規(guī)模化連棟溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化及安全性研究
連棟溫室正朝著單體規(guī)模擴大、管理智能化、生產(chǎn)精細化和裝備現(xiàn)代化方向迅速發(fā)展。我院設(shè)施農(nóng)業(yè)研究所聚焦規(guī)模化連棟玻璃溫室的主體結(jié)構(gòu)與圍護系統(tǒng)設(shè)計、基礎(chǔ)工程優(yōu)化、關(guān)鍵構(gòu)件及連接節(jié)點安全性分析等核心環(huán)節(jié)，開展一系列研究創(chuàng)新和成果熟化轉(zhuǎn)化工作，形成一套成熟、可靠的連棟溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與方法，為我國連棟溫室的高質(zhì)量建設(shè)提供重要技術(shù)支撐。
（1）建立規(guī)模化連棟溫室主體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)性設(shè)計優(yōu)化方法
針對不同跨度與桁架高度的連棟溫室設(shè)計，構(gòu)建了精準結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，初步形成涵蓋全荷載組合分析、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)選定、主體構(gòu)件優(yōu)化計算、基礎(chǔ)選型與柱腳節(jié)點設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)安全性復(fù)核在內(nèi)的成套設(shè)計方法與安全性評價體系。
（2）提出連棟溫室基礎(chǔ)及柱腳節(jié)點設(shè)計優(yōu)化方法
以連棟玻璃溫室柱腳螺栓節(jié)點為重點，依據(jù)國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范，對中柱與邊柱節(jié)點開展系統(tǒng)設(shè)計。提出了該類節(jié)點的有限元建模與分析方法，結(jié)合有限元模擬與試驗驗證，揭示了中柱節(jié)點抗彎和邊柱節(jié)點抗剪的承載力機制與破壞特征。綜合考量螺栓直徑、柱底板厚度及抗剪鍵配置等關(guān)鍵因素，提出了經(jīng)濟合理的節(jié)點構(gòu)造形式，并在典型工況下完成力學(xué)性能評估與優(yōu)化設(shè)計。研究成果《Venlo型溫室柱腳螺栓節(jié)點力學(xué)性能研究》發(fā)表于《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報》。
（3）提出連棟溫室圍護結(jié)構(gòu)計算方法
以連棟玻璃溫室圍護系統(tǒng)為對象，依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，對天溝、屋脊梁、人字梁、立梃、檁條等桿件及相關(guān)連接節(jié)點進行設(shè)計。通過有限元數(shù)值模擬，初步建立起圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)件與節(jié)點的力學(xué)計算模型與方法。在保障結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，提出了符合國內(nèi)標準要求的桿件截面選型與節(jié)點構(gòu)造建議，完成典型工況下的力學(xué)行為分析并實現(xiàn)構(gòu)造優(yōu)化。
根據(jù)上述優(yōu)化設(shè)計方法進行結(jié)構(gòu)設(shè)計計算，可實現(xiàn)連棟溫室整體用鋼量降低5.56%。研究成果直接轉(zhuǎn)化應(yīng)用連棟溫室建設(shè)面積55公頃，并為64公頃連棟溫室建設(shè)提供技術(shù)咨詢服務(wù)，為我國設(shè)施農(nóng)業(yè)健康發(fā)展提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。
圖1 溫室基礎(chǔ)節(jié)點破壞試驗
圖2 連棟溫室桁架穩(wěn)定試驗
圖3 連棟溫室轉(zhuǎn)化應(yīng)用實際工程
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