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        拼裝式活動房在風荷載作用下的試驗研究

        發布日期:2018-08-13 10:29:39 閱讀量(


        提供依據。結構外形圖及尺寸示意圖,如、所示。

        1試驗介紹1.1加載方案根據國家標準試驗方法的規定151,對活動房所用材料取樣,進行材性試驗,得出活動房所使用鋁合金材料的屈服強度為215MPa彈性模量為70000MPa.試驗米用靜力加載的方式。分兩部分進行:第一部分對活動房框架在九級風為0.35kN/m2的承載力及變形性能研究;第二部分對活動房整體在極限風荷載作用下其承載力及變形性能進行研究。

        由于門斗部分在風荷載作用下會對結構產生有利作用,因此,在試驗中,沒有安裝門斗部分。

        加載時按力的等效原則將均布風荷載轉化為點荷載施加到房屋框架上。本試驗采用兩臺液壓作動器提供側墻風壓力,通過分配梁系統將作動器產生集中荷載分配到活動房上各加載點,兩臺液壓作動器由計算機控制進行同步加載。兩個油壓千斤頂提供側墻風吸力,通過分配梁系統分配集中荷載到加載點上,兩個千斤頂由油泵控制進行同步加載。倒鏈提供屋面風吸力,通過屋面分配梁系統將荷載分配到各個加載點上。由于采用的三套加載系統除作動器為計算機控制外,其他均為手動控制,無法做到同時同步,故三套系統按液壓作動器,油壓千斤頂,倒鏈的順序依次加載。三套加載系統會相互影響導致交叉卸載的情況,故要經過多次調整后才能使各部分的荷載達到要求。

        在試驗前,先預加風荷載20%的荷載,使試件各部分接觸良好,進入正常工作狀態;并檢驗試驗裝置的可靠性;檢驗全部觀測儀表工作正常與否;消除構件間隙、支座滑移等因素所引起的誤差161.對房屋框架加載分兩個階段為:第一階段為0.175kN/m2;第二階段為0.35kN/m2(九級風)。房屋整體加載分三個階段為:第一階段為0.35kN/m2(九級風)第二階段為0.(十級風)和第三階段為0.65kN/m2(十一級風)。

        1.2加載分配梁系統荷載分配梁截面的選擇根據GB50017-2003〈鋼結構設計規范171規定,主梁撓度容許值為跨度的1/400,反算出分配梁的最小截面。墻面的分配梁系統最終選擇截面為:第一級和第二級分配梁采用寬翼緣H型鋼HW100X 100;第三級和第四級分配梁采用寬翼緣H型鋼HW150X150,墻面分配梁系統,如。為了使柱在荷載作用下能發生與實際風荷載作用一致的轉動,將各級分配梁之間用可以轉動的耳板連接(如所示)。為方便起見,背風墻面和迎風墻面采用相同分配梁系統,如所示。屋面分配梁系統的設計方法同墻面分配梁系統一致,但是每側屋架上布置三個加載點。

        墻面分配梁系統由于整個墻面分配梁系統質量較大,會對結構產生向外的傾覆力,同時又要考慮分配梁能夠發生沿風向的水平位移,因此,在第三級分配梁下安裝定向滑移支座。因此,整個液壓伺服系統的加載首先要克服分配梁與定向滑移支座間的摩擦力才能施加到房屋框架柱上。經計算可得,墻面分配梁系統在定向滑移支座處前的滑動摩酌力與作用在墻面的風荷載以及屋盆配梁系統的自奄與施加在屋面上。net荷載比較,均可以忽略不計。所以,認為加載系統產生的荷載直接作用在房屋結構上。

        1.3試驗測點布置為了反映結構的受力狀態,主要測定數據為屋架的豎向撓度、柱頂的水平位移、屋脊的水平位移、屋架的應力以及柱的應力。由于結構與荷載的對稱性,本試驗只在房屋一半布置測點。屋架編號依次為W1、W2、W3(由中間屋架向兩側)且在東西方向對稱布置,東側柱編號依次為乙12223(由南向北),西側柱編號依次為Z4、Z5、Z6(由北向南),如。

        荷載:在電液伺服液壓加載系統、千斤頂以及倒鏈的端部均安裝荷載傳感器,共計6個。

        應變:中1至8為各屋架的應變測點,分別布置于屋架兩端、屋架下弦與屋架的交點處、屋脊兩側、下弦交點與屋脊的中間,屋架上下兩側各布置一個應變片。柱上1、2、3為柱的應變測點位置,分別為柱頂、柱底和柱中。柱內外兩側各布置一個應變片??傆嬘袘兤?4片。

        位移:位移的測量共有兩種,一為水平位移;二為豎向位移。水平位移采用位移計測量,分別布置在柱頂和屋架節點處,共計9個。由于屋架在風荷載作用下發生豎向位移的同時,還會發生水平位移,在結構之外搭建的腳手架上安裝精度為1mm的方格紙(如所示)來量測屋架豎向撓度。

        2試驗現象及數據分析bookmark5房屋框架在風荷載0.35kN/m2作用下發生較大的水平位移,屋架有較大的向上彎曲。由于柱發生較大的水平位移,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與地圈梁分離的現象。梁柱節點板有較大變形。房屋整體在0.65kN/m2風荷載作用下整個屋面有輕微的凸起,墻面板被拉起,各柱底有不同程度的柱與地圈梁分離的現象(如0所示)2.2風荷載作用下屋架各測點應力bookmark7說明:在以下各曲線圖中,系列1為房屋框架在風荷載為0.175 kN/m2時彎矩(位移)曲線;系列2為房屋框架在風荷載為0.35kN/m2時彎矩(位移)曲線;系列3為房屋整體在風荷載為0.彎矩(位移)曲線;系列4為房屋整體在風荷載為0.50kN/m2時彎矩(位移)曲線;系列5為房屋整體在風荷載為0.65kN/m2時彎矩(位移)曲線。

        a)由1屋架的彎矩曲線可知,在風荷載作用下房屋框架和整體房屋中,三榀屋架的彎矩曲線均為迎風面屋架彎矩較小,背風面彎矩相對較大。房屋框架兩端節點處的彎矩均較大。屋架下弦與屋架的交點截面內力較大。隨著荷載的增大,截面彎矩增大。安裝屋面板和墻面板后,屋架的內力不僅大大減小且分布也比較平緩,屋架兩側內力分布趨于成對稱分布。

        (2)由于在風荷載作用下房屋框架的水平位移較大,屋架兩端的屋架與柱節點處,內力較大。而在整體房屋中,屋架與柱節點處則內力較小。

        (3)由于山墻墻面橫向拉桿及山墻柱對W3的加強作用,房屋框架中W3的內力遠小于W1、W2的內力。而且在相同的0.35kN/m2風荷載下,房屋框架W3的彎矩曲線與房屋整體W3的彎矩曲線相差不大,且曲線走向基本一致。說明在風荷載作用下,山墻柱屋架的加強,起重要作用。

        2.3風荷載作用下柱彎矩曲線bookmark8(1)2中,房屋框架柱在風荷載作用下,隨荷載的增大彎曲程度增大。與房屋框架屋架彎矩曲線圖中屋架與柱節點處彎矩較大對應,柱頂的彎矩也較大。

        (2)由于墻面板的加強作用,整體房屋柱的彎曲程度減小。柱均發生沿順風向彎曲。隨荷載的增大,柱的彎曲程度增大,但是在0.65kN/m2風荷載下整體房屋柱的彎曲程度仍小于0.35kN/m2下房屋框架柱的彎曲。在山墻兩側的Z3、Z4由于受山墻的約束作甩柱的彎曲程度最小。從整體1房MlZZ4的彎矩曲線可知lafe于山墻面板的加強作用U大大降低了角柱的變形。http://www.cnki.net 2柱各測點彎矩曲線(3)在房屋框架中,只有框架承受荷載,構件發生較大的變形,屋架與柱節點兩側發生較大的內力;在整體房屋中,由于墻面板的加強作用,限制了柱的變形,使節點的內力也較小。說明,由于屋面板和墻面板的整體加強作用,施加在房屋框架上的力有效的經由屋面板傳遞到墻面板,再傳遞到地基充分體現了結構的蒙皮效應。這種由房屋面板和墻面板使各平面的屋架組合在一起,形成了具有空間剛度的建筑,可以取代或部分取代屋蓋系統支撐間的縱向系桿,可減少屋面的橫向水平支撐,使結構受力均勻,有2.風荷載作用下柱頂水平位移房屋框架在風荷載作用下發生較大的水平位移(5kN/m2時,房屋框架迎風面中柱Z6柱頂的水平位移已達到156. 98mm.而對應相同風荷載作用下整體房屋柱頂的水平位移只有18.21mm,位移量減少702%.說明房屋在安裝屋面板和墻面板后,非常有效的降低了房屋水平側移。

        2.5風荷載作用下屋架豎向位移由2.4節,房屋框架在風荷載作用下發生較大的水平位移,造成背風面屋架發生向下的豎向位移量大于屋架受到的風吸力產生的向上的位移量,因此屋架表現為發生向下的豎向位移。4所示。

        而在整體房屋中,由于屋面板的安裝間隙,屋架在第一次加載0.35kN/m2時發生較大的豎向位移。房屋整體性強,發生的水平位移較小,相比而言,屋架受風吸力產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,屋架表現為發生向上的豎向位移。由屋架中間向兩側,屋架豎向位移量減小。房屋整體在風荷載作用下,隨荷載增大屋架的發生向上的豎向位移增大。

        2.6小結4屋架各豎向位移測點位移曲線房屋框架在風荷載0.35kN/m2下各測點的彎矩圖與變形圖得出,屋架的最大彎矩發生在W1,屋架最大應力值為66.71MPa;柱的最大彎矩發生在Z5柱頂,柱最大應力為41.44MPa,均遠遠小于鋁合金材料的屈服強度215MPa.而柱頂的最大橫向位移為156.98mm,已遠遠超出房屋使用所允許的限值。因此,應當以活動房柱頂的位移限值作為加載結束的標準。在較小的0.175kN/m2風荷載下,房屋框架發生的水平位移已達到83.44mm,說明,不應將房屋框架作為單獨的受力體系。

        時)為剛架柱高度的1/60.活動房的位移限值為38.5mm.在對房屋施加i一級風荷載0.柱頂的水平位移為39.5mm,已大于規范限值。因此,活動房承受的最大風荷載為十一級風。

        房屋框架在0.35kN/m2風荷載作用下,W1發生的最大應力點為背風面,屋架下弦節點,應力值為66.71MPa;W2發生的最大應力點為背風面,屋架下弦節點,應力值為63.77MPa;W3發生的最大應力點為背風面a屋架節點1!應力值為c¥fia因此,房屋框架在風荷載作用下,最不利承載位。net為背風面屋架下弦節點。房屋整體在。

        65kN/m2風荷載作用下,最大應力點發生在W1背風面,屋架下弦節點,應力值為40.67MPa.說明,房屋整體在風荷載作用下,最不利承載位置為背風面中屋架下弦節點。

        3結論由活動房的試驗得出,活動房整體滿足結構的設計荷載要求,所能承受的最大風荷載為十一級風為0.65kN/m2,而且建議不應將房屋框架作為單獨的受力體系;安裝屋面板和墻面板后,增加了結構的剛度,降低了構件內力;極其有效的降低了結構在風荷載下的位移,在將房屋應用于大風地區時,可以充分考慮利用結構的蒙皮效應;房屋中間屋架背風面下弦節點為結構的最不利承載位置;由于在風荷載作用下,鋁合金活動房產生的水平位移較大,可以門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程中剛架柱頂位移設計值的限值作為鋁合金結構設計加載控制的標準。

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