围分别为0~14.9 m/s、20~26.8 m/s、30~46.9 m/s和大于46.9 m/s,可为直立锁缝屋面系统工程设计和实践提供参考.

浅埋煤层群裂隙演化规律及组合承载结构载荷研究

浅埋煤层群高强度开采导致承载岩层破断形成组合承载结构,使覆岩裂隙分布形态复杂化,并对地表造成严重损害。为了研究浅埋煤层群开采覆岩裂隙演化规律与承载岩层承载结构关系及承载岩层保持稳定的支架工作阻力,以陕西北部神府矿区韩家湾煤矿2-2和3-1煤开采为研究背景,通过现场观测及相似模拟试验得到煤层群开采裂隙演化规律、承载岩层组合承载结构及两者相互关系,采用理论计算的方法建立了组合承载结构力学模型,研究组合承载岩层保持稳定的支架工作阻力。研究表明,煤层群开采覆岩裂隙演化过程可划分为4个阶段,分别为上煤层开采快速增长阶段、上煤层开采平稳增长阶段、下煤层开采快速增长阶段、下煤层开采稳定增长阶段;不同承载结构导致地表产生不同的裂隙演化形态及沉降特征,“台阶岩梁”结构地表产生台阶下沉,“铰接岩梁”结构地表产生连续下沉;通过地表沉降形式可间接判断上煤层承载岩层破断结构,由层间岩层充填率和采高得到了下煤层承载岩层破断结构,并揭示了浅埋煤层群开采承载岩层破断组合结构分为“台阶-铰接”结构、“铰接-铰接”结构、“铰接-台阶”结构、“台阶-台阶”结构的组合形态。由承载岩层破断组合结构建立了浅埋煤层群开采承载岩层承载结构力学模型,得到了承载岩层保持稳定支架工作阻力的计算方法,并得到了现场实测结果验证。

乌鲁木齐机场直立锁边屋面动态抗风揭试验研究

以乌鲁木齐机场北区扩建工程为研究背景,通过足尺直立锁边屋面动态抗风试验研究屋面檩条间距、抗风夹布置、抗风夹数量和屋面长度与屋面动态抗风承载能力之间的关系.试验结果表明,增加檩条间距并不能提升屋面动态承载能力,增设抗风夹可以显著提升屋面动态承载能力;屋面布置抗风夹时,屋面破坏形式由脱扣破坏转变为抗风夹与屋面板接触位置的撕裂破坏;屋面板长度与屋面抗风夹数量将显著影响屋面动态承载能力,具体来说屋面板长度越短,动态循环荷载作用下屋面板材料损伤累计越小,承载能力越高;在同样的循环荷载作用下,增设抗风夹数量将导致单个抗风夹与屋面板接触位置的应力下降,从而提升屋面板动态承载能力.

温度作用下直立锁边铝合金屋面系统力学性能试验研究

直立锁边铝合金屋面系统常受到周期性的太阳辐射、温度变化和其他环境影响。通过试验研究温度作用下直立锁边铝合金屋面系统的变形和应力分布规律,分析不同约束条件和加载温度对板肋、支座和板面处的应力和屋面板位移的影响。试验结果表明,直立锁边铝合金屋面系统应力集中和热膨胀位移显著。随着温度的升高,各部分应力逐渐增大,板肋应力最大占屈服强度的83.7%,板面应力次之,板底应力最小。屋面板的水平位移明显大于竖向位移,最大水平和竖向位移分别为20.42、6.1mm。随着约束边界的改变,板肋、支座、板底和板面应力最大增加22.6%、32.4%、23.2%和18.9%,一端固定约束下水平位移最大,两端固定约束下竖向位移最大。研究成果可为大型直立锁边屋面系统抗温度场设计和应用提供参考。

北京鼎石国际学校礼堂不锈钢金属屋面防水设计与施工

北京鼎石国际学校礼堂不锈钢金属屋面由多个不同坡度的多边形平面构成,空间角从10°~84°不等。因不同角度的受雨面水的流动性不同,特别是小角度的受雨面水流动性较差,积水、漏水的风险较大,所以对屋面的防水性要求极高。本文通过对北京鼎石国际学校礼堂不锈钢金属屋面设计和施工过程中的渗漏水风险分析,提出了不锈钢金属屋面防水性能的保证措施。

基于主动学习Kriging模型的直立锁缝屋面系统抗风揭可靠度分析

直立锁缝屋面系统由于自重轻、柔性大,在强风作用下常发生风揭破坏。为减少风揭破坏的发生,进行直立锁缝屋面系统抗风揭可靠度分析极为必要。鉴于此,该文提出了基于主动学习Kriging模型的Monte Carlo法(AK-MCS)的直立锁缝屋面系统抗风揭可靠度分析方法。建立直立锁缝屋面系统力学模型以分析其破坏模式,并推导其失效准则对应的极限状态函数;结合AK-MCS法和推导的极限状态函数建立了直立锁缝屋面系统抗风揭可靠度分析方法;以典型实际工程的直立锁缝屋面系统为例进行了抗风揭可靠度分析。分析结果表明:该文方法兼顾精度与效率,与拉丁超立方抽样的Monte Carlo法(LHS-MCS)相比,其计算的可靠度指标的相对误差为3.74%,而计算成本仅为LHS-MCS法的25.1%;该文方法计算所得的直立锁缝屋面系统可靠度指标β=2.7703,相比规范要求的可靠度指标偏低,建议在支座与屋面板锁缝处采取相应的加强措施。

直立锁边屋面抗风性能有限元分析

直立锁边屋面系统因其具有防水性能好、强度比较高等特点而广泛的应用在我国建筑结构中,但是由于目前我国还没有完善的规范体系,所以在使用的过程中仍然发生抗风揭能力不足而导致屋面板被掀开的现象,严重危害人们的生命和财产安全。通过试验,利用有限元分析软件MIDAS进行模拟,通过对边界条件合理的假定,探求影响直立锁边屋面系统抗风揭性能的影响因素。结果表明:减小檩距、增加板厚和板宽等形式可以增加屋面板的抗风揭性能;同时找到了各个影响因素对金属屋面板抗风揭性能影响的敏感区域。

带抗风夹的直立锁边屋面系统抗风性能的参数研究

目前许多大跨建筑的屋面围护结构采用带抗风夹的直立锁边屋面系统来抵抗强风作用,但对于使用了抗风夹的直立锁边屋面系统在风荷载下的变形、应力等特征响应的变化鲜有深入研究。该文借助试验与数值模拟手段研究了板宽、板厚、抗风夹间距等参数对屋面系统特征响应及承载力的影响,提出了屋面系统的破坏准则并拟合得到了屋面系统的抗风承载力计算公式。研究表明,板厚每增加0.1 mm,承载力提高10%左右;板宽每减小100 mm,承载力提高25%左右;抗风夹间距小于1100 mm时,每减小100 mm,承载力提高20%左右,抗风夹间距大于1100 mm时,每减小100 mm,承载力提高10%左右;改变抗风夹构造对承载力影响不大。

大变形下直立锁边屋面系统的水密性研究

为了评价直立锁边屋面系统安装在柔性屋面结构上适应大变形能力和水密性,以苏州工业园区游泳馆金属屋面系统为例,取一个6.6 m × 6.6 m试验单元设计了大变形下金属屋面系统的足尺水密性试验,建立屋面系统的整体有限元模型分析了屋面系统在结构大变形下的应力和变形,对保证屋面系统水密性的关键构造进行了精细化有限元分析.试验和分析验证了直立锁边屋面系统具备适应柔性屋面结构大变形的变形能力,计算直立锁边角变形只有2.18°,确保了良好的水密性.

直立锁缝屋面体系固定支座的有效静力风荷载

针对强风作用下直立锁缝屋面体系多发生固定支座脱扣破坏现象,综合考虑固定支座受力的实际影响范围和屋面脉动风力的空间相关性,提出了固定支座有效受风承载面积的计算方法.基于刚性模型同步测压风洞试验测得的双坡屋面表面风荷载时程数据,建立了考虑风荷载传递路径的直立锁缝屋面体系有限元模型.基于理论分析和动力时程分析,通过相对传统风荷载从属面积的放大系数合理取值,将有效受风承载面积的概念引入到固定支座的有效静力风荷载估计中.计算结果表明,采用建议的修正方法得到的固定支座所受风荷载值可以包络实际风致动力响应的极值,且表达形式简洁,方便工程设计使用.

直立锁边金属屋面系统关键连接节点抗拉承载力试验

针对直立锁边金属屋面系统的固定支座与檩条连接节点的抗拉承载力计算问题,以檩条翼缘板厚、檩条材质、自攻螺钉直径、自攻螺钉数量以及固定支座底板厚度为变量,进行了92个连接节点试件的受拉试验,研究连接节点在竖向拉荷载下的破坏现象及破坏模式。对已有固定支座与檩条连接节点的抗拉承载力计算公式进行了修正,并将抗拉承载力试验值与国内外规范的计算值进行了对比。结果表明:自攻螺钉的抗拉承载力与檩条翼缘板厚、檩条材质的抗拉强度、自攻螺钉直径、螺钉数量基本呈正比关系,固定支座底板厚度大于4mm时,螺钉抗拉承载力与固定支座底板厚度相关性较小;节点存在自攻螺钉被拉出、固定支座底板被拉弯和自攻螺钉被拉出、固定支座底板被拉弯和自攻螺钉在螺帽处被拉断3种破坏模式;根据国内外规范公式得到的节点抗拉承载力计算值比试验值偏小,工程应用偏于安全。

下击暴流作用下直立锁缝屋面系统抗风揭可靠度评估

为减少直立锁缝屋面系统在下击暴流作用下的风揭损毁事故,提出了下击暴流作用下的直立锁缝屋面系统抗风揭可靠度评估方法.采用大涡模拟(large eddy simulation,LES)方法来分析下击暴流作用下屋面风荷载特征,以不同的风向角为工况,得到屋面的极值风荷载大小及其分布位置.选取屋面最不利位置建立局部仿真模型并推导了相应的失效准则和极限状态函数.基于拉丁超立方抽样的Monte Carlo法(LHS-MCS)对下击暴流作用下的直立锁缝屋面系统进行可靠度评估.结合常态风可靠指标以及相关规范对分析结果进行了评价.研究结果表明:下击暴流相比常态风更易造成直立锁缝屋面系统风揭破坏,同时下击暴流作用下可靠指标仅满足规范要求的第三级安全水准,建议对重要建筑物进行直立锁缝屋面系统设计时考虑下击暴流的影响.