蒙皮效应的影响因素分析及简化计算方法研究

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1、第七届全国现代结构工稃学术研讨会蒙皮效应的影响因素分析及简化计算方法研究周学军张之峰曹现雷(山东建筑大学，济南250101)摘要：本文研究了蒙皮结构在考虑蒙皮效应后的抗剪性能．针对在蒙皮结构中对其影响的关键因素进行分析研究。进一步对多困素影响进行回归分析，得出蒙皮效应影响因素的回归公式，以方便在考虑蒙皮效应的设计时量化出蒙皮板的贡献，从而对蒙皮结构的设计进行优化。关键词：蒙皮效应，有限元分析，回归分析。轻钢结构中．压型钢板在其自身平面内具有很的大抗剪能力。其参与结构整体受力，对主体结构有加强作用，大大提高

2、了结构的空间整体性。这被称为压型钢板的蒙皮效应。欧美学者对于压型钢板蒙皮效应的研究已经进行了超过半个世纪，并且编制了较为成熟的设计规程。但目前在我国，由于研究工作不到位，压型钢板还仅仅被视为刚护结构，而不考虑其参与结构的作用。这是一种极大的浪费。随着轻钢结构在我国的普及以及市场竞争的日趋激烈，蒙皮效应受到了越来越多钢结构学者及厂商的关注。本文应用ANsYs这一有限元分析工具对蒙皮结构进行结构性能分析，并研究各影响因素的影响程度一一、蒙皮结构影响因素的影响分析一(一)、有限元模型及蒙皮效应分析蒙皮体中的蒙皮

3、效应受多种冈素的影响，包括主体构件的强度、刚度和布置方式，蒙皮板的强度、刚度及布置方式，蒙皮板和主体结构的连接方式和连接件的数量及其布置，以及荷载的类型、施加方向等。采用理论方法精确计算蒙皮效应是难以实现的。所以，甘前对蒙皮效应的研究大都建立在试验研究的基础之上。本文鉴于蒙皮效应研究的实际现状，退而求其次，把蒙皮体作为一个整体，考察其抵抗荷载的能力，再在形式上认为整体的抗载能力分别由主体构架和蒙皮板共同承担。主体构架的承载能力与整个蒙皮体的承载能力的差值都归于蒙皮板对整体承载力的贡献，为直观起见，赋予一个

4、新的概念，即把这种蒙皮板对整个蒙皮体的承载力贡献称为“蒙皮效应”，用符号帅表示。本文通过对轻钢结构中蒙皮效应的分析，分两种情况进行构建有限元模型并作相互比较。模型一、用梁、檩条建一规格为梁问距6米，通过檩条连接，檩条间距1．5米，梁和檩条的连接采用刚接。固定一侧梁，在另一梁上两端约束z、y方向自由度，顺梁方向在梁端施加集中力，构建一悬臂受力构件。模型二、构架同模型一，上铺正交各向异性板，同样按悬臂受力构件处理。1470图1模型一受力图图2模型一变形图工业建筑2007增刊：至主旦全璺塑垡苎塑三堡兰查塑塑鱼图

5、3模型二受力图图4模型二变形图在上述模型中，粱和檩条为方便起见统一采用BEAMl88梁单元，板采用s脏LL63壳单元。此种模型是按欧洲传统的蒙皮研究方法中的悬臂试验模型建立的，可以比较真实地反映蒙皮在结构中的抗剪作用。在建模的过程中粱与檩条的连接采用在节点处进行自由度耦合，并只耦合位移，不耦合转动，这样就保证横粱和檩条铰接，整个下部框架结构为一个机构。蒙皮板通过自攻螺丝与下部框架结构连接视为刚接，耦台所有自由度。单元的划分遵守四边形各边尽量相等的原则，自动划分。以厚度为0．8m，常用的Yxl30—300—

6、600压型钢板为例计算的极限抗剪承载力为5080N，模型一的抗剪承载力为4184N，比较可知模型二的抗剪承载力提高(5080一4184)／4184女100％=2】．43％，即蒙皮效应为896N．以后就可以用这种方法进行不同情况下的蒙皮效应计算。(二)，荣皮效应的主要影响因素及其对结构的影响．通过对蒙皮结构的受力机理分析，经过大量的演算，把板厚、板型、和连接件连接情况作为主要影响因素，并对其进行计算分析。’、l、厚度的影响。其数据见表1，蒙皮效应厚度曲线如图l。从中可知，蒙皮效应在厚度为o．6—2m范围内随

7、厚度按线性变化，。袭1，孽皮效应与压型钢板厚度变化表图1．3蒙皮效应岁厚度变化图2、板型的影响。由于我们对不同的压型钢板要进行等效正交异性化，起决定作用的垂直于波纹方向的弹性模量随不同的板型而不同，为了简单起见用该弹性模量代表不同的板型，通过一定数量的ANSYs计算分析，蒙皮结构中压型钢板的蒙皮效应随该弹性模量基本呈线性变化，其数据见表2，蒙皮效应弹性模量曲线如图2。。。工业建筑2007增刊1471第七届全国现代结构工程学术研讨会表1．2蒙皮效应随弹性模量变化表图4蒙皮效应随弹性模量变化围3、连接件的影响

8、。我们已经了解连接在蒙皮结构中的重要性。．所以压型钢板与框架构件韵有效连接也是影响蒙皮效应的一大因素．由于蒙皮结构中的连接件的数量控制很难描述，本文试图从连接件占所有连接点的百分比入手，研究不同百分比下的连接数对压型钢板在蒙皮结掏中蒙皮教应的影响。把每波稀号檩条向连接看作100％连接，这也与实际比较相符。其他百分比按对称均匀布置，而且压型钢板于边框架的连接必须全部连接。连接按正交异性板与对应框架节点进行自由度耦合。由分析可知，