一文秒懂金屬屋面系統抗風吸力的靜力性能和疲勞性能

　　本文以國內部分既有鐵路站房及雨棚金屬屋面系統為研究對象,重點研究了金屬屋面系統在風吸力作用下的靜力性能和疲勞性能。通過建立合理的直立鎖邊金屬屋面系統和傳統搭接式金屬屋面系統的有限元簡化模型,模擬兩種形式的金屬屋面在風吸力作用下的力學行為,分別對其靜力性能和疲勞性能進行有限元仿真分析,并與國內外相關試驗對比分析得到比較可靠的結論。通過本項目的研究,為既有鐵路站房及雨棚金屬屋面系統的安全控制與養護維修提供一定的科學依據。為了研究金屬屋面系統在風吸力作用下的靜力性能和疲勞性能,本文主要開展了以下幾個方面的工作：

　　(1)詳細考察了國內部分既有鐵路站房及雨棚金屬屋面系統的屋面結構概況及其使用現狀,對現有金屬屋面系統的結構概況及其病害類型進行歸類總結分析,為進一步深入探討金屬屋面系統的力學性能奠定基礎；

　　(2)研究金屬屋面系統(包括屋面板、T型支座、檁條、主梁)的內力傳遞方式,利用ANSYS有限元軟件建立了直立鎖邊金屬屋面系統和傳統搭接式金屬屋面系統的簡化模型,分別對兩種形式的金屬屋面在風吸力作用下的靜力性能和破壞模式進行分析,并與相關試驗結果進行對比分析；參考歐洲規范對本文金屬屋面模型進行設計規范驗證,將有限元計算結果與規范計算結果進行對比分析。

　　(3)通過建立基于斷裂力學的隨機疲勞損傷模型,結合疲勞裂紋擴展理論分析研究了金屬屋面的風致疲勞問題；基于疲勞累積損傷理論利用ANSYS有限元軟件在靜力分析的基礎上分析了兩種金屬屋面系統在風荷載作用下的疲勞性能。

　　(4)針對金屬屋面系統的破壞類型,分別從提高金屬屋面自身抗風強度和降低金屬屋面承受的風壓強度兩方面提出了增強金屬屋面系統抗風性能的具體措施；并從加強金屬屋面板與固定支座連接強度的角度出發,設計了一種提高金屬屋面系統抗風性能的“簡易加強夾”裝置,并通過有限元數值模擬對其進行分析驗證。本課題的創新之處主要體現在：(1)通過有限元數值模擬分析方法,對金屬屋面系統在風吸力作用下的靜力性能及其破壞模式進行研究,并同設計規范驗證結果對比；(2)在有限元靜力分析的基礎上,’對金屬屋面系統在風荷載作用下的疲勞性能進行模擬分析；(3)提出了一種提高金屬屋面系統抗風性能的“簡易加強夾”裝置。