基于能量理论的集装箱房抗侧刚度理论研究及有限元分析

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1、硕士学位论文基于能量理论的集装箱房抗侧刚度理论研究及有限元分析THEORETICALSTUDYANDFINITEELEMENTANALYSISONTHELATERALSTIFFNESSOFCONTAINERHOUSEBASEDONTHEENERGYTHEORY范坤杰哈尔滨工业大学2015年12月国内图书分类号：TU392.5学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工程硕士学位论文基于能量理论的集装箱房抗侧刚度理论研究及有限元分析硕士研究生：范坤杰导师：查晓雄教授申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：深圳研究生院答

2、辩日期：2015年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU392.5U.D.C:624DissertationfortheMaster’sDegreeofEngineeringTHEORETICALSTUDYANDFINITEELEMENTANALYSISONTHELATERALSTIFFNESSOFCONTAINERHOUSEBASEDONTHEENERGYTHEORYCandidate：FanKunjieSupervisor：Prof.ZhaXiaoxiongAcademicDegreeApplied

3、for：Master’sDegreeofEngineeringSpeciality：ArchitecturalandCivilEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要集装箱是一种蒙皮结构，它和普通的钢框架结构有着显著的区别——其侧壁压型钢板与钢框架四边焊接，在平面内具有很大刚度，能有效控

4、制结构侧移，抗侧刚度相较纯框架提升巨大，这种作用叫做蒙皮效应。因此，研究集装箱抗侧刚度的关键在于分析其蒙皮效应。然而，要确定其理论计算式却并非易事。不同于常见螺栓蒙皮屋面板，集装箱的侧壁压型钢板四周同刚框架之间是完全焊接的，相互作用复杂，不能直接利用传统蒙皮结构的理论进行推导；同时，在顶部集中力作用下，集装箱会表现出明显的局部效应，均布荷载与集中荷载作用下的变形不等效，这不符合普通高层结构中的刚性楼盖假定，因此也不能借鉴传统的框架或是剪力墙结构的水平侧移计算原理。本文基于能量理论，结合ABAQUS有限元数值模拟对集装箱房抗侧刚度计算理

5、论展开了系统研究，得到了更准确、完善的抗侧刚度计算理论。主要内容可概括为以下几个方面：分析了集装箱在均布荷载作用下的变形组成，对其力学模型进行了简化。基于能量理论，分别对集装箱侧壁压型钢板的纯剪应变能以及扭曲应变能进行了推导，进而得到了集装箱整箱在均布荷载作用下的理想抗侧刚度计算式。然后利用ABAQUS建立有限元模型进行模拟，对计算理论进行了验证。对顶部集中荷载引起的局部变形进行了研究。通过有限元模拟分析了上侧梁同侧板之间的相互作用力分布规律，推导了侧板加强作用；基于能量理论，分析了顶板的等效弹性模量，推导了顶板加强作用；最终得到了集

6、中力作用下的抗侧刚度计算公式。利用课题组已有试验数据对有限元模拟结果进行了验证。并通过有限元模拟，分析了多点集中力加载与均匀线荷载作用下抗侧刚度的不同，为实际工程中集装箱结构上下层之间的连接设计提供参考。分析了集装箱侧板开洞对抗侧刚度的影响。首先借鉴欧洲蒙皮理论，对集装箱侧板的合理开洞形式进行了限制。然后，对于满足限制的开洞形式，推导得到了相应的刚度折减系数。利用ABAQUS有限元模拟验证了理论以及洞口加固的作用，并针对限制条件中容易超出的两条（窗洞高度以及门洞位置）进行了超限分析。最后利用课题组已有试验数据，对开洞集装箱的有限元建模

7、方法进行了验证。关键词：集装箱；能量理论；抗侧刚度；局部效应；侧板开洞-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractContainerisakindofskinstructure,whichhasremarkabledifferenceswiththeordinarysteelframe.Itssidepanelandsteelframearewelded,andthereisalargestiffnessintheplane,whichcaneffectivelycontrolthelateraldisplacementoft

8、hecontainerandimprovethelateralstiffness.Therefore,thekeytothestudyofthelateralstiffnessofcontaineristoanalyze