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拼装式活动房在风荷载作用下的试验研究

发布日期:2018-08-13 10:29:39 阅读量(


提供依据。结构外形图及尺寸示意图,如、所示。

1试验介绍1.1加载方案根据国家标准试验方法的规定151,对活动房所用材料取样,进行材性试验,得出活动房所使用铝合金材料的屈服强度为215MPa弹性模量为70000MPa.试验米用静力加载的方式。分两部分进行:第一部分对活动房框架在九级风为0.35kN/m2的承载力及变形性能研究;第二部分对活动房整体在极限风荷载作用下其承载力及变形性能进行研究。

由于门斗部分在风荷载作用下会对结构产生有利作用,因此,在试验中,没有安装门斗部分。

加载时按力的等效原则将均布风荷载转化为点荷载施加到房屋框架上。本试验采用两台液压作动器提供侧墙风压力,通过分配梁系统将作动器产生集中荷载分配到活动房上各加载点,两台液压作动器由计算机控制进行同步加载。两个油压千斤顶提供侧墙风吸力,通过分配梁系统分配集中荷载到加载点上,两个千斤顶由油泵控制进行同步加载。倒链提供屋面风吸力,通过屋面分配梁系统将荷载分配到各个加载点上。由于采用的三套加载系统除作动器为计算机控制外,其他均为手动控制,无法做到同时同步,故三套系统按液压作动器,油压千斤顶,倒链的顺序依次加载。三套加载系统会相互影响导致交叉卸载的情况,故要经过多次调整后才能使各部分的荷载达到要求。

在试验前,先预加风荷载20%的荷载,使试件各部分接触良好,进入正常工作状态;并检验试验装置的可靠性;检验全部观测仪表工作正常与否;消除构件间隙、支座滑移等因素所引起的误差161.对房屋框架加载分两个阶段为:第一阶段为0.175kN/m2;第二阶段为0.35kN/m2(九级风)。房屋整体加载分三个阶段为:第一阶段为0.35kN/m2(九级风)第二阶段为0.(十级风)和第三阶段为0.65kN/m2(十一级风)。

1.2加载分配梁系统荷载分配梁截面的选择根据GB50017-2003〈钢结构设计规范171规定,主梁挠度容许值为跨度的1/400,反算出分配梁的最小截面。墙面的分配梁系统最终选择截面为:第一级和第二级分配梁采用宽翼缘H型钢HW100X 100;第三级和第四级分配梁采用宽翼缘H型钢HW150X150,墙面分配梁系统,如。为了使柱在荷载作用下能发生与实际风荷载作用一致的转动,将各级分配梁之间用可以转动的耳板连接(如所示)。为方便起见,背风墙面和迎风墙面采用相同分配梁系统,如所示。屋面分配梁系统的设计方法同墙面分配梁系统一致,但是每侧屋架上布置三个加载点。

墙面分配梁系统由于整个墙面分配梁系统质量较大,会对结构产生向外的倾覆力,同时又要考虑分配梁能够发生沿风向的水平位移,因此,在第三级分配梁下安装定向滑移支座。因此,整个液压伺服系统的加载首先要克服分配梁与定向滑移支座间的摩擦力才能施加到房屋框架柱上。经计算可得,墙面分配梁系统在定向滑移支座处前的滑动摩酌力与作用在墙面的风荷载以及屋盆配梁系统的自奄与施加在屋面上。net荷载比较,均可以忽略不计。所以,认为加载系统产生的荷载直接作用在房屋结构上。

1.3试验测点布置为了反映结构的受力状态,主要测定数据为屋架的竖向挠度、柱顶的水平位移、屋脊的水平位移、屋架的应力以及柱的应力。由于结构与荷载的对称性,本试验只在房屋一半布置测点。屋架编号依次为W1、W2、W3(由中间屋架向两侧)且在东西方向对称布置,东侧柱编号依次为乙12223(由南向北),西侧柱编号依次为Z4、Z5、Z6(由北向南),如。

荷载:在电液伺服液压加载系统、千斤顶以及倒链的端部均安装荷载传感器,共计6个。

应变:中1至8为各屋架的应变测点,分别布置于屋架两端、屋架下弦与屋架的交点处、屋脊两侧、下弦交点与屋脊的中间,屋架上下两侧各布置一个应变片。柱上1、2、3为柱的应变测点位置,分别为柱顶、柱底和柱中。柱内外两侧各布置一个应变片。总计有应变片84片。

位移:位移的测量共有两种,一为水平位移;二为竖向位移。水平位移采用位移计测量,分别布置在柱顶和屋架节点处,共计9个。由于屋架在风荷载作用下发生竖向位移的同时,还会发生水平位移,在结构之外搭建的脚手架上安装精度为1mm的方格纸(如所示)来量测屋架竖向挠度。

2试验现象及数据分析bookmark5房屋框架在风荷载0.35kN/m2作用下发生较大的水平位移,屋架有较大的向上弯曲。由于柱发生较大的水平位移,而定向滑移支座限制了柱向下的位移,因此,中柱及角柱柱底均有不同程度的与地圈梁分离的现象。梁柱节点板有较大变形。房屋整体在0.65kN/m2风荷载作用下整个屋面有轻微的凸起,墙面板被拉起,各柱底有不同程度的柱与地圈梁分离的现象(如0所示)2.2风荷载作用下屋架各测点应力bookmark7说明:在以下各曲线图中,系列1为房屋框架在风荷载为0.175 kN/m2时弯矩(位移)曲线;系列2为房屋框架在风荷载为0.35kN/m2时弯矩(位移)曲线;系列3为房屋整体在风荷载为0.弯矩(位移)曲线;系列4为房屋整体在风荷载为0.50kN/m2时弯矩(位移)曲线;系列5为房屋整体在风荷载为0.65kN/m2时弯矩(位移)曲线。

a)由1屋架的弯矩曲线可知,在风荷载作用下房屋框架和整体房屋中,三榀屋架的弯矩曲线均为迎风面屋架弯矩较小,背风面弯矩相对较大。房屋框架两端节点处的弯矩均较大。屋架下弦与屋架的交点截面内力较大。随着荷载的增大,截面弯矩增大。安装屋面板和墙面板后,屋架的内力不仅大大减小且分布也比较平缓,屋架两侧内力分布趋于成对称分布。

(2)由于在风荷载作用下房屋框架的水平位移较大,屋架两端的屋架与柱节点处,内力较大。而在整体房屋中,屋架与柱节点处则内力较小。

(3)由于山墙墙面横向拉杆及山墙柱对W3的加强作用,房屋框架中W3的内力远小于W1、W2的内力。而且在相同的0.35kN/m2风荷载下,房屋框架W3的弯矩曲线与房屋整体W3的弯矩曲线相差不大,且曲线走向基本一致。说明在风荷载作用下,山墙柱屋架的加强,起重要作用。

2.3风荷载作用下柱弯矩曲线bookmark8(1)2中,房屋框架柱在风荷载作用下,随荷载的增大弯曲程度增大。与房屋框架屋架弯矩曲线图中屋架与柱节点处弯矩较大对应,柱顶的弯矩也较大。

(2)由于墙面板的加强作用,整体房屋柱的弯曲程度减小。柱均发生沿顺风向弯曲。随荷载的增大,柱的弯曲程度增大,但是在0.65kN/m2风荷载下整体房屋柱的弯曲程度仍小于0.35kN/m2下房屋框架柱的弯曲。在山墙两侧的Z3、Z4由于受山墙的约束作甩柱的弯曲程度最小。从整体1房MlZZ4的弯矩曲线可知lafe于山墙面板的加强作用U大大降低了角柱的变形。http://www.cnki.net 2柱各测点弯矩曲线(3)在房屋框架中,只有框架承受荷载,构件发生较大的变形,屋架与柱节点两侧发生较大的内力;在整体房屋中,由于墙面板的加强作用,限制了柱的变形,使节点的内力也较小。说明,由于屋面板和墙面板的整体加强作用,施加在房屋框架上的力有效的经由屋面板传递到墙面板,再传递到地基充分体现了结构的蒙皮效应。这种由房屋面板和墙面板使各平面的屋架组合在一起,形成了具有空间刚度的建筑,可以取代或部分取代屋盖系统支撑间的纵向系杆,可减少屋面的横向水平支撑,使结构受力均匀,有2.风荷载作用下柱顶水平位移房屋框架在风荷载作用下发生较大的水平位移(5kN/m2时,房屋框架迎风面中柱Z6柱顶的水平位移已达到156. 98mm.而对应相同风荷载作用下整体房屋柱顶的水平位移只有18.21mm,位移量减少702%.说明房屋在安装屋面板和墙面板后,非常有效的降低了房屋水平侧移。

2.5风荷载作用下屋架竖向位移由2.4节,房屋框架在风荷载作用下发生较大的水平位移,造成背风面屋架发生向下的竖向位移量大于屋架受到的风吸力产生的向上的位移量,因此屋架表现为发生向下的竖向位移。4所示。

而在整体房屋中,由于屋面板的安装间隙,屋架在第一次加载0.35kN/m2时发生较大的竖向位移。房屋整体性强,发生的水平位移较小,相比而言,屋架受风吸力产生的向上的位移量大于由于房屋水平位移造成的屋架向下的位移量,因此,屋架表现为发生向上的竖向位移。由屋架中间向两侧,屋架竖向位移量减小。房屋整体在风荷载作用下,随荷载增大屋架的发生向上的竖向位移增大。

2.6小结4屋架各竖向位移测点位移曲线房屋框架在风荷载0.35kN/m2下各测点的弯矩图与变形图得出,屋架的最大弯矩发生在W1,屋架最大应力值为66.71MPa;柱的最大弯矩发生在Z5柱顶,柱最大应力为41.44MPa,均远远小于铝合金材料的屈服强度215MPa.而柱顶的最大横向位移为156.98mm,已远远超出房屋使用所允许的限值。因此,应当以活动房柱顶的位移限值作为加载结束的标准。在较小的0.175kN/m2风荷载下,房屋框架发生的水平位移已达到83.44mm,说明,不应将房屋框架作为单独的受力体系。

时)为刚架柱高度的1/60.活动房的位移限值为38.5mm.在对房屋施加i一级风荷载0.柱顶的水平位移为39.5mm,已大于规范限值。因此,活动房承受的最大风荷载为十一级风。

房屋框架在0.35kN/m2风荷载作用下,W1发生的最大应力点为背风面,屋架下弦节点,应力值为66.71MPa;W2发生的最大应力点为背风面,屋架下弦节点,应力值为63.77MPa;W3发生的最大应力点为背风面a屋架节点1!应力值为c¥fia因此,房屋框架在风荷载作用下,最不利承载位。net为背风面屋架下弦节点。房屋整体在。

65kN/m2风荷载作用下,最大应力点发生在W1背风面,屋架下弦节点,应力值为40.67MPa.说明,房屋整体在风荷载作用下,最不利承载位置为背风面中屋架下弦节点。

3结论由活动房的试验得出,活动房整体满足结构的设计荷载要求,所能承受的最大风荷载为十一级风为0.65kN/m2,而且建议不应将房屋框架作为单独的受力体系;安装屋面板和墙面板后,增加了结构的刚度,降低了构件内力;极其有效的降低了结构在风荷载下的位移,在将房屋应用于大风地区时,可以充分考虑利用结构的蒙皮效应;房屋中间屋架背风面下弦节点为结构的最不利承载位置;由于在风荷载作用下,铝合金活动房产生的水平位移较大,可以门式刚架轻型房屋钢结构技术规程中刚架柱顶位移设计值的限值作为铝合金结构设计加载控制的标准。