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目前,点支式玻璃幕墙在实际工程中的应用越来越多,并且绝大多数都被应用于大型公共建筑之中。点支式玻璃幕墙一般应用于大跨、高柔玻璃幕培体系,该体系对风荷载特别敏感,一旦发生破坏,后果不堪设想。点支式玻璃幕墙在其服役期间主要承受风荷载的循环往复作用,随着风荷载作用时间的增长,玻璃幕墙有可能发生疲劳累积损伤,最终导致结构发生疲劳断裂破坏。点支式玻璃幕墙主要由玻璃面板、金属连接件和支承体系组成。其中,玻璃面板和支承体系是结构的薄弱环节,有必要对它们在随机风荷载作用下的疲劳破坏进行研究,以降低发生这种灾害的可能性。本文结合理论分析、试验研究和数值计算等多种方法,分别对风荷载谱、钢化玻璃板和柔性支承体系的疲劳性能进行了较系统的研究,提出了钢化玻璃板的实用抗疲劳设计方法,并且系统给出了柔性支承体系风致疲劳累积损伤计算方法。本文主要完成了以下几方面的工作:
(1)对日平均风速分布进行统计分析,考虑不同风速重现期的影响,建立用于风致疲劳累积损伤计算需要的每小时平均风速模型;采用随机模拟时程分析方法对脉动风荷载进行数值模拟,建立用于疲劳计算和寿命评估所需的风荷载谱。
(2)对四点支承单层和中空钢化玻璃板进行静载和疲劳试验,研究钢化玻璃板静载作用下和循环荷载作用下的力学性质,以及钢化玻璃板在循环荷载作用下的疲劳特性,为钢化玻璃板的抗疲劳设计提供依据。
(3)利用传统的疲劳寿命评估和疲劳断裂理论对单层和中空钢化玻璃板进行S-N曲线拟合和裂纹扩展研究。在已有实验结果的基础上,对钢化玻璃板进行疲劳性能的研究和寿命评估,并对这两种方法的有效性进行比较分析。
(4)在对钢化玻璃板试验数据进行合理分析的基础上,探讨了钢化玻璃板在循环荷载作用下的疲劳特性。同时,对各种抗疲劳设计方法进行归纳分析,提出一种有效、可靠和实用的钢化玻璃板抗疲劳设计方法。
(5)基于非线性有限元的基础理论,采用随机风荷载数值模拟算法,考虑不同结构设计规范对疲劳累积损伤的要求,通过对比分析不同参数情况下结构危险部位的疲劳累积损伤,对点支式玻璃幕墙的索桁架支承体系进行了随机风荷载作用下的疲劳性能研究。