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金属屋面铝板抗风性能数值模拟研究

         
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摘要

连续焊接不锈钢金属屋面系统是一种新型金属屋面围护体系,因其易于加工、轻质高强的特点,近年来被广泛应用于体育馆、航站楼、车站等各类大型公共建筑中.连续焊接不锈钢金属屋面系统涉及的问题具有综合性、复杂性,这也导致我国至今还未有金属屋面围护系统的相关施工和管理规范,不利于这类屋面的推广应用.基于上述问题,对连续焊接不锈钢金属屋面系统展开相关研究.首先介绍了金属屋面构造,通过分析连续焊接不锈钢金属屋面系统的构造,总结出其优点:整体性和密封性良好、耐久性优良、维护成本低.基于有限元分析软件MIDAS Fea建立金属屋面铝板数值模拟分析模型,模拟屋面系统在风载作用下的破坏过程,对连续焊接不锈钢金属屋面系统的抗风性能进行研究分析.对金属屋面铝板施加沿z轴正方向的均布荷载8.0 kN/m2,分析铝板的变形及受力情况.分析结果表明:三角形板的中间位置位移最大,方向主要沿z轴正向;相较于中间位置的板,处在边缘的板由于约束差,位移较大;对于边缘位置板和中间位置板,当荷载达到6.4 kN/m2时,增加相同的荷载,位移增量变大,即荷载-位移曲线呈非线性增长,铝板产生非线性变形;在8.0 kN/m2的均布荷载作用下,相邻三角形铝板连接部位的凹槽处应力较大,将率先进入塑性阶段;在三角形铝板中,角点处应力最为集中,故应力增长较快,且应力最大;凹槽处的连接板通过螺栓与下部结构相连,在荷载传递的过程中,屋面三角形板所承受的竖向荷载均通过连接板传给螺栓,由于螺栓连接较弱,容易产生应力集中现象,进而导致结构破坏,必要时应采取相应加强措施.通过对结构的模态分析,得到其前5阶振型和周期.对屋面板进行风压时程分析,得到各测点对应的最大位移、应力响应.在此基础上,结合金属屋面铝板在风吸作用下的破坏模式,提出了提高屋面抗风极限承载力的若干建议.

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