本发明专利技术涉及铝合金结构的篷房建造技术，具体是一种铝合金门式刚架的面外抗风稳定性计算方法，本发明专利技术旨在解决铝合金门式刚架在平面外风荷载作用下的稳定承载力校核问题。通过将平面外风荷载简化为作用于铝合金门式刚架梁柱的线荷载，将铝合金门式刚架平面外抗侧移结构简化为平面桁架，最终通过控制简化后平面桁架在线荷载作用下的位移限值来实现抗风稳定的校核。本发明专利技术可通过快速的计算完成铝合金门式刚架平面外抗风稳定的校核，从而确保了整体结构在复杂风荷载作用下的稳定。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土木工程，尤其涉及铝合金结构的篷房建造技术，具体是一种铝合金门式刚架面外抗风稳定计算方法及其预警系统。
技术介绍
1、在工程技术中，“门式刚架”为一种传统的结构体系，该类结构的上部主构架包括刚架斜梁、刚架柱、支撑。进一步，在此基础上，“铝合金门式刚架”具体是指用铝合金构件组成的门式刚架结构。该结构主要的受力来自平面荷载，尤其来源于风的作用，当承受较大风荷载时，铝合金门式刚架结构会发生较大变形，从而影响正常使用功能，甚至发生倒塌破坏。其中，平面外方向（简称“面外”，如图1中的箭头标记方向）是铝合金门式刚架抗风的弱方向。因此，往往需要在铝合金门式刚架处设置斜撑（或剪刀撑）来加强铝合金门式刚架处的刚性，使其具有可靠的抗弯抗侧刚度，进而避免被大风吹倒的情况发生。
2、在上述对铝合金门式刚架的加固过程中，由于缺乏理论计算方法的校验辅助，经常导致铝合金门式刚架的斜撑设置过度或不足的问题发生。尤其当斜撑设置不足时，整个铝合金门式刚架依然存在因刚性不足而容易因外因导致垮塌的问题；如此，当前对铝合金门式刚架的使用过程存在着安全隐患。
3、目前，关于门式刚架面外抗风稳定的校核方法主要集中于钢结构领域，钢结构形式的门式刚架主要通过控制排架侧移来保证结构在风荷载作用下的稳定性能。而铝合金的弹性模量约为钢材的1/3，因此铝合金结构的变形机制与钢结构相比存在较大的不同。如此，现有钢结构门式刚架的抗风稳定位移计算方法和限值无法套用在铝合金门式刚架结构的校核上。
技术实现思路
>1、本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提出一种针对铝合金门式刚架面外抗风稳定性的计算方法及其监测系统，进而提高铝合金门式刚架在使用过程中的安全性。2、为了达到上述目的，本专利技术是这样实现的：
3、一种铝合金门式刚架的面外抗风稳定性计算方法，包括以下步骤：
4、步骤1、根据铝合金门式刚架的面外迎风面和背风面的面积及风荷载作用计算铝合金门式刚架的等效线荷载：
5、
6、式中：q为面外风荷载产生的等效线荷载，wk为基本风压标准值，aw为山墙面的面积，μz为风压高度系数，n为铝合金门式刚架面外带斜撑跨数，l为单跨铝合金门式刚架梁柱长度的和；
7、步骤2、根据铝合金门式刚架的风荷载作用、几何尺寸、铝合金材性，借鉴现有关于交叉网格的面内刚度计算公式，同时考虑铝合金门式刚架结构的面外抗风特征，建立以下公式并计算铝合金门式在等效线荷载作用下的跨中位移：
8、
9、式中：ex和ax分别为次构件的弹性模型和截面面积，ec和ac分别为斜撑的弹性模量和截面面积，α为斜撑与铝合金门式刚架梁、柱的夹角，q为面外荷载的等效风荷载，n为半跨网格的数量, x为沿跨度方向网格的长度，y为垂直跨度方向的网格长度；
10、步骤3、使用abaqus建立大量不同跨度和起拱角度的铝合金门式刚架面外分析模型，向模型施加线荷载直至结构应力达到设计值，然后记录此时铝合金门式刚架的面外抗风位移限值；基于上述过程获得的大量面外抗风位移限值，拟合出铝合金门式刚架的面外抗风失稳位移限值计算公式，即铝合金门式刚架的面外抗风位移限值：
11、
12、式中：[v]为跨中面外位移限值，h为铝合金门式刚架柱高度，l为铝合金门式刚架跨度，θ为铝合金门式刚架梁柱的夹角；
13、步骤4、将铝合金门式刚架依据步骤2计算所得的跨中位移数据与和步骤3所得的位移限值进行比对，若前者大于后者，则结构发生抗风失稳，反之则没失稳。
14、在上述铝合金门式刚架的面外抗风稳定性计算方法中，铝合金门式刚架的平面外风荷载的等效作用形式为线荷载；其原因在于：面外风荷载简化为线荷载的方法较为成熟，既能保证结构计算的安全性，同时计算简单便于使用。
15、在上述基础上，本专利技术还进一步提出一种具有自动化监控功能的铝合金门式刚架面外抗风预警系统，该预警系统依托于上述本专利技术提出的计算公式，并将其通过工业控制软件和设备实现对铝合金门式刚的抗风能力自动化计算及安全监测功能。
16、具体的，本专利技术提出的铝合金门式刚架面外抗风预警系统包括经过上述铝合金门式刚架面外抗风稳定计算方法核算后所搭建的铝合金门式刚架，以及设置在所述铝合金门式刚架带斜撑的顶部跨中（即屋脊位置）的激光位移传感器，所述激光位移传感器用于观测并采集铝合金门式刚架的跨中面外位移量并将铝合金门式刚架的实际跨中面外位移量向外界发送以便与经计算方法计算后的跨中面外位移限值[v]进行对比。
17、上述的预警系统，还包括无线或有线的网络传输模块及操作终端，所述网络传输模块将激光位移传感器采集的铝合金门式刚架的跨中面外位移量；发送至操作终端，以供按时观测，所述激光位移传感器在正常天气情况下的监测频率为1次/天，在大风天气情况下的监测频率为1次/小时。
18、上述的预警系统，还包括操作终端，所述操作终端将所收到铝合金门式刚架的实际跨中面外位移量与通过上述铝合金门式刚架的面外抗风稳定性计算方法计算所得中通过计算公式计算所得的跨中面外位移限值[v]进行对比，当比值达到0.6时进行初步预警，当比值达到0.8时进行正式预警，当比值达到0.95时进行严重预警。
19、综上所述，本专利技术所提出的上述铝合金门式刚架的面外抗风稳定性计算方法，不同于现有的钢结构形式门式刚架的校核方法，考虑到铝合金材质弹性模量的特性，本专利技术提出的计算方法将复杂的铝合金门式刚架抗风稳定问题简化为桁架变形的计算，从而确保本计算公式能够在实际工程中的快速、准确使地用。
20、进一步，本专利技术提出的上述铝合金门式刚架面外抗风稳定计算方法，所涉及计算公式均经过严密的理论推导与足量数据拟合，充分保证了该计算方法的稳定性。如此，即使铝合金门式刚架被越来越广泛地应用于临时性建筑，本专利技术提出的上述计算方法也可以为该类结构的推广应用提供可靠的理论支撑，进而提高铝合金材质临时建筑的使用安全性。
21、由此，本专利技术提出的上述铝合金门式刚架的面外抗风稳定性计算方法，可广泛适用于通过铝合金材质的门式刚架梁、柱、次构件及斜撑均构成的铝合金建筑。
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【技术保护点】
1.一种铝合金门式刚架的面外抗风稳定性计算方法，其特征是：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的铝合金门式刚架的面外抗风稳定性计算方法，其特征是：所述铝合金门式刚架包括梁、柱、次构件及斜撑并且均为铝合金构件。
3.一种基于权利要求1或2所述铝合金门式刚架的面外抗风稳定性计算方法的铝合金门式刚架面外抗风预警系统，其特征是：包括经过权利要求1所述铝合金门式刚架的面外抗风稳定性计算方法核算后所搭建的铝合金门式刚架，以及设置在所述铝合金门式刚架带斜撑的顶部跨中或屋脊位置的激光位移传感器，所述激光位移传感器用于观测并采集铝合金门式刚架的跨中面外位移量并将铝合金门式刚架的实际跨中面外位移量向外界发送以便与经计算方法计算后的跨中面外位移限值[V]进行对比。
4.根据权利要求3所述的铝合金门式刚架面外抗风预警系统，其特征是：还包括无线或有线的网络传输模块，所述网络传输模块将激光位移传感器采集的铝合金门式刚架的跨中面外位移量；发送至操作终端，以供实时观测，所述激光位移传感器在正常天气情况下的监测频率为1次/天，在大风天气情况下的监测频率为1次/小时。
<p>5.根据权利要求4所述的铝合金门式刚架面外抗风预警系统，其特征是：还包括操作终端，所述操作终端将所收到铝合金门式刚架的实际跨中面外位移量与通过权利要求1所述铝合金门式刚架的面外抗风稳定性计算方法计算所得的跨中面外位移限值[V]进行对比，当比值达到0.6时进行初步预警，当比值达到0.8时进行正式预警，当比值达到0.95时进行严重预警。...
【技术特征摘要】
1.一种铝合金门式刚架的面外抗风稳定性计算方法，其特征是：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的铝合金门式刚架的面外抗风稳定性计算方法，其特征是：所述铝合金门式刚架包括梁、柱、次构件及斜撑并且均为铝合金构件。
3.一种基于权利要求1或2所述铝合金门式刚架的面外抗风稳定性计算方法的铝合金门式刚架面外抗风预警系统，其特征是：包括经过权利要求1所述铝合金门式刚架的面外抗风稳定性计算方法核算后所搭建的铝合金门式刚架，以及设置在所述铝合金门式刚架带斜撑的顶部跨中或屋脊位置的激光位移传感器，所述激光位移传感器用于观测并采集铝合金门式刚架的跨中面外位移量并将铝合金门式刚架的实际跨中面外位移量向外界发送以便与经计算方法计算后的跨中面外位移限值[v]...
【专利技术属性】
技术研发人员：王钢，陈桥生，马栋栋，
申请(专利权)人：上海宝冶集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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