一种考虑檩条锚固柔性的光伏跟踪支架扭转固有频率分析方法

文章针对光伏跟踪支架扭转固有频率计算结果准确度不高的问题,提出了一种考虑了檩条锚固柔性给跟踪支架整体扭转频率带来影响的分析方法,并通过试验对仿真结果进行了验证。其次,对某电站跟踪支架进行了结构改造,提升了其扭转固有频率,并通过现场测试再次验证了分析方法的准确性。

风吸力作用下仅考虑扭转约束的Z形和C形檩条弹性弯扭屈曲

采用开口薄壁构件理论,在忽略屋面板对檩条侧向约束的条件下,根据上翼缘受扭转约束简支檩条的线性总势能方程,应用变分法推导无支撑Z形和C形檩条在风吸力作用下的扭转角及位移表达式。考虑屈曲前应力在檩条弯扭屈曲变形过程中产生的非线性应变能,根据其弯扭总势能方程,采用势能驻值原理推导无支撑Z形和C形檩条的临界弯矩表达式。扭转角、位移和临界弯矩表达式与采用ANSYS板壳单元建模的计算结果对比,吻合较好,表明理论公式精度较高,可用于工程设计。

轻钢屋面系统中冷弯薄壁型钢檩条承载性能研究现状

开口截面冷弯薄壁型钢檩条是连接轻钢屋面和钢屋架或屋面梁的重要构件,受力及支撑情况复杂。合理考虑轻钢屋面系统提供的侧移和扭转约束是保证其安全性和经济性的关键所在。全面综述了国内外学者针对重力荷载和风吸力作用下3类典型轻钢屋面系统中冷弯薄壁型钢檩条承载性能的研究成果,重点分析了屋面系统扭转刚度量化、拉条的约束作用以及常用试验加载方法等关键问题,为冷弯薄壁型钢檩条精细化设计理论研究和相关规范编制提供参考。

积雪荷载作用下冷弯Z形檩条的设计分析

近年来,国内多次出现门式刚架轻型厂房在暴风雪作用下发生破坏,尤以檩条破坏较为严重,多数发生侧向弯曲和扭转破坏。目前,国内对冷弯斜卷边Z形檩条的计算通常不考虑扭矩的影响,仅验算弯矩作用下的强度及稳定性。因此,积雪荷载作用下檩条发生的扭转变形导致的结构破坏应引起关注。通过研究分析积雪荷载的特点,檩条破坏的原因,扭转对冷弯斜卷边Z形简支檩条承载力的影响,提出设计建议。

设有单根拉条滑动座连接檩条的稳定性分析

采用精确解析解方法研究了跨中设有拉条、与屋面板采用滑动座连接的檩条承受纯弯矩时的弯扭屈曲,檩条两端简支,屋面板对檩条提供均布弹性扭转约束,拉条提供侧向弹性支撑。求解得到了解析解,给出了檩条由对称屈曲转变为非对称屈曲对应的拉条门槛刚度的表达式,并讨论了檩条截面、跨度、扭转约束刚度大小、拉条刚度大小及拉条作用点高度等因素对门槛刚度和临界弯矩的影响。经过全范围算例计算,给出了临界弯矩简化表达式。研究发现,无论均布扭转约束多大,无拉条时檩条总是以一个正弦半波屈曲,从而呈现出与均布弹性地基上压杆的屈曲不一样的性质。

金属蒙皮支撑C形檩条的计算理论

归纳了开口冷弯薄壁截面的几何特征和薄壁杆件的受力性能、特征,对蒙皮支撑C形檩条的抗剪刚度和抗扭刚度进行了分析,研究蒙皮支撑C形檩条在风吸力作用下的基本性能,旨在更深入了解金属蒙皮支撑檩条在整体蒙皮结构中所起的作用。

厂房三类受弯构件的弯扭失稳

介绍了工业厂房中遇到的三种钢梁:托梁、上翼缘有檩条的刚架梁和钢梁下翼缘与檩条之间设置了隅撑的钢梁,给出了它们的弯扭失稳临界弯矩公式,指出了它们的区别,特别指出隅撑-檩条支撑是门式刚架横梁的弹性扭转支撑,其刚度由檩条的抗弯刚度决定,按照弹性地基梁计算弯扭失稳临界弯矩,不再有计算长度的概念。

压型钢板屋面对檩条的扭转约束

压型钢板屋面对檩条施加扭转约束,从而提高檩条的稳定性。针对杭萧钢构股份有限公司的HXY-478屋面压型钢板与檩条采用夹板连接的屋面体系,对檩条施加的扭转约束进行研究。通过ANSYS分析,对上下翼缘受压的扭转约束提出了计算公式。

Z形截面檩条强度计算时的下翼缘假想水平荷载

假设屋面板与檩条采用自攻螺钉连接从而能够避免上翼缘的侧向位移。对此种连接的冷弯Z形截面檩条,在不设置拉条、风吸力作用下的应力和变形,采用薄壁构件约束扭转理论进行分析,并与采用ANSYS板壳单元的计算结果和EC3的方法进行对比,发现三者吻合非常好。通过分析发现,EC3的方法中,其下翼缘假想水平力计算公式的两个组成部分是:1)荷载偏离截面剪心产生的扭矩用平行于上、下翼缘的一对力来代替;2)绕平行轴的弯矩产生的应力采用简单的公式计算,等同于人为引进了水平弯矩,这个弯矩必须采用假想水平荷载来抵消。

薄壁型钢檩条抗积雪荷载作用的设计方法研究

近年来我国多次发生在积雪荷载作用下门式刚架轻钢房屋发生破坏事故。本文分析了积雪荷载在房屋屋面形成的特点和屋面积雪荷载作用下薄壁型钢檩条的破坏特征。探讨了现行设计规范和技术规程中檩条抗积雪荷载设计方法的合理性,指出了计算模型存在的不足。压型钢板屋面在积雪荷载作用下,不宜作为檩条可靠的侧向支撑,檩条计算应按屋面不能阻止檩条侧移和扭转进行强度和稳定计算。通过大量算例计算和分析比较,研究了屋面坡度与扭转翘曲正应力对檩条截面正应力的影响规律和程度,指出了现行设计规范和技术规程中薄壁型钢檩条抗积雪荷载的设计方法的适用性和缺陷。对于目前大量采用的屋面坡度较小的轻钢建筑檩条进行强度和稳定计算时,不宜忽略扭转翘曲正应力的影响。探讨了在屋面积雪荷载作用下门式刚架轻钢房屋发生破坏的原因。提出了薄壁型钢檩条抗积雪荷载作用的设计方法建议。

带滑动片固定座的压型钢板屋面对檩条的扭转约束

压型钢板与檩条采用固定座连接时,屋面板对檩条的扭转约束作用很大,所以不能忽略。通过ANSYS有限元建模,分析杭萧钢构生产的HXY-478压型屋面板与檩条采用固定座连接时,屋面板对檩条的扭转约束刚度,并提出相应的刚度计算公式。为验证有限元对固定座模拟的准确性,通过考虑次翘曲的约束扭转分析,为固定座的扭转刚度提供理论分析模型,并与有限元模型的计算结果进行比较,两者吻合很好。

暗扣屋面体系对檩条的扭转约束及影响

檩条在风吸力作用下会发生弯扭失稳,而当檩条上翼缘受到扭转约束时,对于风吸力作用下的整体稳定会有一定程度的提升。通过试验分析得到KLIP-LOK 406暗扣屋面板体系对冷弯Z形檩条的扭转约束刚度,然后利用得到的扭转约束刚度,采用能量法,为此种约束时风吸力作用下冷弯Z形檩条的临界弯矩提供理论解,并将理论解与ANSYS有限元模型的计算结果进行对比,两者吻合很好。

考虑压-弯-扭耦合作用的开口截面杆件非线性静力模型

针对温室结构中檩条受力变形复杂且失稳现象严重的问题,对温室结构中开口截面檩条的力学性能进行研究。鉴于其受力变形的复杂性,将其按压弯扭杆件进行分析,综合考虑压-弯-扭耦合作用、约束翘曲、剪切变形因素,阐明二阶内力产生原理并建立杆件微段隔离体平衡方程;结合物理方程与几何方程,推导出关于扭转角和挠度的位移控制方程,进而获得压-弯-扭耦合作用下杆件位移及内力的几何非线性计算模型,同时给出其计算步骤。计算了开口截面杆件在集中扭矩、分布扭矩、压扭、弯扭、压弯扭5种荷载工况作用下的位移、变形及内力,并与理论解析解进行对比与分析,验证了计算模型的适用性及精确性。结果表明:本研究得到的非线性静力模型可用于温室结构中开口截面檩条在任意荷载工况组合条件下的位移、变形及内力计算。

设置两根拉条的C型冷弯薄壁型钢檩条的弯扭屈曲

拉条被广泛用于增强冷弯薄壁檩条的侧向刚度,现有方法常将其视为檩条的侧向刚性支撑。然而研究表明,拉条连接位置附近檩条腹板的局部变形会显著降低拉条对檩条的侧向支撑作用,因而需采用拉条的有效刚度。为此,对在跨度两个三等分点截面分别设置拉条的C形截面冷弯薄壁檩条的弯扭屈曲进行研究,其中考虑拉条有效刚度的影响。首先,在现有文献的基础上,提出了适用于设置两根拉条的C型檩条的弯扭屈曲总势能;其次,利用总势能编制了有限元程序;然后,提出了设置两根拉条的C型檩条弯扭屈曲临界弯矩的计算式。最后利用ANSYS板壳单元和编制的有限元程序对所提出的总势能以及临界弯矩计算公式进行验证。

风吸力下跨中设置一根拉条的连续两跨C形檩条的弯扭屈曲

采用开口薄壁杆件理论及考虑腹板局部变形的拉条有效刚度,提出单跨跨中设置拉条的连续两跨C形冷弯薄壁檩条的弯扭屈曲的总势能;经过ANSYS的壳单元分析,从广泛的参数范围考察了檩条的屈曲模态;应用Ritz法得到风吸力作用下连续两跨C形檩条的近似临界荷载计算式,并将其临界弯矩与半跨纯弯简支檩条的临界弯矩进行比较,最终得到临界弯矩系数。