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网架结构雪载超载保护装置研究

作　者: 孙晓伟
导　师: 张德海；刘明
学　校: 沈阳建筑大学
专　业: 结构工程
关键词: 网架结构雪荷载可靠性设计不均匀分布保护装置螺栓抗剪强度
分类号: TU356
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

空间结构以其优越的空间特性、良好的受力性能和多种多样的建筑形式,长久以来一直深受人们的青睐。尤其是大跨度空间结构已经成为当今各个国家建筑科学技术发展水平的重要标志之一。空间网架结构经过近半个世纪的发展、研究及应用,已经成为大跨度屋盖中最普遍的结构形式之一,在国内外都得到了广泛的应用。我国改革开放以来空间结构有了很大的发展,其中尤以平板网架发展最快最广泛。2008年北京奥运会我国网架结构得到了充分的发挥。2008年初,一场罕见的雨雪冰冻灾害突袭了我国南方广大地区,城乡交通、电力、通信等遭受重创,百姓生活受到严重影响,经济损失巨大。通过调查发现,网架结构在经历百年未遇的暴风雪袭击时,往往遭受不同程度的损坏,严重影响着结构使用的安全性。世界各国研究人员深入研究了暴风雪中网架结构破坏的原因,并从提高结构抗力和减少屋面荷载两种途径,采取了各种措施来防止灾害的发生。本文在先前诸多研究的基础上,选择从减少屋面荷载的途径出发,提出一种新的保护装置来提高网架结构的使用安全性,防止暴风雪灾害中网架结构的损坏。本文所研究装置主要是应用螺栓的受剪性能,通过连接螺栓的受剪破坏来促使装置发挥作用。故而,保护装置的研究最终归结为对连接螺栓抗剪强度的研究。可靠性的基本理论已经普遍为人们所接受,并广泛应用于实际工程中。根据现有的研究,受剪螺栓连接的设计中,通常不计预紧力和被联接件之间的摩擦力的影响,并认为抗剪强度服从正态分布。根据沈阳地区50多年来对雪荷载分布情况的已有调查,分析了网架屋面上雪荷载的分布特点,并在均布荷载和高地跨处的不均匀荷载情况下,应用可靠性基本理论,参照Q235钢抗剪强度的概率分布情况,对受剪螺栓的直径进行选取,从而完成对保护装置的设计。本文对网架结构雪载超载保护装置在屋面的布置进行了研究和设计。研究主要是通过对屋面积雪基本特征的调查,分析了保护装置在屋面布置的一些影响因素,并通过对保护装置最大卸载半径与这些影响因素关系的研究,推导出确定卸载最大半径的计算公式。文中提出保护装置在屋面上的布置原则,并采取正方形和长方形两种基本的排列方式对保护装置进行布置。最后,还应用3D3S钢结构—空间结构设计软件设计了一个网架结构,并通过ABAQUS通用有限元软件,分析比较在超载荷作用下网架屋面布置保护装置前后的应力分布情况。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-19
  1.1 引言  8
  1.2 网架结构的特点及主要形式  8-10
    1.2.1 网架结构的主要特点  8-9
    1.2.2 网架结构的主要形式  9-10
  1.3 我国网架结构的发展与应用  10-12
  1.4 冰雪灾害  12-14
  1.5 国内外的研究背景  14-18
    1.5.1 网架破坏的主要形式  14-15
    1.5.2 网架破坏的主要原因  15-17
    1.5.3 雪灾防治的技术和措施  17-18
  1.6 本文研究的主要目的及内容  18-19
第二章网架结构屋面雪荷载分布特点及可靠性基本理论  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 网架结构屋面雪荷载分布特点  19-20
  2.3 结构可靠性的基本概念  20-25
    2.3.1 结构可靠性  21
    2.3.2 结构的极限状态  21-22
    2.3.3 结构可靠度  22-23
    2.3.4 结构可靠指标  23-25
  2.4 结构可靠性分析常用的概率分布  25-27
    2.4.1 正态分布  25-26
    2.4.2 对数正态分布  26
    2.4.3 极值I 分布  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章网架结构雪载超载保护装置工作机理  28-39
  3.1 引言  28
  3.2 网架结构雪载超载保护装置设计  28-31
    3.2.1 设计依据  28-29
    3.2.2 网架结构雪载超载保护装置  29-30
    3.2.3 装置的设计理念  30
    3.2.4 装置的工作机理  30-31
  3.3 控制阀的设计  31-36
    3.3.1 控制阀联接板  31
    3.3.2 受剪螺栓的统计参数  31-32
    3.3.3 受剪螺栓的选取  32-36
  3.4 网架结构雪载超载保护装置工作效用分析  36-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章网架结构雪载超载保护装置屋面布置设计  39-65
  4.1 引言  39
  4.2 我国基本雪压的分布特点  39-40
  4.3 积雪特征及雪的强度指标  40-41
    4.3.1 积雪特征  40
    4.3.2 雪的强度指标  40-41
  4.4 网架结构雪载超载保护装置布置设计  41-46
    4.4.1 影响网架结构雪载超载保护装置布置设计的因素  41-43
    4.4.2 网架结构雪载超载保护装置布置设计  43-46
  4.5 保护装置对网架结构应力分布的影响  46-64
    4.5.1 引言  46
    4.5.2 软件简介  46-48
    4.5.3 工程概况  48-52
    4.5.4 模型建立  52-53
    4.5.5 网架结构保护装置布置前受力分析  53-54
    4.5.6 网架屋面雪载超载保护装置布置  54-64
  4.6 本章小结  64-65
第五章结论与展望  65-66
  5.1 结论  65
  5.2 展望  65-66
参考文献  66-68
作者简介  68
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  68-69
致谢  69-70

网架结构雪载超载保护装置研究

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