光伏一體化屋面支撐框架與屋面結構層連接的有限元分析

【摘要】：光伏產業(yè)是21世紀最重要的新興產業(yè)之一,光伏建筑一體化(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)是21世紀建筑屋面的新技術。 本文利用有限元分析軟件ABAQUS,對光伏一體化屋面的標準單晶硅光伏組件支撐框架在靜荷載單獨作用、溫度荷載單獨作用及靜荷載與溫度荷載的共同作用下的應力和變形,以及框架與屋面預埋件連接節(jié)點處的應力和變形進行了分析研究。主要研究內容有： (1)建立了光伏一體化屋面的標準單晶硅光伏組件支撐框架的有限元計算模型,分析了支撐框架在恒載、活載作用下的應力和位移。 (2)研究了框架梁截面尺寸、框架支柱截面尺寸、支柱高度和支柱約束等因素對溫度應力和變形的影響,提出了改善溫度應力的措施。通過單獨荷載作用與荷載和溫度共同作用的對比,得到不同溫差下的溫度應力占總應力的比例。 (3)對框架柱與屋面預埋件連接節(jié)點進行了非線性分析,引入混凝土和鋼材的材料非線性,模擬了由溫度效應引起的預埋件受彎剪共同作用,以及預埋件與混凝土連接的粘結效應。 研究結果表明：支柱截面的大小,約束和支柱高度都對溫度應力有不同程度的影響；整體尺寸較大時溫度應力不容忽視,甚至有可能超過荷載作用；在框架梁和框架柱連接處開橢圓孔釋放位移約束可有效降低溫度應力；光伏支撐框架與屋頂預埋件的連接在溫度效應下有可能發(fā)生破壞,設計時應進行承載力驗算。 研究成果為光伏一體化屋面規(guī)程的制定打下了基礎,對光伏一體化屋面支撐框架的設計有參考價值。 【關鍵詞】：光伏建筑一體化 鋼框架 非線性有限元 溫度應力 損傷塑性
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU231;TU18
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 課題的背景11-14
• 1.2 混凝士結構溫度應力的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 鋼結構溫度應力的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4 混凝土結構預埋件的研究現(xiàn)狀18
• 1.5 本文主要研究內容18-20
• 第二章 有限元理論和軟件概述20-31
• 2.1 有限元理論概述20
• 2.2 有限元分析軟件介紹20-22
• 2.3 本文所用單元22-24
• 2.4 ABAQUS中混凝土本構模型的建立24-28
• 2.5 混凝土損傷塑性模型簡介28-31
• 第三章 支撐框架的計算模型與靜載分析31-39
• 3.1 模型介紹31
• 3.2 模型建立31-34
• 3.3 靜載作用下結構的應力和位移34-39
• 第四章 支撐框架的溫度應力分析39-56
• 4.1 熱傳導與變溫應力39-40
• 4.2 初應變和初應力40-41
• 4.3 溫度作用下框架和屋面的自由伸縮計算41-43
• 4.4 柱截面變化對框架應力的影響43-45
• 4.5 梁截面變化對框架應力的影響45-46
• 4.6 柱高對框架應力分布的影響46-48
• 4.7 框架柱和框架梁的連接方式對框架應力的影響48-49
• 4.8 框架柱和框架梁連接處的開橢圓孔對框架應力的影響49-52
• 4.9 支撐框架柱溫度應力的理論推導52-55
• 4.10 小結55-56
• 第五章 支撐框架與混凝土連接的有限元分析56-84
• 5.1 模型介紹56-57
• 5.2 模型建立57-65
• 5.3 光面鋼筋在混凝土中的抗拔性能65-76
• 5.4 彎起鋼筋在混凝土中的抗拔性能76-80
• 5.5 彎起鋼筋的抗剪性能80-84
• 第六章 結論與展望84-87
• 6.1 主要研究工作及結論84-86
• 6.2 展望86-87
• 參考文獻87-91
• 致謝91-92
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文92

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