光伏一体化屋面支撑框架与屋面结构层连接的有限元分析

【摘要】：光伏产业是21世纪最重要的新兴产业之一,光伏建筑一体化(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)是21世纪建筑屋面的新技术。 本文利用有限元分析软件ABAQUS,对光伏一体化屋面的标准单晶硅光伏组件支撑框架在静荷载单独作用、温度荷载单独作用及静荷载与温度荷载的共同作用下的应力和变形,以及框架与屋面预埋件连接节点处的应力和变形进行了分析研究。主要研究内容有： (1)建立了光伏一体化屋面的标准单晶硅光伏组件支撑框架的有限元计算模型,分析了支撑框架在恒载、活载作用下的应力和位移。 (2)研究了框架梁截面尺寸、框架支柱截面尺寸、支柱高度和支柱约束等因素对温度应力和变形的影响,提出了改善温度应力的措施。通过单独荷载作用与荷载和温度共同作用的对比,得到不同温差下的温度应力占总应力的比例。 (3)对框架柱与屋面预埋件连接节点进行了非线性分析,引入混凝土和钢材的材料非线性,模拟了由温度效应引起的预埋件受弯剪共同作用,以及预埋件与混凝土连接的粘结效应。 研究结果表明：支柱截面的大小,约束和支柱高度都对温度应力有不同程度的影响；整体尺寸较大时温度应力不容忽视,甚至有可能超过荷载作用；在框架梁和框架柱连接处开椭圆孔释放位移约束可有效降低温度应力；光伏支撑框架与屋顶预埋件的连接在温度效应下有可能发生破坏,设计时应进行承载力验算。 研究成果为光伏一体化屋面规程的制定打下了基础,对光伏一体化屋面支撑框架的设计有参考价值。 【关键词】：光伏建筑一体化 钢框架 非线性有限元 温度应力 损伤塑性
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU231;TU18
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 课题的背景11-14
• 1.2 混凝士结构温度应力的研究现状14-16
• 1.3 钢结构温度应力的研究现状16-18
• 1.4 混凝土结构预埋件的研究现状18
• 1.5 本文主要研究内容18-20
• 第二章 有限元理论和软件概述20-31
• 2.1 有限元理论概述20
• 2.2 有限元分析软件介绍20-22
• 2.3 本文所用单元22-24
• 2.4 ABAQUS中混凝土本构模型的建立24-28
• 2.5 混凝土损伤塑性模型简介28-31
• 第三章 支撑框架的计算模型与静载分析31-39
• 3.1 模型介绍31
• 3.2 模型建立31-34
• 3.3 静载作用下结构的应力和位移34-39
• 第四章 支撑框架的温度应力分析39-56
• 4.1 热传导与变温应力39-40
• 4.2 初应变和初应力40-41
• 4.3 温度作用下框架和屋面的自由伸缩计算41-43
• 4.4 柱截面变化对框架应力的影响43-45
• 4.5 梁截面变化对框架应力的影响45-46
• 4.6 柱高对框架应力分布的影响46-48
• 4.7 框架柱和框架梁的连接方式对框架应力的影响48-49
• 4.8 框架柱和框架梁连接处的开椭圆孔对框架应力的影响49-52
• 4.9 支撑框架柱温度应力的理论推导52-55
• 4.10 小结55-56
• 第五章 支撑框架与混凝土连接的有限元分析56-84
• 5.1 模型介绍56-57
• 5.2 模型建立57-65
• 5.3 光面钢筋在混凝土中的抗拔性能65-76
• 5.4 弯起钢筋在混凝土中的抗拔性能76-80
• 5.5 弯起钢筋的抗剪性能80-84
• 第六章 结论与展望84-87
• 6.1 主要研究工作及结论84-86
• 6.2 展望86-87
• 参考文献87-91
• 致谢91-92
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文92

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