型钢拱架日光温室结构稳定性能及参数分析

型钢拱架日光温室结构的主要受力构件长细比大,暴雪等极端灾害天气下易引发结构失稳灾变。针对此问题,该研究利用弹塑性力学理论和非线性有限单元法,建立型钢拱架日光温室结构精细化有限元模型,开展雪荷载下日光温室稳定性能分析;通过对型钢截面类型（平椭圆形截面、箱形截面和几字形截面）、温室跨度（8、10和12 m）、雪荷载分布形态（分布厚度不均匀和分布区域不对称）等参数下进行日光温室失稳全过程分析,分别确定日光温室稳定承载力,揭示雪荷载分布对日光温室稳定承载力的量化影响;结合日光温室的荷载系数-位移全过程曲线和不同加载时刻点的变形图、应力图、轴力图与弯矩图,从直观现象和内在本质两个层面深入探明日光温室的静力失稳机理。分析结果表明：在保证不发生平面外整体失稳的前提下,当型钢截面面积和翼缘宽度相同时,相较于箱形截面型钢、几字形截面型钢,采用平椭圆形截面型钢拱架的日光温室稳定承载力分别提高了19.2%和44.2%;跨度对日光温室稳定承载力的影响较大,与8 m跨度相比,10、12 m跨度的日光温室的荷载系数分别下降了27.1%和57.9%;相较于均匀分布雪荷载,在非均匀分布雪荷载下日光温室的稳定承载力最大下降63.8%;相较于不设置拉杆和撑杆的情况,单独设置拉杆的日光温室稳定承载力最大可提高9.0%,单独设置撑杆的日光温室稳定承载力最大可提高66.8%。该研究得出的结果和给出的建议可为型钢拱架日光温室结构抗雪设计、稳定性研究和防灾分析提供技术指导和理论参考。     

薄膜承载力及其对日光温室结构稳定性能的影响

为研究薄膜对日光温室结构抗灾害垮塌性能的影响,采用 ANSYS 有限元分析软件,模拟了单片薄膜受风雪、冰雹荷载作用情景,分析了薄膜厚度、尺寸（长度×宽度）、预张力和外荷载对单膜承载力的影响,建立了日光温室结构单榀拱架、无膜空间整体骨架、覆膜空间整体骨架3种计算模型,得到了风雪灾害下日光温室结构破坏全过程以及覆膜日光温室结构空间系数,探讨了薄膜厚度、弹性模量、预张力等参数改变时,薄膜张拉刚化效应对日光温室结构稳定性能的影响。结果表明：薄膜尺寸（长度×宽度）和厚度是影响其承载性能的主要因素,同时应适当考虑薄膜长宽比影响;0.2 mm厚的薄膜可满足特强冰雹的防灾要求;薄膜张拉刚化效应有助于提高日光温室结构抗风承载力,对抗雪承载力影响不大;各分析参数中,薄膜弹性模量对日光温室结构空间系数的影响不明显。研究结果为覆膜日光温室结构抗风雪、抗冰雹灾害设计提供参考。     

柔性保温墙椭圆管单管拱架日光温室内力分析及结构优化

针对柔性材料围护椭圆管单管拱架日光温室跨度不断加大,而标准化管材市场供应截面单一带来的结构安全性问题,该研究基于北京地区的风、雪荷载,依据国家标准《农业温室结构荷载规范》（GB/T 51183-2016）和《农业温室结构设计标准》（GB/T 51424-2022）,选用截面80 mm×30 mm×2.0 mm（高×宽×壁厚）椭圆管,以12 m跨度日光温室为基准,使用Midas-Gen有限元软件建立模型,分析不同作物吊挂模式、后墙立柱不同结构形式以及拱架与基础不同连接形式对结构内力分布的影响,寻找结构最大应力最小的作物吊挂模式和结构形式。结果显示：柱脚铰接的单管拱架作物荷载2点吊挂时,出现强烈的局部应力集中,且作物荷载为主要控制荷载。其中后墙立柱作物吊挂点位置最大应力值为1146.7 N/mm²,其余位置平均应力值为445.4 N/mm²。作物荷载为3个吊挂点时,拱架应力系数为0.61,作物荷载退化为次要控制荷载;吊挂点个数≥4时,拱架应力系数降低到约0.51,作物荷载完全退出控制作用,拱架最大应力仍超出材料允许强度。因此,采用局部加强措施同时结合柱脚连接形式寻找更加合理的拱架结构,并最终提出该温室结构采用前柱脚铰接、后柱脚固接、后墙立柱为格构柱时结构的最大应力最小,应力分布最合理。研究可为北京地区柔性保温墙椭圆管单管拱架日光温室的结构形式和结构用材提供参考。     

观光温室结构楔形箱型矩管柱梁连接节点抗震性能

为了满足温室结构的建设需要,提出了一种楔形箱型矩管柱与H形钢梁连接节点构造型式,并对该种节点的抗震性能进行研究。利用ANSYS对该节点进行了往复荷载作用下的有限元模拟分析,讨论了钢梁翼缘、腹板厚度及矩管柱壁厚对钢节点抗震性能的影响。结果表明,楔形箱型节点在往复荷载作用下梁端塑性铰位置向跨中偏移,保证了"强柱弱梁、强节点弱构件"设计理念的实现。累积耗能比传统的外联板式节点高出25.40%,比内隔板式节点减少20.46%,滞回曲线相对饱满,体现了良好的抗震性能。同时,梁翼缘和腹板的厚度及楔形箱形截面宽度变化率对于节点的抗震性能有较大的影响,建议实际工程中截面宽度变化率取1:4。计算结果表明该节点具有良好的抗震性能。     

塑料温室拱结构雪载工况下极限承载力的非线性有限元分析

该文阐述了应用非线性有限元理论,对塑料温室拱结构在考虑初始缺陷条件下,进行极限承载力分析的方法。初始缺陷的模型是根据一致缺陷模态法,按最小特征值屈曲模态分布,并控制其最大值的方法确定。结构分析考虑双重非线性情况,采用弧长法跟踪整个荷载—位移全过程的平衡路径,确定极限承载力。该文以华东型连栋塑料温室在雪载工况下作实例分析,其计算结果与产品标定的承载力基本吻合,表明该方法具有较好的适用性。     

考虑覆盖材料蒙皮效应的温室结构稳定承载力计算

为研究覆盖材料蒙皮效应对温室结构稳定承载力的影响,该文在考虑温室结构的实际工作状态、材料非线性和几何大变形的前提下,采用ANSYS有限元分析软件,选取华北型、文洛型和日光型3种温室结构类型,建立了单榀骨架、整体骨架、整体骨架覆盖薄膜、整体骨架覆盖玻璃和整体骨架覆盖PC板5种计算模型,模拟了风雪灾害下温室结构破坏的全过程,得到了其破坏模式和荷载与位移关系曲线,分析了温室结构的稳定承载力和空间作用效应,并给出了其极限荷载系数和稳定承载力提高系数。结果表明:考虑覆盖材料蒙皮效应时,雪荷载作用下温室结构易发生失稳破坏,风荷载作用下温室结构稳定承载力较高,温室结构抗雪灾能力低于抗风灾能力;荷载工况由风荷载控制时,覆盖材料使日光温室结构稳定承载力提高20%~50%,设计时可考虑相应蒙皮效应;荷载工况由雪荷载控制时,覆盖材料使华北型和文洛型温室结构稳定承载力分别提高1~2倍和1~4倍,设计时可考虑相应蒙皮效应;覆盖玻璃使温室结构稳定承载力提高20%~280%,覆盖PC板使之提高20%~240%,覆盖薄膜使之提高0~40%。研究成果可为温室结构抗风雪灾害设计提供参考。     

育肥猪舍用混凝土微缝地板的截面优化

为解决现有混凝土微缝地板因截面设计不尽合理产生的承载力富余过大,导致实际生产中板体自重大、生产和运输成本高等问题。该文通过计算假定、截面和荷载转化的方法,对混凝土微缝地板的结构进行了理论剖析,对其制造材料、板体尺寸、配筋等进行了优化和力学性能计算。在截面面积减少3600mm2、纵向钢筋面积减少213mm2、混凝土的标号由C30调至C25的情况下,单块地板的正截面抗弯值为3.14kN.m,斜截面抗剪值为3.56kN,裂缝宽度值为0.167mm,跨中截面挠度值为3.70mm,均可满足育肥猪安全使用要求。优化后,单块地板混凝土使用量可节省0.01m3,每平米地面铺设成本降低18%。     

定向刨花板加固腹板开洞竹木工字梁力学性能研究

为研究定向刨花板(oriented strand board,OSB)加固腹板开洞的竹木工字梁的力学性能,揭示其受力破坏机理。以孔径与腹板高度的比值(d/hw)和补强板型为参数,制作并测试了42根竹木工字梁,考察测试过程中的破坏形态、弯曲变形性能,分析各因素对工字梁力学性能的影响规律。结果表明,当孔径较小(d/hw≤25%)时,试件的破坏形态以翼缘内OSB层裂和腹板剪切破坏为主,孔洞对开洞梁承载力和刚度的影响较小,可忽略不计。当孔径较大(d/hw25%)时,破坏形态以洞口周边受拉和受压破坏为主,随着孔洞直径d增加,孔洞的不利影响愈发明显,开洞梁的承载能力呈下降趋势,但对梁的刚度影响较小。OSB补强板能有效约束孔角裂缝开展,加固后的开洞梁的开裂荷载、正常使用极限状态荷载和承载能力极限状态荷载较未加固开洞梁明显提高,平均提高52.9%、12.1%和28.2%。但OSB补强板对开洞梁抗弯刚度的改善作用不明显,平均提高仅为11.5%。承载力和刚度的提高幅度与补强板类型密切相关,其中,套环定向刨花板(collar oriented strand board,C-OSB)增强效果最好、双U型定向刨花板(two U shaped oriented strand board,TU-OSB)次之,U型定向刨花板(U shaped oriented strand board,U-OSB)最差。C-OSB适合于管道施工前对开洞梁进行加固,而U-OSB和TU-OSB适合加固d/hw不大于75%的开洞梁。粘贴OSB加固开洞竹木工字梁是一种有效的加固方法。     

日光温室前屋面支撑位置对实腹式骨架安全性的影响

为掌握日光温室前屋面支撑点设置位置对骨架结构安全性的影响规律,获得最佳支撑点位置设置区域,该研究以北京地区为例,选取8、9、10 m三种常见跨度的日光温室为研究对象,依据相关设计规范提出了3种跨度日光温室的建筑剖面并确定了荷载作用形式。假定在日光温室前屋面骨架设置一个支撑点,并且支撑点位置可以沿着前屋面骨架以每隔一段相对固定的距离(约为50 cm)进行变化,运用MIDAS-Gen软件分别计算对应的49种支撑工况、255种荷载组合下温室前屋面骨架的宽厚比、挠度和应力比系数等强度及稳定性指标。计算发现,在不同支撑工况和荷载组合下,分别选取70mm×50mm×2.0 mm、80 mm×60 mm×2.0 mm、90 mm×60 mm×2.0 mm作为8、9、10 m跨日光温室的实腹式主拱架截面,对应的拱杆宽厚比为33、38、43,挠度值最大为15.13、14.69、18.5mm,均满足规范要求。温室前屋面支撑点位置变化对骨架安全性产生显著的影响,挠度变形、应力比系数随支撑点位置的变化规律均呈现出"孤峰型"曲线特征,且3种跨度温室的曲线规律基本一致,在峰值附近是最佳的支撑设置区域,其中8、9、10 m跨日光温室相对于前屋面投影的最佳相对支撑位置分别为51%、72%和71%,在此位置区域内增加支撑可降低日光温室拱杆应力,减小挠度值。研究结果可为指导日光温室应急防灾、实腹式骨架系统研发等提供参考。     

日光温室荷载组合方法及应用

荷载组合是日光温室结构设计的前提和依据，为了使工程设计人员科学认识和正确使用荷载组合，需要对日光温室的荷载特点、组合效应进行分析和构建。该研究分析了日光温室荷载的特征，通过分析国家规范体系中对结构设计荷载组合的要求，并以北京地区日光温室为例，分析了12个荷载工况下温室骨架的最大应力比，表明多种可变荷载成为主导荷载的可能性；研究提出了基于精确分析所有可能荷载组合的逻辑、方法，并在此基础上研发了日光温室全荷载组合自动生成软件；继续以北京地区日光温室为例，分析了该日光温室在1 216种荷载组合下的最大应力比，与当前普遍采用的预估等简化设计方式进行了比较。分析表明，采用部分荷载组合的日光温室简化设计方法没有涵盖算例中所出现的最不利荷载组合方式，存在组合上的漏洞，而采用"全荷载组合"进行结构分析是必要的、科学的，可以作为新国家规范要求下荷载组合取值的具体方法。应用表明，在电算化条件下，运算时间不到1 s，在工程设计中是高效的。研究结果具有较强的现实意义，可在满足现行国家标准的前提下，直接应用于日光温室工程设计、专业软件开发、既有软件改造升级之中。     

带约束拉杆钢管/竹胶板组合空芯短柱的偏心抗压性能

采用冷弯薄壁方型钢管和胶合竹板通过横向约束拉杆和结构胶黏剂复合成顺纹抗压的组合空芯短柱(thin-walled steel tube/bamboo-plywood composite hollow short column with binding bars,SBCCB),采用9个试件研究SBCCB试件的偏心抗压破坏模式、抗压承载力和影响规律。结果表明,SBCCB试件受压破坏形态主要为柱端开胶破坏、横向约束拉杆之间基体胶合界面开胶剥离破坏和胶合竹板局部压屈破坏;SBCCB抗压极限荷载随胶合竹净横截面积增大而提高,随着长细比和荷载偏心率的增大而降低,随空心率增大而增大;约束拉杆可有效延迟SBCCB的开胶剥离破坏,改变屈曲破坏模式,有助于试件抗压承载力的提高;相对于不带约束拉杆试件,SBCCB抗压极限应力提高约17.64%;局部翘曲随约束拉杆间距减小而减小,相对拉杆间距比3.0以下能确保较小的局部翘曲变形。薄壁钢管和胶合竹板能形成较好的复合抗压结构单元,该批试件平均值抗压强度达到18.54 MPa,展现了优异的抗压性能。SBCCB可作为绿色建筑材料广泛应用于现代装配式工程结构,同时拓展竹材的应用途径,实现"以竹代木,以竹代钢",具有很好的工程价值和应用前景。     

塑料温室薄膜承载性的非线性有限元分析

该文通过温室薄膜单轴拉伸试验,确定材料的计算参数和本构模型;应用非线性有限元与引入人工刚度的方法,建立温室薄膜荷载效应分析的计算模型;并结合相关规范,探讨温室薄膜承载计算的安全系数的取值问题。在此基础上,对温室薄膜在风载与雪载工况下作实例计算,确定承载薄膜的第一主应力与变形值,同时也分析不同薄膜预张力对承载性的影响,以及薄膜第一主应力的具体分布。该研究为温室设计合理选用农膜,提供参考计算模型与分析方法。     

塑料大棚恒载与风荷载组合的荷载分项系数计算分析

该文首先对比塑料大棚结构和工民建结构设计的差异,指出对塑料大棚结构的荷载分项系数进行计算分析的必要性。然后通过对中国国内有代表性城市气象台站收集的历年来风荷载的记录资料作为统计依据,得到了风速任意时点荷载及设计基准期最大荷载的概率分布函数与统计参数,即风压的变异系数和均值系数。确定塑料大棚的目标可靠指标后,以恒载和风荷载作用的简单荷载组合为基础,采用分项系数的实用表达式,利用迭代法得出恒载分项系数和风荷载分项系数的取值范围分别为1.07~1.1,0.89~1.22;再利用最小二乘法的原理,得到恒载和风荷载分项系数的理论值分别为1.1,1.0。最后,综合考虑各种因素,得出恒载和风荷载分项系数的建议值分别为1.0,1.0。     

新疆农村装配式轻钢-沙漠砂轻骨料混凝土剪力墙抗震性能

为研究新疆农村装配式轻钢-沙漠砂轻骨料混凝土剪力墙结构墙肢中钢丝替代钢筋的可行性,以及检验各墙肢在水平地震作用下的抗震性能和破坏形态是否符合预期的多道抗震设防工作目标,对2个边缘墙、2个窗间墙、1个窗下墙及1个普通钢筋混凝土剪力墙试件进行拟静力试验,对比分析各试件的滞回曲线、骨架曲线、位移延性、耗能能力和承载能力。结果表明:边缘墙、窗间墙及普通钢筋混凝土剪力墙试件发生延性的压弯破坏,窗下墙试件发生脆性的剪切破坏;窗间墙与普通剪力墙在配筋率相同的条件下抗震性能指标接近,剪力墙中钢丝可代替钢筋;经比较,边缘墙试件极限位移角、延性系数、黏滞阻尼系数值最大,分别为1/50、3.37和0.163,其抗震性能最优,窗间墙试件次之,窗下墙最差,符合预期的工作目标;边缘墙、窗间墙可按偏心受压构件的正截面计算理论计算其水平受荷承载力。