【摘要】：采用自攻釘節(jié)點(diǎn)形式的屋面系統(tǒng)在輕鋼結(jié)構(gòu)中有著廣泛的應(yīng)用,由于其連接的金屬屋面材質(zhì)輕,柔度大等特性,對(duì)風(fēng)荷載十分敏感。多次風(fēng)災(zāi)調(diào)查顯示,自攻釘節(jié)點(diǎn)在強(qiáng)風(fēng)作用下,風(fēng)致靜力及風(fēng)致疲勞破壞均有可能發(fā)生,進(jìn)而導(dǎo)致屋面系統(tǒng)失效,造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,在災(zāi)后性能評(píng)估中,分析自攻釘節(jié)點(diǎn)抗風(fēng)性能的同時(shí),不可忽視風(fēng)致疲勞損傷對(duì)其性能的削弱作用。所以,建立臺(tái)風(fēng)作用下疲勞損傷導(dǎo)致的自攻釘節(jié)點(diǎn)抗風(fēng)承載力退化模型,進(jìn)而應(yīng)用于其災(zāi)后性能評(píng)估是自攻釘節(jié)點(diǎn)抗風(fēng)研究中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。本文以輕鋼屋面自攻釘節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)受疲勞損傷的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行靜力性能試驗(yàn),得到其承載力在疲勞荷載作用后的退化規(guī)律。再通過(guò)改進(jìn)的模擬臺(tái)風(fēng)方法,使用風(fēng)壓系數(shù)時(shí)程數(shù)據(jù)模擬得到不同風(fēng)速下的臺(tái)風(fēng)荷載模型,結(jié)合自攻釘節(jié)點(diǎn)的承載力退化規(guī)律,進(jìn)而得到臺(tái)風(fēng)作用下的承載力退化模型。在此基礎(chǔ)之上,進(jìn)行了基于概率的自攻釘節(jié)點(diǎn)抗風(fēng)性能評(píng)估,分析并預(yù)測(cè)了各沿海城市自攻釘節(jié)點(diǎn)的時(shí)變可靠度指標(biāo)及服役壽命。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,針對(duì)輕鋼屋面自攻釘節(jié)點(diǎn),回顧了其在靜力抗風(fēng)性能以及疲勞抗風(fēng)性能兩方面的研究現(xiàn)狀,歸納了輕鋼屋面系統(tǒng)的災(zāi)后狀態(tài)評(píng)估方法,總結(jié)并提出了目前需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題;其次,以受疲勞損傷的自攻釘節(jié)點(diǎn)為試驗(yàn)對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行靜力試驗(yàn),一方面通過(guò)觀察受損后的節(jié)點(diǎn)承載力與循環(huán)荷載幅值的關(guān)系,得到節(jié)點(diǎn)的退化規(guī)律;另一方面通過(guò)節(jié)點(diǎn)的力位移曲線以及應(yīng)變位移曲線,研究節(jié)點(diǎn)受損后的靜力破壞過(guò)程,并判斷其疲勞極限的大小;然后,基于改進(jìn)的模擬臺(tái)風(fēng)方法,通過(guò)風(fēng)壓系數(shù)時(shí)程數(shù)據(jù),運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行雨流分析,得到風(fēng)壓系數(shù)矩陣,再通過(guò)改進(jìn)的模擬臺(tái)風(fēng)數(shù)學(xué)模型得到不同極值風(fēng)速下臺(tái)風(fēng)的荷載矩陣。經(jīng)過(guò)論證荷載矩陣中循環(huán)次數(shù)主要的集中區(qū)域,進(jìn)而可以合理的結(jié)合自攻釘節(jié)點(diǎn)疲勞特性,使用線性累積損傷準(zhǔn)則,得到不同極值風(fēng)速臺(tái)風(fēng)作用后自攻釘節(jié)點(diǎn)的損傷值時(shí)程;最后,針對(duì)輕鋼屋面自攻釘節(jié)點(diǎn),本文使用蒙特卡洛模擬的方法,進(jìn)行了基于概率的自攻釘節(jié)點(diǎn)抗風(fēng)性能評(píng)估。其中,臺(tái)風(fēng)風(fēng)速以及臺(tái)風(fēng)發(fā)生次數(shù)均服從概率分布。在評(píng)估臺(tái)風(fēng)對(duì)自攻釘節(jié)點(diǎn)的性能削弱方面,基于上文的研究得到了風(fēng)致自攻釘節(jié)點(diǎn)疲勞損傷模型,以及風(fēng)致自攻釘節(jié)點(diǎn)抗力退化模型,兩者的本質(zhì)均是由于疲勞損傷所引起。其中,風(fēng)致節(jié)點(diǎn)抗力退化模型是通過(guò)不同極值風(fēng)速下的臺(tái)風(fēng)荷載模型以及節(jié)點(diǎn)承載力隨循環(huán)荷載的退化規(guī)律擬合得到。最后基于各沿海城市的臺(tái)風(fēng)概率參數(shù)得到其臺(tái)風(fēng)荷載模型,在考慮疲勞極限的情況下,計(jì)算并分析了各沿海城市自攻釘節(jié)點(diǎn)的時(shí)變可靠度指標(biāo),通過(guò)選取中美兩國(guó)規(guī)范,預(yù)測(cè)了自攻釘節(jié)點(diǎn)在各城市中的服役壽命。
【圖文】：

Ｆｉｇ邋１－２邋Ｗｉｎｄ－ｉｎｄｕｃｅｄ邋ｆａｉｌｕｒｅ邋ｏｆ邋ｌｉｇｈｔ－ｗｅｉｇｈｔ邋ｓｔｅｅｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ１５’６，，８］逡逑由上述多個(gè)風(fēng)災(zāi)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，臺(tái)風(fēng)來(lái)襲所造成的輕鋼結(jié)構(gòu)破壞，主要集中于該逡逑結(jié)構(gòu)的圍護(hù)系統(tǒng)［９＿１５］，其中典型的圍護(hù)系統(tǒng)破壞形式如圖１－２所示。通過(guò)研究發(fā)逡逑２逡逑

由于循環(huán)應(yīng)力的往復(fù)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)周圍產(chǎn)生累積損傷，出現(xiàn)疲勞裂紋等現(xiàn)象，致逡逑使連接構(gòu)件在風(fēng)荷載低于其自身承載力的情況下而發(fā)生疲勞破壞。主要的風(fēng)致破逡逑壞形式如圖１－４所不，其主要分為：板撕裂破壞（ｐｕｌｌ－ｔｈｒｏｕｇｈｆａｉｌｕｒｅｓ）、螺釘拔出逡逑４逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU392.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2609620