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拱型波纹钢屋盖的分析与设计

拱型波纹钢屋盖通常具有较大的纵向长度,但其跨度相对较小。因此,它们的屋顶离两端山墙较远并且受到的影响也比较小。另外,尽管荷载沿拱轴线分布不均匀,但结构沿纵向的荷载分布一般是均匀的,这使得该类型的钢结构的空间作用并不明显。如果忽略空间作用,则可以把结构看作平面结构来进行分析,简化分析过程。

计算模型

拱是一种广泛应用于建筑设计中的结构形式。它相对于壳体而言,其分析理论相对简单且计算量较小,因此作为这种结构的简化设计计算模型是合适的。然而,要模拟带有细小波纹的薄壁钢结构,需要对该结构进行许多简化处理,其中如何考虑小波纹对结构力学性能的影响以及如何考虑局部稳定性问题是解决这种结构分析理论的关键。

局部稳定和波纹影响

在分析拱型波纹钢屋盖时,一些研究文献采用了宽度法来考虑结构的局部稳定性问题。然而,几乎所有研究忽略了结构上横向小波纹给力学性能带来的影响。通过结构壳体计算模型的分析结果以及试验研究,这种小波纹对结构的刚度和局部稳定承载力具有很大的影响。其中,小波纹可以提高钢板的局部稳定承载力并增强结构的纵向抗弯刚度,但同时也削弱结构跨度方向的刚度和稳定承载力。因此,如果忽略小波纹的影响,实际结构的刚度将被夸大。此外,该类型板件的局部稳定承载力和局部失稳特征不同于一般平板,因此不能简单地套用通用的薄壁钢结构规范中的宽度计算方法来确定该类波纹板件的宽度。

采用等效正交异性化方法

在结构所受荷载纵向均匀分布的前提下,可以将该结构简化为平面拱结构,并取单位宽度的屋顶进行分析。为了考虑小波纹的力学影响,本文采用了等效正交异性化方法。由于平面拱结构主要受拱平面内的抗弯拉刚度影响,因此只对这两种刚度进行了等效处理。在做出等效后,平板的弹性模量不仅与原始板件的厚度有关,而且还受波纹深度的影响。在拱型槽板截面中,A、B两点的波纹深度是不同的,因此等效后的A、B两点的弹性模量也是不同的,而B点的弹性模量要小于A点。类似地,距截面上端不同距离的任意两点的等效弹性模量也是不相等的。

结论

拱型波纹钢屋盖是一种常见的建筑结构形式,其特点是具有较大的纵向长度和相对较小的跨度。它们在设计和分析时需要考虑小波纹的影响以及局部稳定性问题,而不能简单地采用宽度计算方法。为了考虑这种结构中小波纹的影响,可以采用等效正交异性化方法进行计算。

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