中國農(nóng)學(xué)通報(bào) 2023 39 27 144 150 ChineseAgriculturalScienceBulletin 基金項(xiàng)目 陜西省科技創(chuàng)新引導(dǎo)專項(xiàng)項(xiàng)目 大型智能蓄熱裝配化溫室結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究 2021QFY08 01 第 一 作 者 簡 介 胡 燕 妮 女 1998 年 出 生 山 東 煙 臺(tái) 人 碩 士 研 究 生 研 究 方 向 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 和 結(jié) 構(gòu) 工 程 通 信 地 址 712100 陜 西 省 咸 陽 市 楊 陵 區(qū) 西 北 農(nóng) 林科技大學(xué)南校區(qū) E mail 734262816 通 信 作 者 何 斌 男 1971 年 出 生 內(nèi) 蒙 古 烏 蘭 察 布 人 副 教 授 博 士 主 要 從 事 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 工 程 研 究 通 信 地 址 712100 陜 西 省 咸 陽 市 楊 陵 區(qū) 西 北 農(nóng) 林 科技大學(xué)南校區(qū) E mail 收稿日期 2022 10 10 修回日期 2023 02 01 連棟溫室抗連續(xù)性倒塌機(jī)理及構(gòu)件敏感性分析 胡燕妮 1 何 斌 1 2 范 全 1 張金豪 1 梁鈺嵩 1 范 彬 1 1 西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院 陜西楊凌712100 2 西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西楊凌712100 摘 要 為 避 免 連 棟 溫 室 因 局 部 構(gòu) 件 破 壞 而 引 起 整 體 結(jié) 構(gòu) 破 壞 本 研 究 選 取 咸 陽 地 區(qū) 某Venlo 型 連 棟 溫 室作為研究對(duì)象 基于抗連續(xù)倒塌基本機(jī)理提 出了一種改進(jìn)的敏感性分析 方法 得到了連棟溫室結(jié)構(gòu)關(guān) 鍵 構(gòu) 件 及 其 分 布 規(guī) 律 使 用MIDAS GEN 軟 件 對(duì) 溫 室 骨 架 截 面 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì) 優(yōu) 化 而 后 在ANSYS 軟 件 中 將 優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)通過結(jié)合拆除 構(gòu)件法和敏感性分析方法 確定柱子的敏感性系數(shù) 結(jié)果表明 1 長邊柱的 敏 感 性 系 數(shù) 與 中 柱 接 近 并 大 于 短 邊 柱 短 邊 柱 敏 感 性 系 數(shù) 大 于 角 柱 2 長 邊 柱 靠 近 兩 端 敏 感 性 系 數(shù) 顯 著 上 升 有 桁 架 鉸 接 的 柱 相 較 于 其 他 柱 敏 感 性 系 數(shù) 略 高 3 中 柱 的 敏 感 性 系 數(shù) 與 直 接 應(yīng) 力 呈 現(xiàn) 正 相 關(guān) 性 而長邊柱和短邊柱則相反 研究結(jié)果可為連棟溫室優(yōu)化 抗連續(xù)性倒塌等研究提供參考 關(guān)鍵詞 連棟溫室 連續(xù)性倒塌 關(guān)鍵構(gòu)件 敏感性 中圖分類號(hào) S625 1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 論文編號(hào) casb2022 0845 Mechanism of Continuous Collapse Resistance and Component Sensitivity Analysis of Multi Span Greenhouse H U Y a n n i 1 H E B i n 1 2 F A N Q u a n 1 Z H A N G J i n h a o 1 L I A N G Y u s o n g 1 F A N B i n 1 1 College of Water Resources and Architectural Engineering Northwest A 2 Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Areas Ministry of Education Northwest A 2 the sensitivity coefficient of the long side column near both ends increased significantly and the column with truss hinged had a slightly higher sensitivity coefficient than that of other columns 3 the sensitivity coefficient of the middle column showed a positive correlation with the direct stress while the long and short column were opposites The research results can provide a reference for the optimization of multi span greenhouse and the study of continuous collapse resistance Keywords multi span greenhouse continuous collapse key components susceptibility0 引言 近 年 中 國 連 棟 溫 室 快 速 發(fā) 展 逐 漸 成 為 了 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 的 重 要 組 成 部 分 1 隨 著 社 會(huì) 的 發(fā) 展 越 來 越 多 的 溫 室 形 式 不 斷 涌 現(xiàn) Venlo 型 溫 室 由 于 采 光 好 室 內(nèi) 溫 度均勻 結(jié)構(gòu)有較高的承載力等優(yōu)點(diǎn) 應(yīng)用廣泛 2 4 這 種 結(jié) 構(gòu) 采 用 水 平 桁 架 與 立 柱 鉸 接 形 成 的 穩(wěn) 定 結(jié) 構(gòu) 每 個(gè) 水 平 桁 架 上 承 擔(dān)2 個(gè) 以 上 的 小 屋 面 5 Venlo 型 溫 室 在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí) 結(jié)構(gòu)自身的安全性非常重要 尤其是在 極 端 風(fēng) 雪 荷 載 控 制 的 工 況 下 很 容 易 導(dǎo) 致 結(jié) 構(gòu) 破 壞 倒 塌 6 8 連棟溫室結(jié)構(gòu)是一種有一定的冗余度的超靜定結(jié) 構(gòu) 9 10 在 極 端 風(fēng) 雪 天 氣 某 些 關(guān) 鍵 構(gòu) 件 的 失 效 會(huì) 引 起 結(jié)構(gòu)發(fā)生內(nèi)力重分布 導(dǎo)致更多的結(jié)構(gòu)被破壞 從而引 起 結(jié) 構(gòu) 連 續(xù) 性 倒 塌 11 13 因 此 防 止 結(jié) 構(gòu) 連 續(xù) 倒 塌 的 關(guān) 鍵 就 是 準(zhǔn) 確 識(shí) 別 出 結(jié) 構(gòu) 的 關(guān) 鍵 構(gòu) 件 并 加 以 防 護(hù) 14 通 常 在 進(jìn) 行 關(guān) 鍵 構(gòu) 件 分 析 時(shí) 需 要 對(duì) 各 種 工 況 或 只 對(duì) 最 易 發(fā) 生 破 壞 的 工 況 進(jìn) 行 構(gòu) 件 拆 除 分 析 采 集 拆 除 構(gòu) 件 后 剩 余 結(jié) 構(gòu) 的 極 限 承 載 力 和 應(yīng) 力 應(yīng) 變 等 參 數(shù) 通 過 分 析 比 較 被 拆 除 構(gòu) 件 的 上 述 參 數(shù) 的 前 后 變 化 就 能 計(jì) 算 得 出 被 拆 除 構(gòu) 件 的 重 要 性 系 數(shù) 15 16 常 用 的 結(jié) 構(gòu) 桿 件重要性評(píng)價(jià)方法有 基于應(yīng)力敏感性的評(píng)價(jià)方法 基 于位移敏感性的評(píng)價(jià)方法 能量法 17 國內(nèi)外以往的連棟溫室結(jié)構(gòu)研究偏向?qū)B棟溫室 性能的研究 近年來逐漸向結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的研究方向傾斜 但 還 沒 有 與 連 續(xù) 性 倒 塌 理 論 相 結(jié) 合 的 分 析 18 20 本 研 究 以 連 棟 溫 室 的 豎 向 構(gòu) 件 為 例 通 過 分 析 拆 除 不 同 柱 子 對(duì) 連 棟 溫 室 剩 余 結(jié) 構(gòu) 的 影 響 得 出 柱 的 重 要 性 系 數(shù) 并通過分析關(guān)鍵構(gòu)件找出與重要性系數(shù)分布相關(guān) 的 規(guī) 律 希 望 能 對(duì)Venlo 型 連 棟 溫 室 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 有 一 定 的理論貢獻(xiàn)和工程實(shí)用價(jià)值 1 結(jié)構(gòu)方案 1 1 工程概況 供 試 溫 室 為Venlo 型 連 棟 溫 室 位 于 陜 西 省 咸 陽 市 楊 陵 區(qū) 東 經(jīng)108 4 北 緯34 16 該 地 區(qū) 屬 溫 帶 大 陸 性 氣 候 氣 候 溫 和 環(huán) 境 條 件 很 適 合 發(fā) 展 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 該 溫 室 長 度48 m 寬 度24 m 溫 室 結(jié) 構(gòu) 整 體 采 用 Q235 鋼 覆 蓋 材 料 使 用5mm 厚 玻 璃 側(cè) 墻 使 用5 6A 5 玻璃 溫室骨架剖面圖如圖1 所示 1 桁架上部支座 2 桁架中撐 3 上拱桿 4 桁架上弦桿 5 柱上支座 6 桁架腹桿 7 桁架下弦桿 8 主柱 圖 1 溫室骨架剖面圖 1 2 荷載工況 Venlo 型 溫 室 結(jié) 構(gòu) 為 輕 鋼 結(jié) 構(gòu) 溫 室 其 屋 面 覆 蓋 材 料 也 屬 于 輕 質(zhì) 透 明 材 料 這 會(huì) 導(dǎo) 致 溫 室 結(jié) 構(gòu) 的 永 久 荷 載 很 小 結(jié) 構(gòu) 受 可 變 荷 載 影 響 更 大 溫 室 結(jié) 構(gòu) 中 可 變 荷 載 主 要 有 風(fēng) 荷 載 雪 荷 載 屋 面 活 荷 載 及 作 物 荷 載 計(jì)算時(shí)采用由活荷載效應(yīng)控制的荷載工況 永 久 荷 載 主 要 分 為 構(gòu) 件 自 重 以 及 固 定 設(shè) 備 的 自 重 根 據(jù) 農(nóng) 業(yè) 溫 室 結(jié) 構(gòu) 荷 載 規(guī) 范 21 溫 室 內(nèi) 固 定 設(shè) 備 荷 載 尚 未 確 定 時(shí) 永 久 荷 載 可 按0 07 kN m 2 的 豎 向 均 布 荷 載 采 用 綜 合 計(jì) 算 以 上 兩 部 分 永 久 荷 載 取 永 久荷載代表值為0 15kN m 2 根 據(jù) 建 筑 結(jié) 構(gòu) 荷 載 規(guī) 范 22 并 結(jié) 合 與 本 溫 室 結(jié) 構(gòu) 相 似 的 多 跨 雙 坡 屋 面 的 規(guī) 定 風(fēng) 荷 載 標(biāo) 準(zhǔn) 值 按 照 1 式計(jì)算 w k s z w 0 1 式 中 wk 風(fēng) 荷 載 標(biāo) 準(zhǔn) 值 kN m 2 s 風(fēng) 荷 載 體 形 系 數(shù) B 類 場 地 且 結(jié) 構(gòu) 離 地 高 度 為6m 取 0 32 z 風(fēng) 壓 高 度 變 化 系 數(shù) 屋 面 坡 度 為22 取1 23 w0 基 本 風(fēng) 壓 kN m 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限20 年 取0 75 風(fēng)荷載計(jì)算結(jié)果如圖2 所示 雪荷載按 2 式計(jì)算 S k r C t S 0 2 式 中 Sk 雪 荷 載 標(biāo) 準(zhǔn) 值 kN m 2 r 為 屋 面 積 雪 分 布 系 數(shù) 結(jié) 構(gòu) 屋 面 坡 度 為22 且 本 溫 室 結(jié) 構(gòu) 的 拱 髙f 0 8m 跨 長l 12m f l 0 1 取0 8 Ct 加 熱 影 響 系 數(shù) 不 屬 于 冬 季 加 溫 溫 室 取1 S0 基 本 雪 壓 kN m 2 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 胡 燕 妮 等 連 棟 溫 室 抗 連 續(xù) 性 倒 塌 機(jī) 理 及 構(gòu) 件 敏 感 性 分 析 145中國農(nóng)學(xué)通報(bào) 使用年限為20 年 取0 2 24 按 照 農(nóng) 業(yè) 溫 室 結(jié) 構(gòu) 荷 載 規(guī) 范 該 溫 室 結(jié) 構(gòu) 主 體 結(jié) 構(gòu) 水 平 投 影 面 積 為1152 m 2 30 m 2 故 該 溫 室 結(jié) 構(gòu) 屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值取0 1kN m 2 2 分析方法 2 1 連續(xù)性倒塌 結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌理論的本質(zhì)是 在意外情況下 結(jié) 構(gòu) 原 有 的 邊 界 條 件 或 受 力 情 況 發(fā) 生 變 化 某 個(gè) 或 某 些 構(gòu)件失效 從而引起整個(gè)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng) 剩余結(jié)構(gòu)被 迫形成新的內(nèi)力重分布 不斷有新構(gòu)件因超出強(qiáng)度 失 穩(wěn) 或 變 形 等 原 因 而 失 效 最 終 剩 余 結(jié) 構(gòu) 達(dá) 到 了 新 的 平 衡 狀 態(tài) 或 結(jié) 構(gòu) 發(fā) 生 了 整 體 倒 塌 25 常 見 的 結(jié) 構(gòu) 倒 塌 設(shè) 計(jì)方法有 概念設(shè)計(jì)法 拉結(jié)構(gòu)件法 拆除構(gòu)件法 局部 加 強(qiáng) 法 26 拆 除 構(gòu) 件 法 是 最 常 用 設(shè) 計(jì) 方 法 美 國 有 關(guān) 標(biāo) 準(zhǔn) 稱 為AP 法 Alternate Path Method 本 研 究 就 采 用這種方法進(jìn)行構(gòu)件敏感性的研究 27 2 2 AP 法 AP 法 又 名 備 用 荷 載 路 徑 法 研 究 思 路 是 先 移 除 一 根 或 幾 根 主 要 的 受 力 構(gòu) 件 然 后 對(duì) 剩 余 結(jié) 構(gòu) 的 應(yīng) 力 應(yīng) 變 進(jìn) 行 整 理 并 計(jì) 算 分 析 判 斷 整 個(gè) 結(jié) 構(gòu) 是 否 會(huì) 繼 續(xù) 發(fā)生破壞甚至大范圍倒塌 對(duì)于構(gòu)件數(shù)量眾多的復(fù)雜 結(jié)構(gòu) 一一移除構(gòu)件進(jìn)行分析的工作量巨大 所以應(yīng)該 對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行重要性分級(jí) 目前國內(nèi)外研究只是根 據(jù) 工 程 經(jīng) 驗(yàn) 選 擇 構(gòu) 件 缺 乏Venlo 型 等 連 棟 溫 室 方 向 的 參 照 本 研 究 從 結(jié) 構(gòu) 構(gòu) 件 的 應(yīng) 力 敏 感 性 出 發(fā) 利 用 AP 法 找 出 連 棟 溫 室 進(jìn) 行 連 續(xù) 性 倒 塌 分 析 時(shí) 應(yīng) 當(dāng) 移 除 的構(gòu)件 備用荷載路徑法的分析流程如圖3 所示 2 3 敏感性分析 本研究選擇關(guān)鍵立柱的方法是基于應(yīng)力敏感性的 評(píng)價(jià)方法 這是以桿件發(fā)生 初始破壞前后 剩余結(jié)構(gòu)桿 件應(yīng)力變化為依據(jù)的敏感性分析方法 應(yīng)力變化是結(jié) 構(gòu) 桿 件 基 礎(chǔ) 的 響 應(yīng) 參 數(shù) 這 種 方 法 思 路 清 晰 容 易 理 解 實(shí)際操作過程簡便易懂 設(shè) 結(jié) 構(gòu) 共n 根 豎 向 構(gòu) 件 得 出 敏 感 性 系 數(shù) 定 義 見 式 3 R I i 1 n 1 i 1 j i n S R j i 1 2 3 n 3 式 中 RIi i 根 構(gòu) 件 的 移 除 指 標(biāo) n 構(gòu) 件 的 總 數(shù) SRj 第j 根 構(gòu) 件 的 正 應(yīng) 力 絕 對(duì) 值 最 大 值 與 構(gòu) 件 的 材 料 強(qiáng) 度 的比值 桿件的材料強(qiáng)度計(jì)算方法見式 4 SR j j m a x f 4 式 中 SRj 第j 根 構(gòu) 件 的 正 應(yīng) 力 絕 對(duì) 值 最 大 值 與 構(gòu) 件 的 材 料 強(qiáng) 度 的 比 值 j m a x j 根 柱 子 正 應(yīng) 力 絕 對(duì) 值 最 大 值 MPa f 材料強(qiáng)度 MPa 本 結(jié) 構(gòu) 整 體 骨 架 采 用Q235 鋼 材 屈 服 強(qiáng) 度 為235 MPa 正 應(yīng) 力 絕 對(duì) 值 最 大 值 與 構(gòu) 件 的 材 料 強(qiáng) 度 的 比 值 反 應(yīng) 了 結(jié) 構(gòu) 的 重 要 性 程 度 這 個(gè) 比 值 越 大 說 明 移 除 圖 2 左側(cè)風(fēng)作用下風(fēng)荷載作用圖 kN m 2 圖 3 備用荷載路徑法流程圖 146該 構(gòu) 件 后 剩 余 構(gòu) 件 平 均 應(yīng) 力 比 越 高 就 越 可 能 發(fā) 生 連 續(xù)性倒塌 28 2 4 公式修正 本 研 究 中 將 連 棟 溫 室 的 結(jié) 構(gòu) 分 析 與 關(guān) 鍵 構(gòu) 件 計(jì) 算 結(jié) 合 在 一 起 原 有 的 公 式 不 太 適 用 于 連 棟 溫 室 結(jié) 構(gòu) 的 計(jì) 算 因 此 需 要 進(jìn) 行 修 正 該 結(jié) 構(gòu) 的 構(gòu) 件 全 部 為Q235 鋼 屈 服 強(qiáng) 度 一 致 且 屬 于 單 層 大 跨 度 輕 鋼 結(jié) 構(gòu) 這 種 情 況 下 單 根 柱 拆 除 后 剩 余 結(jié) 構(gòu) 的 正 應(yīng) 力 絕 對(duì) 值 最 大 值 的 變 化 值 遠(yuǎn) 小 于 正 應(yīng) 力 絕 對(duì) 值 最 大 值 為 了 更 直 觀 地 觀 察 構(gòu) 件 被 拆 除 后 整 個(gè) 結(jié) 構(gòu) 的 變 化 得 出 有 規(guī) 律 的 重 要 性 系 數(shù) 需 要 結(jié) 合 前 段 公 式 并 引 入 一 個(gè) 放 大 系 數(shù) 得 到 修 正 后 的 重 要 性 系 數(shù) 計(jì) 算 見 式 5 SC i i 1 j i n j m a x 0 f a n 1 i 1 2 3 n 5 式 中 SCi 修 正 后 的 重 要 性 系 數(shù) 0 結(jié) 構(gòu) 初 始 的 正 應(yīng)力絕對(duì)值最大值 MPa a 修正系數(shù) 取0 01 29 修正后的公式能更直接地體現(xiàn)某柱子拆除后剩余 構(gòu) 件 應(yīng) 力 應(yīng) 變 的 變 化 情 況 從 而 觀 察 得 出 柱 的 重 要 性 系數(shù)規(guī)律 3 數(shù)值模擬 采 用MIDAS 和ANSYS 相 結(jié) 合 的 方 法 進(jìn) 行 優(yōu) 化 和 計(jì) 算 用MIDAS GEN 模 擬 該 連 棟 溫 室 的 受 力 變 形 情 況 并 進(jìn) 行 截 面 優(yōu) 化 在ANSYS 中 依 次 拆 除 構(gòu) 件 研 究剩余結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變 確定敏感性系數(shù) 3 1 截面優(yōu)化 3 1 1 目標(biāo)與約束條件 為了使結(jié)構(gòu)既能承載上述幾種 工況的荷載 又不因截面過大造成材料的浪費(fèi) 故使用 MIDAS GEN 對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行截面尺寸的優(yōu)化 3 1 2 優(yōu) 化 過 程 首 先 進(jìn) 行 材 料 和 截 面 的 添 加 根 據(jù) 圖 紙 先 取 無 桁 架 的 一 榀 建 立 節(jié) 點(diǎn) 根 據(jù) 截 面 建 立 單 元 同 樣 方 法 繪 制 有 桁 架 的 一 榀 桁 架 運(yùn) 用 快 速 輸 入 結(jié) 構(gòu) 進(jìn) 行 建 模 復(fù) 制 并 連 接 每 個(gè) 框 架 外 側(cè) 橫 梁 也 進(jìn) 行 布 置 添 加 板 厚 并 進(jìn) 行 布 置 設(shè) 置 邊 界 外 側(cè) 柱 下 添 加 邊界 選擇剛接 添加荷載 首先進(jìn)行添加靜力荷載工 況 恒 荷 載 活 荷 載 風(fēng) 荷 載 雪 荷 載 添 加 自 重 在 恒 荷 載 工 況 下 Z 方 向 輸 入 1 完 成 自 重 荷 載 添 加 按 規(guī) 范添加風(fēng)荷載 軟件中有風(fēng)荷載程序 可以直接輸入?yún)?數(shù) 生 成 屋 面 荷 載 添 加 按 照 樓 面 荷 載 添 加 分 為 雪 荷 載和屋面荷載 模型建立完成后運(yùn)行模型并設(shè)置荷載 組合 3 1 3 優(yōu) 化 結(jié) 果 進(jìn) 行 各 個(gè) 構(gòu) 件 的 驗(yàn) 算 查 看 構(gòu) 件 是 否 滿 足 要 求 再 進(jìn) 行 優(yōu) 化 截 面 調(diào) 整 后 的 結(jié) 果 如 表1 所 示 3 2 敏感性分析 采 用ANSYS 工 具 進(jìn) 行 分 析 在CAD 中 進(jìn) 行 三 維 模 型 建 立 將 各 點(diǎn) 坐 標(biāo) 導(dǎo) 出 至Excel 再 轉(zhuǎn) 換 為txt 格 式 最 終 導(dǎo) 入ANSYS 連 接 坐 標(biāo) 點(diǎn) 快 速 建 立 空 間 模 型 溫 室 中 的 梁 和 柱 均 采 用Beam188 單 元 該 單 元 是 兩 節(jié) 點(diǎn) 的 三 維 線 性 梁 單 元 Venlo 型 溫 室 結(jié) 構(gòu) 立 柱 柱 腳 采 用 簡 易 式 鋼 柱 柱 腳 這 種 柱 腳 與 理 想 固 支 及 鉸 支 都 存 在 差 別 故 工 程 中 會(huì) 將 它 簡 化 以 便 結(jié) 構(gòu) 分 析 研 究 中 假 設(shè)Venlo 型 溫 室 的 立 柱 固 支 于 基 礎(chǔ) 頂 面 限 制 立 柱 底 部 各 方 向 平 動(dòng) 及 轉(zhuǎn) 動(dòng) 自 由 度 立 柱 桁 架 小 屋 面 構(gòu) 件 和 檁 條 等 各 構(gòu) 件 之 間 均 為 鉸 接 覆 蓋 材 料 鉸 接 于骨架 溫室模型如圖4 所示 在ANSYS 中 依 次 拆 除 具 有 代 表 性 的 柱 子 就 能 求 解 得 出 剩 余 結(jié) 構(gòu) 的 應(yīng) 力 應(yīng) 變 從 而 確 定 剩 余 結(jié) 構(gòu) 各 柱 的 敏 感 性 系 數(shù) 為 了 方 便 計(jì) 算 和 表 示 將 為 所 有 柱 子 編 號(hào)1 41 由 于 溫 室 在x y 軸 方 向 都 為 對(duì) 稱 結(jié) 構(gòu) 故 表 1 截面尺寸優(yōu)化表 構(gòu)件類別 桁架上支撐 桁架中撐 檁條 桁架上下弦 柱上支撐 桁架腹桿 柱子 屋頂梁 上拱桿 截面形狀 方鋼 方鋼 方鋼 方鋼 方鋼 角鋼 方鋼 槽鋼 方鋼 截面尺寸 mm 70 30 2 5 30 10 2 5 50 30 1 5 50 50 2 70 50 3 30 30 2 5 120 120 3 80 40 2 5 80 40 2 截面尺寸 調(diào)整后 mm 70 30 2 5 30 30 2 5 50 30 2 30 30 1 5 70 50 3 36 36 3 80 80 3 50 37 4 5 60 40 2 圖 4 溫室模型 胡 燕 妮 等 連 棟 溫 室 抗 連 續(xù) 性 倒 塌 機(jī) 理 及 構(gòu) 件 敏 感 性 分 析 147中國農(nóng)學(xué)通報(bào) 取 整 個(gè) 溫 室 的1 4 的 柱 子 拆 除 進(jìn) 行 計(jì) 算 以 求 得 整 個(gè) 溫室結(jié)構(gòu)的所有柱子的敏感性系數(shù) 因迎風(fēng)面柱子的 平 均 應(yīng) 力 大 于 背 風(fēng) 面 取 靠 近 迎 風(fēng) 面 的 編 號(hào) 為4 13 39 41 的柱子進(jìn)行拆除 溫室柱編號(hào)圖如圖5 所示 以 拆 除1 號(hào) 柱 為 例 在Model 模 塊 中 抑 制 該 柱 體 觀 察 結(jié) 構(gòu) 的 剩 余 各 構(gòu) 件 的 直 接 應(yīng) 力 并 與 拆 除 前 進(jìn) 行 對(duì) 比 分 析 其 他 柱 體 的 拆 除 及 觀 察 分 析 方 法 與1 號(hào) 柱 相同 依次進(jìn)行 4 結(jié)果與分析 4 1 重要性分布規(guī)律 依 次 拆 除 短 邊 方 向 的4 5 6 號(hào) 柱 及 長 邊 方 向 上 的 8 9 10 11 12 13 號(hào) 柱 得 到 剩 余 結(jié) 構(gòu) 各 構(gòu) 件 的 正 應(yīng) 力 結(jié) 果 計(jì) 算 被 拆 除 柱 重 要 性 系 數(shù) 及 各 類 柱 重 要 性 系 數(shù)平均值計(jì)算結(jié)構(gòu)如表2 所示 數(shù)據(jù)表明 在長邊方向上 各柱的重要性系數(shù)平均 值 為0 195 且 數(shù) 值 非 常 接 近 在 短 邊 方 向 上 各 柱 的 重 要 性 系 數(shù) 普 遍 小 于 長 邊 的 重 要 性 系 數(shù) 平 均 值 為 0 151 在 短 邊 與 中 部 桁 架 相 連 的 柱 上 重 要 性 系 數(shù) 最 小 將 角 柱7 號(hào) 柱 拆 除 得 出 剩 余 結(jié) 構(gòu) 各 構(gòu) 件 的 正 應(yīng) 力 絕 對(duì) 值 最 大 值 計(jì) 算 發(fā) 現(xiàn) 除 角 柱 周 圍 的 柱 及 短 邊 中 與桁架相連的柱變化較大 其余結(jié)構(gòu)受影響較小 角柱 的 重 要 性 系 數(shù) 為0 149 低 于 邊 柱 及 中 柱 的 重 要 性 系 數(shù) 依 次 拆 除 中 柱 中 的39 40 41 號(hào) 柱 分 別 得 到 剩 余 各 結(jié) 構(gòu) 的 正 應(yīng) 力 絕 對(duì) 值 最 大 值 計(jì) 算 發(fā) 現(xiàn) 中 柱 的 重 要 性 性 系 數(shù) 為0 188 比 短 邊 柱 及 角 柱 的 重 要 性 系 數(shù) 大 和 長 邊 方 向 的 重 要 性 系 數(shù) 接 近 且 越 靠 近 整 個(gè) 溫 室 結(jié) 構(gòu)兩端的中柱重要性系數(shù)越大 4 2 重要性與直接應(yīng)力 整 理 有 限 元 分 析 中 拆 除 構(gòu) 件 前 各 結(jié) 構(gòu) 的 直 接 應(yīng) 力 與其重要性系數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析 發(fā)現(xiàn)在各類柱中兩 者關(guān)系都有相似的規(guī)律 各柱重要性系數(shù)與直接應(yīng)力 關(guān)系如圖6 7 8 所示 通 過 對(duì) 比 長 邊 方 向 邊 柱 短 邊 方 向 邊 柱 和 長 邊 方 向中軸柱未拆構(gòu)件時(shí)各柱的直接應(yīng)力絕對(duì)值最大值與 重 要 性 系 數(shù) 發(fā) 現(xiàn) 以 下 結(jié) 果 對(duì) 于 中 柱 直 接 應(yīng) 力 較 大 圖 5 柱子編號(hào)圖 表 2 柱子重要性系數(shù)表 短邊邊柱4 短邊邊柱5 短邊邊柱6 角柱7 長邊邊柱8 長邊邊柱9 長邊邊柱10 長邊邊柱11 長邊邊柱12 長邊邊柱13 0 122 0 162 0 168 0 149 0 188 0 180 0 210 0 203 0 189 0 197 0 151 0 149 0 195 柱子編號(hào) 重要性系數(shù) 平均值 中柱39 中柱40 中柱41 0 160 0 177 0 205 0 188 柱子編號(hào) 重要性系數(shù) 平均值 續(xù)表 2 中 柱 編 號(hào) 重 要 性 系 數(shù) 直 接 應(yīng) 力 重 要 性 系 數(shù) 直 接 應(yīng) 力 圖 6 中柱重要性系數(shù) 148的 柱 子 重 要 性 系 數(shù) 也 大 直 接 應(yīng) 力 較 小 的 柱 子 重 要 性 系數(shù)也較小 兩者是正相關(guān) 且靠近兩端的中柱重要性 系數(shù)顯著上升 短邊柱則呈現(xiàn)與中柱相反的規(guī)律 在靠 近 中 點(diǎn) 處 未 拆 構(gòu) 件 時(shí) 正 應(yīng) 力 最 大 拆 除 構(gòu) 件 后 重 要 性 系數(shù)卻最低 靠近兩端的柱反之 長邊柱的研究結(jié)果與 中柱 短邊柱的規(guī)律各有相似之處 未拆構(gòu)件時(shí)直接應(yīng) 力 較 大 的 地 方 重 要 性 系 數(shù) 反 而 偏 小 未 拆 構(gòu) 件 時(shí) 直 接 應(yīng) 力 較 小 的 地 方 重 要 性 系 數(shù) 卻 偏 大 但 中 點(diǎn) 附 近 的 重 要 性 系 數(shù) 和 直 接 應(yīng) 力 都 偏 小 靠 近 兩 端 的 直 接 應(yīng) 力 和 重要性系數(shù)顯著上升 5 結(jié)論與討論 以 往 連 續(xù) 性 倒 塌 理 論 常 見 于 地 震 火 災(zāi) 中 的 高 層 建 筑 及 網(wǎng) 架 結(jié) 構(gòu) 的 破 壞 分 析 30 很 少 將 此 理 論 應(yīng) 用 于 溫室結(jié)構(gòu)的研究 涉及溫室倒塌的研究往往針對(duì)日光 溫 室 31 而 連 棟 溫 室 結(jié) 構(gòu) 比 日 光 溫 室 更 加 復(fù) 雜 為 了 設(shè) 計(jì) 施 工 的 便 利 性 連 棟 溫 室 柱 多 選 取 同 一 尺 寸 忽 略 了 不 同 位 置 構(gòu) 件 破 壞 對(duì) 結(jié) 構(gòu) 整 體 性 能 的 影 響 差 異 性 本研究對(duì)溫室結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法進(jìn)行創(chuàng)新 結(jié)論如下 1 依 據(jù) 連 續(xù) 性 倒 塌 理 論 和AP 法 的 思 想 提 出 以 剩余結(jié)構(gòu)應(yīng)力敏感性分析來確定結(jié)構(gòu)的豎向受力構(gòu)件 重 要 性 的 研 究 方 法 結(jié) 合Venlo 型 溫 室 的 實(shí) 際 情 況 在 原 有 公 式 上 進(jìn) 行 改 造 將 敏 感 性 分 析 的 參 數(shù) 由 構(gòu) 件 層 面 放 大 到 結(jié) 構(gòu) 層 面 保 證 了 計(jì) 算 結(jié) 果 的 準(zhǔn) 確 性 和 合 理 性 2 研 究 發(fā) 現(xiàn) 長 邊 柱 中 柱 短 邊 柱 角 柱 的 重 要 性系數(shù)依次為 0 195 0 188 0 151 0 149 重要性系數(shù) 與是否處于邊與邊交點(diǎn) 是否與桁架鉸接 是否靠近其 他類別柱等因素有關(guān) 現(xiàn) 有Venlo 型 溫 室 設(shè) 計(jì) 中 定 義 所 有 柱 截 面 尺 寸 基 本一致 未考慮不同位置柱破壞后對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響 未 能 在 抗 倒 塌 性 能 與 經(jīng) 濟(jì) 性 之 間 獲 得 較 好 的 平 衡 32 本 研 究 從 構(gòu) 件 重 要 性 系 數(shù) 角 度 重 新 思 考 了Venlo 型 溫 室設(shè)計(jì) 建議適當(dāng)提高關(guān)鍵構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求 最大限度 降 低 結(jié) 構(gòu) 連 續(xù) 倒 塌 破 壞 的 可 能 性 可 為Venlo 型 溫 室 設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供理論依據(jù) 連棟溫室設(shè)計(jì)應(yīng)與連續(xù)倒 塌 理 論 進(jìn) 一 步 結(jié) 合 在 提 升 結(jié) 構(gòu) 性 能 的 基 礎(chǔ) 上 優(yōu) 化 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 方 案 降 低 總 體 造 價(jià) 最 終 形 成 更 科 學(xué) 合 理 的 連棟溫室設(shè)計(jì)方法 參考文獻(xiàn) 1 齊 飛 周 新 群 張 躍 峰 等 世 界 現(xiàn) 代 化 溫 室 裝 備 技 術(shù) 發(fā) 展 及 對(duì) 中 國 的啟示 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2008 24 10 279 285 2 齊 飛 周 新 群 Venlo 溫 室 的 荷 載 效 應(yīng) 特 征 及 其 在 工 程 中 的 應(yīng) 用 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2007 23 3 163 168 3 譚 靜 芳 趙 立 新 劉 成 勛 等 全 玻 璃 鋼 溫 室 設(shè) 計(jì) 荷 載 分 析 J 農(nóng) 業(yè) 裝備技術(shù) 2004 2 42 43 4 韓 宏 昌 基 于ABAQUS 的 銀 川 地 區(qū)Venlo 型 溫 室 結(jié) 構(gòu) 靜 動(dòng) 力 分 析 及優(yōu)化設(shè)計(jì) D 銀川 寧夏大學(xué) 2019 5 李 笑 天 基 于ANSYS 的 日 光 溫 室 桁 架 結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 化 研 究 D 沈 陽 沈 陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 2020 6 俞 永 華 王 劍 平 應(yīng) 義 斌 塑 料 溫 室 拱 結(jié) 構(gòu) 雪 載 工 況 下 極 限 承 載 力 的非線性有限元分析 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2007 23 3 158 162 7 周 長 吉 大 型 連 棟 溫 室 設(shè) 計(jì) 風(fēng) 雪 荷 載 分 級(jí) 標(biāo) 準(zhǔn) 初 探 J 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué)報(bào) 2000 16 4 103 105 8 周 長 吉 周 博 士 考 察 拾 零 七 十 四 一 場 暴 雨 引 發(fā) 日 光 溫 室 倒 塌 的 成因分析 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2017 37 31 50 54 9 徐 航 李 雄 彥 徐 開 亮 等 大 型 連 棟 溫 室 的 研 究 現(xiàn) 狀 J 建 筑 結(jié) 構(gòu) 2021 51 S2 393 398 10 張 艷 紅 張 嵐 郭 建 業(yè) 等 荷 蘭 連 棟 玻 璃 溫 室 典 型 技 術(shù) 介 紹 以 RedHarvest 公司為例 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2020 40 31 50 52 11 顧祥林 印小晶 林峰 等 建筑結(jié)構(gòu) 倒塌過程 模擬與防 倒塌設(shè)計(jì) J 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào) 2010 6 179 187 12 丁 北 斗 呂 恒 林 李 賢 等 基 于 重 要 桿 件 失 效 網(wǎng) 架 結(jié) 構(gòu) 連 續(xù) 倒 塌 動(dòng) 力試驗(yàn)研究 J 振動(dòng)與沖擊 2015 34 23 106 114 短 邊 柱 編 號(hào) 重 要 性 系 數(shù) 直 接 應(yīng) 力 重 要 性 系 數(shù) 直 接 應(yīng) 力 圖 7 短邊柱重要性系數(shù) 長 邊 柱 編 號(hào) 重 要 性 系 數(shù) 直 接 應(yīng) 力 重 要 性 系 數(shù) 直 接 應(yīng) 力 圖 8 長邊柱重要性系數(shù) 胡 燕 妮 等 連 棟 溫 室 抗 連 續(xù) 性 倒 塌 機(jī) 理 及 構(gòu) 件 敏 感 性 分 析 149中國農(nóng)學(xué)通報(bào) 13 劉 占 省 陳 志 華 建 筑 結(jié) 構(gòu) 抗 連 續(xù) 性 倒 塌 研 究 進(jìn) 展 與 發(fā) 展 趨 勢(shì) J 建筑結(jié)構(gòu) 2022 43 1 1 28 14 郭 文 杰 趙 子 玉 崔 文 韜 等 基 于ANSYS 分 析 既 有RC 框 架 結(jié) 構(gòu) 抗 連續(xù)性倒塌的能力 J 山西建筑 2017 43 4 37 39 15 閆 龍 李 永 健 基 于 大 數(shù) 據(jù) 分 析 的BIM 裝 配 式 構(gòu) 件 損 傷 可 視 化 識(shí) 別方法 J 自動(dòng)化與儀器儀表 2021 12 81 84 16 姜 健 陸 堯 亮 李 國 強(qiáng) 等 火 災(zāi) 全 過 程 中 高 層 鋼 框 架 結(jié) 構(gòu) 抗 連 續(xù) 性 倒塌性能及控制措施 J 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào) 2021 42 S1 174 185 17 方 圣 恩 張 立 森 塑 性 破 壞 模 式 下 桁 架 桿 件 重 要 性 評(píng) 價(jià) 與 優(yōu) 化 J 應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào) 2018 26 6 1281 1293 18 黃 鑫 陳 俊 嶺 建 筑 物 抗 連 續(xù) 倒 塌 研 究 現(xiàn) 狀 和 函 待 解 決 的 問 題 J 特種結(jié)構(gòu) 2010 27 3 29 32 19 周 長 吉 周 博 士 考 察 拾 零 八 十 倒 塌 日 光 溫 室 的 新 生 J 農(nóng) 業(yè) 工 程技術(shù) 2018 38 13 62 69 20 王 軍 林 郭 華 任 小 強(qiáng) 災(zāi) 害 風(fēng) 荷 載 下 溫 室 單 層 柱 面 網(wǎng) 殼 整 體 動(dòng) 力 倒塌分析 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2017 33 9 195 203 21 中 華 人 民 共 和 國 住 房 和 城 鄉(xiāng) 建 設(shè) 部 GBT51183 2016 農(nóng) 業(yè) 溫 室 結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 S 北京 中國計(jì)劃出版社 2016 22 中 華 人 民 共 和 國 住 房 和 城 鄉(xiāng) 建 設(shè) 部 GB 50009 2012 建 筑 結(jié) 構(gòu) 荷載規(guī)范 S 北京 中國建筑工業(yè)出版社 2012 23 童 樂 為 金 健 周 鋒 中 歐 溫 室 規(guī) 范 中 風(fēng) 荷 載 取 值 的 對(duì) 比 J 農(nóng) 業(yè) 工 程學(xué)報(bào) 2013 29 21 174 181 24 丁 敏 朱 丹 許 晶 等 風(fēng) 雪 荷 載 作 用 下Venlo 型 溫 室 結(jié) 構(gòu) 整 體 性 能 研究 J 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2017 22 1 120 128 25 劉 歡 歡 麻 琳 RC 框 架 結(jié) 構(gòu) 基 于 抗 連 續(xù) 倒 塌 破 壞 機(jī) 制 的 對(duì) 策 研 究 J 四川水泥 2019 8 111 131 26 徐 銘 陽 王 叢 董 堯 等 極 罕 遇 地 震 作 用 下 建 筑 結(jié) 構(gòu) 一 致 風(fēng) 險(xiǎn) 抗 倒 塌設(shè)計(jì)方法研究 J 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào) 2022 43 7 253 263 27 郭 艷 坤 夏 益 兵 馬 躍 強(qiáng) 基 于 備 用 荷 載 路 徑 法 的 核 心 筒 懸 掛 鋼 結(jié) 構(gòu)連續(xù)倒塌研究 J 建筑結(jié)構(gòu) 2021 51 18 69 73 28 范 圣 剛 劉 杰 劉 美 景 基 于 鋼 塔 架 敏 感 性 的 連 續(xù) 倒 塌 分 析 與 數(shù) 值 模擬 J 工程力學(xué) 2013 4 322 330 29 馮 飛 蔡 建 國 網(wǎng) 架 結(jié) 構(gòu) 荷 載 動(dòng) 力 放 大 系 數(shù) 研 究 J 空 間 結(jié) 構(gòu) 2011 17 1 28 32 30 王 軍 林 郭 華 任 小 強(qiáng) 等 災(zāi) 害 風(fēng) 荷 載 下 溫 室 單 層 柱 面 網(wǎng) 殼 整 體 動(dòng) 力倒塌分析 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2017 33 9 195 203 31 白 義 奎 李 天 來 王 鐵 良 等 雪 災(zāi) 中 鋼 骨 架 結(jié) 構(gòu) 日 光 溫 室 倒 塌 原 因 及 對(duì) 策 C 設(shè) 施 園 藝 創(chuàng) 新 與 進(jìn) 展 2011 第 二 屆 中 國 壽 光 國 際 設(shè)施園藝高層學(xué)術(shù)論壇論文集 2011 122 126 32 周 長 吉 暴 風(fēng) 雪 造 成 連 棟 溫 室 倒 塌 的 啟 示 J 農(nóng) 業(yè) 工 程 技 術(shù) 溫 室 園藝 2007 12 13 15 150