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。     

斜拉杆增强温室双向网格型单层柱面网壳稳定性

拉杆式单层柱面网壳具有轻质、高强、透光好等优点,适用于温室结构设计。该文针对双向网格型单层柱面网壳刚度低这一特点,通过拉杆的布置方式增强结构整体刚度,基于有限元软件ANSYS及自编的前后处理程序对拉杆式温室网壳进行了弹性、弹塑性全过程分析,论证了拉杆布置方式的有效性,考察了拉杆预应力、初始几何缺陷、荷载不对称分布等因素对网壳极限承载力的影响。通过结构的失稳模态、塑性发展分布等特征响应,揭示了结构的失稳机理。为了使拉杆式温室网壳的安全可靠度得到有效的保证,采用"3σ"原则对塑性折减系数重新核定,取值范围为0.46~0.84。     

雪荷载作用下几字型钢日光温室极限承载力分析

雪灾是导致日光温室倒塌的主要原因之一。为探明几字型钢日光温室在雪荷载作用下的失稳机理,该研究采用有限单元法,以8 m跨日光温室为研究对象,模拟其在雪荷载（均匀分布雪荷载和非均匀分布雪荷载）作用下的失稳破坏过程,计算其极限承载力,并探究纵向系杆、初始几何缺陷、截面参数对极限承载力的影响。结果表明：对于净截面面积、上翼缘宽度、腹板高度和壁厚均相同的几字型钢和空心矩形钢管,几字型钢日光温室极限承载力稍高于空心矩形钢管日光温室极限承载力;相较于均匀分布雪荷载,日光温室拱架对非均匀分布雪荷载更为敏感,非均匀分布雪荷载作用下的极限承载力约是均匀分布雪荷载作用下的28%,在日光温室结构设计中,应重点考虑非均匀分布雪荷载工况;在非均匀分布雪荷载作用下,屋脊和后屋面支座处为危险截面,最先进入全截面屈服状态;纵向系杆的设置可有效抑制结构平面外变形,进而提高结构极限承载力,有纵向系杆约束条件下的结构极限承载力约是无纵向系杆约束条件下的1.25倍;该日光温室拱架对初始几何缺陷敏感度较低,当最大初始几何缺陷幅值从5 mm增加到20 mm时,极限承载力降低约2%;在几字型钢截面选取时,在满足规范要求宽厚比前提下,建议上翼缘宽度与翻边宽度之比控制在4.17左右,腹板高度与翻边宽度之比不大于9.25,下翼缘宽度与翻边宽度之比不大于1.7,上翼缘宽度与下翼缘宽度之比控制在3.33左右,腹板高度与下翼缘宽度之比控制在4.67左右。该研究结果可为开口冷弯薄壁型钢日光温室拱架抗雪设计提供参考。     

拉索加强式温室单层球面网壳稳定性分析

双向网格型单层球面网壳透光好、耗材小、作为温室结构设计具有广泛的应用前景。但是结构面内刚度和面外刚度较低,过度增大跨度易发生大变形导致结构失稳。为了提高结构的稳定性能,针对30、40、50 m跨度的单层球面网壳提出了在双向网格对角处即面内布置拉索及和面外不相邻节点处布置斜拉索的方案,开发了刚性网壳和柔性拉索组成的拉索加强式温室空间结构体系。利用有限元程序ANSYS以及自编的前后处理程序,针对不同跨度温室球面网壳进行了弹性、弹塑性全过程分析,考察了拉索布置形式、拉索预应力、初始几何缺陷、荷载不对称分布等因素对温室网壳稳定性的影响规律,并结合结构的屈曲模态、塑性发展分布等特征响应,进一步揭示了结构的失稳机理。在此基础上,分析了材料非线性对温室网壳稳定性的影响规律,通过对网壳结构的弹性、弹塑性临界荷载的统计,重新核定了此类温室结构体系的"塑性折减系数"。结果表明:拉索充分发挥了材料的抗拉性能,布置拉索后使原结构极限荷载提高了29%~92%,对拉索施加30 k N预应力后极限荷载最大可提高43%,论证了该结构形式的合理性;塑性折减系数在0.7~1.0之间,说明材料非线性对此类温室结构稳定性的影响不大,以上研究成果对该结构体系的工程实践提供了技术参考。     

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。     

连栋塑料温室GLP-728结构的力学分析和优化设计初探

连栋塑料温室结构安装安全方便,投资相对节省,在我国得到广泛地应用。该文从结构力学的角度,对杭州地区典型的连栋塑料温室GLP-728结构进行理论分析,并采用优化设计理论,借助结构有限元分析软件,在原结构的基础上优化设计出一种安全、经济的连栋塑料温室结构。优化设计后的连栋塑料温室,其横边柱、拱架和中柱的强度利用率分别提高了18%、3%和25%,纵边柱由非安全失稳利用转向稳定安全性合理利用,主体结构节省钢材3.7%。     

华南型单栋塑料温室风荷载模拟试验研究

该文对华南型单栋塑料温室的风荷载特性进行了风洞模拟试验研究,测量了在16种不同风向角下温室风荷载体型系数大小和分布规律,详细讨论了屋檐、天窗等外伸部位对温室风荷载分布的影响。试验结果表明,华南型温室中的屋檐和天窗使其风荷载分布与建筑结构荷载规范的规定有较大区别,屋檐、屋脊、两端和天窗均为风荷载集中的部位。抗风设计应主要考虑与温室侧墙垂直的风荷载,在温室端部应设置支撑或提高屋檐和屋脊结构强度     

基于改进型极限学习机的日光温室温湿度预测与验证

日光温室温湿度模型是其结构设计与控制的重要基础,因日光温室系统具有大惯性、强耦合、非线性等特性,采用机理分析法,难以建立其准确的数学模型,导致日光温室控制效果差。神经网络建模能更加灵活地得到日光温室系统的参数,但传统的极限学习机(extreme learning machine,ELM)存在隐含层神经元激励函数固定,只考虑经验风险(即训练误差最小化),而导致过拟合等问题。为了实现对日光温室内温湿度环境因子的综合控制,需要进一步提高日光温室环境因子的预测精度,该文将基于正交基函数的改进型极限学习机对日光温室环境因子进行辨识,并利用经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)方法确定网络隐含层节点数,建立了日光温室温湿度环境因子预测模型。利用所建立的模型对日光温室内的温度和湿度等环境因子进行预测结果表明:温度模型有效性为0.9434,湿度模型有效性为0.9208,实测值与预测值的拟合关系比较理想,说明基于正交基函数的改进型极限学习机对日光温室进行系统辨识是可行的,且对日光温室智能控制的发展有一定的参考价值。     

互插式连栋塑料温室屋面风压分布的风洞试验研究

该文采用风洞试验方法,在不同风向角与是否安装遮阳幕的情况下对互插式连栋塑料温室的风压分布进行了详细的试验研究.研究结果表明:通风窗关闭时的风压系数高于通风窗开启时的风压系数,且风压系数的变化范围较大,因而计算温室表面风压时,应选用通风窗关闭时的风压系数;当气流流经温室屋面时,气流强弱、方向均发生变化,有遮阳幕时正负压交替出现,风压分布比无遮阳幕时复杂;计算互插式连栋塑料温室的风压时,应将有、无遮阳幕两种状态下的风载体型系数结合在一起考虑,即选取两种工况的较大值作为结构设计依据.     

长江中下游地区温室内温湿度预测模型的研究

该文利用传热学理论,以温室热平衡模型为基础,分析了温室内温度和湿度的动态模型,并以此建立了室内温湿度预测模型.最后,作者通过SR5.2型连栋塑料温室的实验研究,求出该模型参数,为实现智能温室前馈控制奠定基础.     

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。     

荷兰Venlo型温室结构抗震性能分析

为了研究地震作用对依据荷兰规范设计的Venlo温室结构安全性的影响,该研究以荷兰公司设计的山东某Venlo型温室为例,利用有限元软件MIDAS Gen,采用振型分解反应谱法对设防烈度分别为7度（0.10 g）、7度（0.15 g）、8度（0.20 g）和8度（0.30 g）的温室整体结构进行模拟计算,对结构的周期、振型、应力和位移进行了分析探讨。结果显示,温室整体的最长自振周期为1.75 s,表现为较柔性的结构体系,前2阶振型分别为Y、X向的平动,在2个主轴方向上具有相近的抗震性能。不同设防烈度下,结构的承载力最大值均为216.96 MPa,由风荷载控制,最大应力小于构件屈服强度。当设防烈度为8度（0.30 g）时,X向地震作用对构件的拉、压应力最大,分别为211.95和196.02 MPa。无地震参与的荷载组合中X向风荷载产生的位移最大,达到31.80 mm。在地震参与的荷载组合中,柱顶最大位移为61.84 mm,结构变形主要受地震荷载的影响,Y向地震作用超过同工况下X向地震作用约11.6%。结论表明,引进的荷兰温室在地震设防烈度不高于8度（0.30 g）时,构件始终处于弹性范围内,满足规范要求,但最大变形超过了中国建筑抗震设计对弹性层间位移角1/250的要求。最后,该文对中国农业温室结构设计标准的编制提出了一些建议。     

地下粮仓塑料-混凝土防水体系抗水压试验

地下粮仓具有节能、节地、低温和绿色环保等优点,但由于地下水的影响,防水防潮一直是安全储粮的技术难题,为此提出以聚丙烯塑料(Polypropylene Plastic,PP)作为内衬材料的塑料-混凝土防水体系,其中,塑料板与混凝土采用塑料栓钉连接。考虑不同栓钉间距200、300和400mm,设计制作了3个用于地下粮仓的塑料-混凝土水压试件,进行了水压加载试验,分析了塑料构件在水压作用下形态、破环机理、内力和变形。试验结果表明:在水压作用下,塑料板内应力和位移都随水压的增大而增大,节点位置承受较大拉力且应力最大值分布不均,跨中位置承受应力较小且最大值分布均匀;塑料板内跨中位置的位移值随水压增大呈线性增加,节点位置的位移值变化较小。在试验分析的基础上,在10mm厚塑料板和给定连接节点条件下,提出了塑料-混凝土防水体系优化设计措施,塑料-混凝土防水体系达到水压承载力时其破坏模式随栓钉间距的变化而不同,在栓钉间距为200 mm时,其水压承载力达到180 kPa时发生节点焊缝强度破环,此类构件可通过增强节点处焊缝强度提高塑料构件的整体水压承载力;在栓钉间距为300 mm时,其水压承载力达到80 k...     

铝合金温室拱形ETFE膜屋面抗风性能分析

为分析铝合金结构拱形ETFE(乙烯-四氟乙烯热塑性聚合物)膜屋面的抗风性能,提高其设计的安全性,该文根据单轴拉伸试验数据,确定了ETFE薄膜材料的力学参数和应力应变关系;基于几何非线性有限元理论,推导了膜单元的基本方程;利用大型通用有限元软件ANSYS,采用支座提升法对骨架式拱形ETFE屋面进行了找形分析,建立了用于荷载分析的计算模型;对拱形ETFE屋面在风荷载工况下进行了算例分析,计算了膜面主应力分布和变形特征;分析了不同膜面预应力水平对承载性的影响。分析结果表明,风荷载主要影响ETFE膜屋面第一主应力的分布,适当增加膜面预应力可以显著提高其整体刚度和承载力。研究结论为铝合金温室拱形ETFE屋面的抗风计算分析和施工提供了参考。     

水泥混凝土路面传力杆系统极限承载力的扩展有限元分析

针对超载引起的水泥混凝土路面传力杆系统的早期损坏问题,在多工况道路整体结构三维有限元分析的基础上,基于扩展有限元方法与子模型技术,对传力杆周围混凝土的承载力极限开裂过程进行了数值模拟。计算给出了传力杆周围混凝土材料内裂纹萌生、扩展及最终的破坏形式,并设计足尺试验对数值模拟结果进行验证,对比结果表明两者在加载点荷载-位移曲线与裂纹断裂模式上吻合较好。根据该文的研究可以发现,采用扩展有限元法与子模型技术相结合的方式,能够快速、准确地计算传力杆系统的极限承载力,进而反推出水泥混凝土路面缩缝结构的临界车辆轴载。同时该文的研究方法为解决混凝土结构局部应力集中区域的开裂、破坏过程行为研究提供了一种可行性数值研究手段。     

具有塑性变形的转盘轴承有限元分析方法

为了计算考虑支撑结构柔度和材料塑性变形影响的大型重载转盘轴承内部载荷分布和接触应力,将内外圈滚道与滚动体接触等效成单向压缩弹簧,从而建立包括支撑结构在内的轴承整体简化有限元模型.等效弹簧系数由单个滚动体的载荷-弹塑性变形关系曲线确定,而单个滚动体的载荷-弹塑性变形关系应用有限元接触分析法求得.算例分析表明对于具有塑性变形的转盘轴承,接触变形、滚动体载荷分布、内外圈应力、接触应力等赫兹理论计算结果与有限元弹塑性分析法计算结果存在较大差异.因此,对于大型重载转盘轴承不适合采用赫兹理论进行分析计算.     

钢箍碳纤维布组合节点竹拱结构平面内稳定承载力试验

设计了一种钢箍碳纤维布组合节点,可以适应原竹管材的不规则性并对其进行有效接长,采用特定方法成拱,根据需要形成不同跨度的竹拱。为研究采用此连接节点的竹拱在全跨荷载作用下的平面内稳定承载能力、变形性能以及节点的连接性能,制作了2个10 m跨度的竹拱试件并进行平面内稳定承载力试验。试验结果表明:全跨荷载作用下,有平面外侧向支撑的竹拱试件在产生较大的平面内位移后,发生平面内反对称失稳;采用连接节点的竹拱延性好;节点在受荷全过程的连接性能良好,试件失稳后的破坏区域均处于临近节点的竹管部分。试验结果及有限元分析使进一步详细研究此类节点的受力机理、承载性能具有现实意义,同时推动此类节点竹拱结构的工程应用。