集裝箱結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度理論模擬和試驗(yàn)研究.pdf

1、目前，集裝箱作為一種輕型鋼結(jié)構(gòu)，被越來(lái)越多的用于建筑結(jié)構(gòu)中，其用于建筑結(jié)構(gòu)有許多優(yōu)點(diǎn)并且用途廣泛。第一，集裝箱鋼材可以回收利用，從而可以減少環(huán)境污染和能源消耗；第二，集裝箱可以在工廠中標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，且進(jìn)行整體室內(nèi)外裝修，并在運(yùn)輸、施工中模塊化實(shí)施，從而可以節(jié)約設(shè)計(jì)施工周期；第三，集裝箱可以拼裝成多種空間形式，從而可以滿足建筑設(shè)計(jì)的要求；第四，集裝箱可以用于多種建筑用途，從而可以提升鋼材的國(guó)家戰(zhàn)略儲(chǔ)備。除此之外，集裝箱不僅可以用于一般民用建

2、筑，還可以大量用于抗震救災(zāi)、偏遠(yuǎn)山區(qū)、建筑工地、港口碼頭、工礦企業(yè)等臨時(shí)性建筑，或者用于小型商店、學(xué)生宿舍、簡(jiǎn)易公共設(shè)施等廉價(jià)建筑，或者通過(guò)安裝專用設(shè)備，進(jìn)而改造成數(shù)據(jù)終端、混凝土攪拌站、移動(dòng)檢測(cè)試驗(yàn)車、移動(dòng)供熱裝置等。
　　但是，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于集裝箱建筑的研究大多集中于建筑設(shè)計(jì)方面，缺乏相應(yīng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析和設(shè)計(jì)施工方面的指導(dǎo)。僅有的一些文獻(xiàn)資料也都是建立在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，或者只是進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)研究的某一方面工作。此外，集

3、裝箱建筑按現(xiàn)有通行的鋼結(jié)構(gòu)類規(guī)范也很難進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而嚴(yán)重的阻礙了集裝箱建筑的應(yīng)用和發(fā)展。
　　鑒于此，本文主要從整體、開洞未加勁、開洞加勁集裝箱結(jié)構(gòu)的力學(xué)理論分析、非線性數(shù)值模擬、以及全尺寸試驗(yàn)驗(yàn)證，等幾個(gè)方面進(jìn)行了深入的對(duì)比分析研究，并取得了相應(yīng)的成果。
　　在集裝箱建筑的力學(xué)理論分析方面。第一，基于蒙皮理論，對(duì)波紋板的變形進(jìn)行了分析，進(jìn)而對(duì)波紋板的能量進(jìn)行了分析，推導(dǎo)了波紋板兩端均為連續(xù)性連接時(shí)，波紋板平行波紋方向的剛度

4、。基于能量法，對(duì)波紋板平行、垂直波紋方向的兩個(gè)剪切模量進(jìn)行了分析，進(jìn)而對(duì)波紋板平行、垂直波紋方向的剛度轉(zhuǎn)換進(jìn)行了分析，推導(dǎo)了波紋板垂直波紋方向的剛度?；趪?guó)內(nèi)外相關(guān)研究，對(duì)集裝箱剛度的計(jì)算方法進(jìn)行了定義。進(jìn)而基于集裝箱側(cè)壁波紋板和框架之間的剛度分配，推導(dǎo)了整體集裝箱下側(cè)梁固定時(shí)，加載端和非加載端的剛度計(jì)算方法。進(jìn)而基于集裝箱底部框架的變形和整體集裝箱下側(cè)梁固定時(shí)的情況，推導(dǎo)了整體集裝箱下側(cè)梁不固定時(shí)，加載端和非加載端的剛度計(jì)算方法。第二

5、，基于蒙皮理論和波紋板兩端均為連續(xù)性連接時(shí)的情況，推導(dǎo)了波紋板兩端分別為連續(xù)性連接和自由時(shí)，波紋板的剛度。基于柔性板帶和剛性板帶的劃分原則，推導(dǎo)了對(duì)常見未加勁洞口形式，窗洞、門洞、組合窗洞剛度的計(jì)算方法?；诔Ｒ娢醇觿哦纯谛问絼偠鹊挠?jì)算方法，以及集裝箱側(cè)壁波紋板和框架之間的剛度分配，推導(dǎo)了開洞未加勁集裝箱剛度的計(jì)算方法。第三，基于常見未加勁洞口形式剛度的計(jì)算方法，推導(dǎo)了對(duì)常見加勁洞口形式，窗洞、門洞、組合窗洞剛度的計(jì)算方法?；陂_洞未加

6、勁集裝箱剛度的計(jì)算方法，推導(dǎo)了開洞加勁集裝箱剛度的計(jì)算方法。
　　在集裝箱建筑的非線性數(shù)值模擬方面。第一，基于Abaqus所建立的全尺寸非線性集裝箱有限元模型，得到了整箱組、開洞未加勁組、開洞加勁組集裝箱相應(yīng)的應(yīng)力-變形云圖、荷載-位移曲線，并與理論分析進(jìn)行了對(duì)比。第二，基于對(duì)集裝箱側(cè)壁波紋板尺寸、截面形狀、開洞，以及各個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、加勁構(gòu)件形式等的參數(shù)分析，得到了各參數(shù)對(duì)集裝箱剛度的影響規(guī)律。第三，基于參數(shù)分析的結(jié)果，總結(jié)歸納了集

7、裝箱建筑的設(shè)計(jì)施工建議。
　　在集裝箱建筑的全尺寸試驗(yàn)驗(yàn)證方面。第一，進(jìn)行了集裝箱鋼材Cor-ten鋼的材性試驗(yàn)，得到了集裝箱各主要組成構(gòu)件的材性數(shù)據(jù)。第二，進(jìn)行了整箱組、開洞未加勁組、開洞加勁組全尺寸集裝箱力學(xué)試驗(yàn)，得到了相應(yīng)的荷載-位移曲線、荷載-應(yīng)力曲線，得到了各試驗(yàn)項(xiàng)目的剛度值，得到了整箱組在約束條件不同時(shí)，整體集裝箱剛度的變化規(guī)律，得到了開洞組在開洞面積、加勁構(gòu)件不同時(shí)，開洞集裝箱剛度的變化規(guī)律，得到了20OR-1D2W