集裝箱結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度理論模擬和試驗研究.pdf

1、目前，集裝箱作為一種輕型鋼結(jié)構(gòu)，被越來越多的用于建筑結(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)，且進行整體室內(nèi)外裝修，并在運輸、施工中模塊化實施，從而可以節(jié)約設(shè)計施工周期；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家戰(zhàn)略儲備。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)、偏遠山區(qū)、建筑工地、港口碼頭、工礦企業(yè)等臨時性建筑，或者用于小型商店、學(xué)生宿舍、簡易公共設(shè)施等廉價建筑，或者通過安裝專用設(shè)備，進而改造成數(shù)據(jù)終端、混凝土攪拌站、移動檢測試驗車、移動供熱裝置等。
　　但是，目前國內(nèi)外關(guān)于集裝箱建筑的研究大多集中于建筑設(shè)計方面，缺乏相應(yīng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析和設(shè)計施工方面的指導(dǎo)。僅有的一些文獻資料也都是建立在經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，或者只是進行了理論分析和試驗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)范也很難進行設(shè)計，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、以及全尺寸試驗驗證，等幾個方面進行了深入的對比分析研究，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，對波紋板的變形進行了分析，進而對波紋板的能量進行了分析，推導(dǎo)了波紋板兩端均為連續(xù)性連接時，波紋板平行波紋方向的剛度

4、?；谀芰糠ǎ瑢Σy板平行、垂直波紋方向的兩個剪切模量進行了分析，進而對波紋板平行、垂直波紋方向的剛度轉(zhuǎn)換進行了分析，推導(dǎo)了波紋板垂直波紋方向的剛度。基于國內(nèi)外相關(guān)研究，對集裝箱剛度的計算方法進行了定義。進而基于集裝箱側(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，加載端和非加載端的剛度計算方法。進而基于集裝箱底部框架的變形和整體集裝箱下側(cè)梁固定時的情況，推導(dǎo)了整體集裝箱下側(cè)梁不固定時，加載端和非加載端的剛度計算方法。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，波紋板的剛度?；谌嵝园鍘Ш蛣傂园鍘У膭澐衷瓌t，推導(dǎo)了對常見未加勁洞口形式，窗洞、門洞、組合窗洞剛度的計算方法。基于常見未加勁洞口形式剛度的計算方法，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算方法。第三，基于常見未加勁洞口形式剛度的計算方法，推導(dǎo)了對常見加勁洞口形式，窗洞、門洞、組合窗洞剛度的計算方法?；陂_洞未加

6、勁集裝箱剛度的計算方法，推導(dǎo)了開洞加勁集裝箱剛度的計算方法。
　　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，并與理論分析進行了對比。第二，基于對集裝箱側(cè)壁波紋板尺寸、截面形狀、開洞，以及各個圍護結(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)計施工建議。
　　在集裝箱建筑的全尺寸試驗驗證方面。第一，進行了集裝箱鋼材Cor-ten鋼的材性試驗，得到了集裝箱各主要組成構(gòu)件的材性數(shù)據(jù)。第二，進行了整箱組、開洞未加勁組、開洞加勁組全尺寸集裝箱力學(xué)試驗，得到了相應(yīng)的荷載-位移曲線、荷載-應(yīng)力曲線，得到了各試驗項目的剛度值，得到了整箱組在約束條件不同時，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，開洞集裝箱剛度的變化規(guī)律，得到了20OR-1D2W