三種屋面系統的冷彎薄壁型鋼檁條的穩定性及設計方法

《三種屋面系統的冷彎薄壁型鋼檁條的穩定性及設計方法》是依託浙江大學，由童根樹擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：三種屋面系統的冷彎薄壁型鋼檁條的穩定性及設計方法
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：童根樹
• 項目類別：面上項目

項目摘要

冷彎薄壁型鋼檁條是輕鋼屋面系統的主要受力構件。除了自身剛度參數外，屋面檁條的受力性能還取決於屋面板和拉條的約束作用，屋面的約束作用與屋面系統採用的連線方式相關。工程中常用自攻螺釘、可滑動支架和暗扣連線等三種屋面系統，對於這三種屋面系統的檁條的受力性能計算，目前還存在：現行規範的計算方法不完全適用；對拉條真實的有效剛度認識不足，已有的方法常簡單地將拉條作為檁條的側向剛性支座；缺乏針對常用的嵌套連線連續檁條穩定性的可靠的計算方法等問題。為此，本項目擬針對三種屋面系統中使用的冷彎薄壁型鋼檁條的受力性能開展研究，採用試驗研究、理論分析和數值模擬相結合的手段，對屋面板的約束作用、拉條的有效剛度、無/有拉條簡支檁條及連續檁條的受力性能進行系統、深入研究，提出實用計算和設計方法。項目的研究可為這三種屋面系統使用的冷彎薄壁型鋼檁條提供實用的計算和設計方法，同時為我國相關規範的修訂提供理論和試驗研究基礎。

結題摘要

本項目按照計畫開展了三種屋面體系對檁條的扭轉約束的試驗研究。通過理論分析，提出了自攻螺釘屋面、360度卷邊滑動座屋面和暗扣座屋面的扭轉約束的分項抗扭剛度計算公式，並採用個分項的串聯模型得到最終的扭轉約束剛度公式。其中後兩種屋面進行了試驗研究，公式與試驗結果進行了對比,符合良好。自攻螺釘屋面則與歐洲的試驗進行了對比，偏於安全。 提出了研究C形和Z形檁條受壓翼緣畸變屈曲和彎扭屈曲的統一模型，新模型採用力和彎矩模擬檁條腹板對檁條翼緣的約束作用，從而能夠引入相互作用的交叉項。同時在剛度性質的計算上，考慮了一部分腹板高度的側向抗彎剛度的貢獻，使得模型更為合理。通過大量計算確定了模型後，對檁條在繞強軸、繞弱軸的彎矩和雙力矩作用下的畸變屈曲進行了系統的研究，對各個工況都提出了屈曲係數的計算公式，尤其是研究了Z形檁條卷邊斜角和寬度的影響，提出了公式。研究了兩種內力聯合作用下的畸變屈曲。 對檁條體系中拉條的作用，尤其是平行檁條體系中拉條的作用進行了深入的研究。研究分兩個方面：對線性的應力分布和位移的影響和對穩定性的影響。因為考慮了拉條拉力導致檁條腹板的局部變形，使得拉條拉力鬆弛了，而在平行檁條體系中拉條在相鄰檁距的錯位布置，使拉條的側向約束效率進一步下降，因此在應力分布和變形方面的結論是，拉條無法阻止檁條的側向彎曲和扭轉，平行檁條體系中離開拉條的錨固端越遠的檁條，其內力分布越接近於無拉條檁條。在穩定性方面，拉條剛度的鬆弛同樣有非常不利的影響，拉條的有效性隨檁條根數的增加急劇下降。對自攻螺釘屋面和滑動座屋面體系中的研究發現，拉條的作用不如屋面體系的扭轉約束對檁條穩定性的貢獻。 對滑動座下的平行檁條體系在風吸力作用下的穩定性進行了試驗研究，四個檁條跨度7.5m,檁距1.5m, 拉條分別是0,1,2道。試驗同樣證實了拉條對檁條在風吸力作用下的穩定性影響很小。 本項目系統的研究證實，現有實際工程中的檁條體系中的拉條，對提高穩定性是基本無效的，需要根本性的改進。提出了改進措施：例如拉條必須設定兩層，下層應設定在檁條的下翼緣上。