雪载荷工况下圆拱形连栋塑料温室的结构分析与试验研究

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连栋塑料温室是现代温室的一种类型,具有保温性能好、土地利用率高、投资成本低等优点,在我国设施农业中得到了快速的发展和广泛的应用。但是作为一种特殊的农业生产性建筑设施,我国在温室结构方面的研究仍然不足,以致国产连栋塑料温室在恶劣天气(暴雪)中发生倒塌等工程事故,造成严重的经济损失。因此,加强温室结构方面的研究,提高国产连栋塑料温室抵抗恶劣天气(暴雪)的能力,已经成为我国设施农业领域中的当务之急。   本文以圆拱形连栋塑料温室为研究对象,采用有限元方法来进行温室结构分析,研究温室结构的受力特性和失稳特点,并且针对整个结构的薄弱部位进行改进设计,提高国产连栋塑料温室抵抗恶劣天气(暴雪)的能力。同时,探讨温室结构稳定性的影响因素,并且进行量化分析,完善我国温室结构方面的研究。   首先,根据圆拱形连栋塑料温室的结构特点,简化温室结构的几何模型和边界条件,并且对使用单元和材料力学特性指标进行详细的说明和相关的测试。在上述基础上,建立了合理的有限元模型。   其次,对圆拱形连栋塑料温室的有限元模型进行静力分析,并且采用定义单元表来提取单元应变。通过基于非线性静力分析的结构强度计算,得到了0.30kN/m2雪载荷工况下构件的最大变形量为12.005mm,最大应力为124.1MPa,满足正常使用极限状态和结构强度的要求。同时,针对整个结构的薄弱部位(拱架)进行了改进设计。仿真结果表明,改进后拱架的最大变形量和最大应力分别减小81.7%和74.2%,提高了国产连栋塑料温室抵抗恶劣天气(暴雪)的能力。   最后,对圆拱形连栋塑料温室的有限元模型进行屈曲分析,并且采用弧长法来跟踪整个结构载荷-位移全过程的平衡路径。通过基于非线性屈曲分析的结构稳定性计算,得到了该类型温室结构可以承受的最大雪载荷为0.63kN/m2,略大于实际值。同时,量化了圆拱形连栋塑料温室的模型形式、拱架曲率半径和薄膜预应力对温室结构稳定性的影响作用,完善了我国温室结构方面的研究。   此外,为了验证圆拱形连栋塑料温室的建模方式和计算方法的可行性以及计算结果的可靠性,本文还进行了圆拱形连栋塑料温室实物模型的逐级加载试验。试验结果表明,圆拱形连栋塑料温室构件上的应变计算结果与应变测量结果最大相差34.2%,验证了温室结构的建模方式和计算方法的可行性。
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