第２１卷 ２ＯＯ６缸 第６期 １２月 山东建筑大学学报 Ｊ０切 ＡＬ ＯＦ ＳＨＡＮＤＯＮＧ ＪＩＡＮＺｔｔＵ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｖ０１．２１ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ． ２００６
文章编号：１６７３—７６４４（２ＯＯ６）Ｏ６—０４７４—０６
玻璃幕墙结构力学性能试验分析与数值模拟
史宝军 ，尹晓江 ，张瑞军 ，宋世军
（１．山东建筑大学机电工程学院，山东济南２５０１０１；２．山东建筑大学工程力学研究所，山东济南２５Ｏ１Ｏ１）
摘要：结合工程实例对玻璃幕墙结构进行了风压变形性能试验研究，建立了风荷载作用下幕墙结构的整体有限元模 型，并进行了数值模拟计算。通过对试验与有限元模拟结果的分析比较可以看出，该整体有限元模型主要受力杆件 面法线方向最大挠度值的数值模拟结果与实验基本吻合，并在规范规定的容许值范围内。但试验结果在立柱下端 节点处呈现明显的非线性变化，数值模拟结果与试验结果差别较大。本文根据弯矩一曲率（Ｍ一 ）关系，采用弹性杆 来模拟立柱两端梁柱节点处的半刚性状态。数值结果表明，这种半刚性模型比较符合实际情况，计算值与试验值吻 合较好，为幕墙结构力学分析提供了一种新的建模方法。 关键词：有限元；幕墙；实验；数值模拟 中图分类号：ＴＵ３１１．３ 文献标识码：Ａ
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｇｌａｓｓ ｃｕｒｔａｉｎ ｗａｌｌｓ
ＳＨＩ Ｂａｏ．ｊｕｎ ．＿，ＹＩＮ Ｘｉ．ｏ－ｊｉａｎｇ２，ＺＨＡＮＧ Ｒｕｉ．ｊｕｎ ，ｅｔ ｏ１．
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５０１０１，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｌＪｔｌｌｔｅ ｏｆ Ｅｒｌｇｉ— ｎｅｅｒｉ￣Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５０１０１，Ｃｈｉｎａ）
第一章、
1、钢结构的特点（1）、钢结构材料的质量轻、强度高（2）、材质均匀，和力学计算的假定比较符合（3）、钢结构制造简便，施工周期短，可拆卸（4）、塑性和韧性好（5）、密闭性好（6）、钢材耐腐蚀性差（7）、钢材耐热但不耐火
第二章
1、钢材的破坏形式（1）、塑性破坏：破坏前有明显的变形，破坏历时时间长，可以采取补救措施。（2）、脆性破坏：破坏前没有明显的变形，破坏发生突然，没有机会补救。
2、钢材的机械性能（1）、强度 在静载、常温条件下，对钢材标准试件一次单项均匀拉伸试验是机械性能试验中最具代表性的。它可以得到反应钢材强度和韧性的几项主要机械性能指标。（2）、塑性 是指钢材破坏前产生塑性变形的能力，可由静力拉伸试验得到的机械性能指标伸长率和截面收缩率来衡量。尤其是截面收缩率可反应钢材在三向拉应力状态下的最大塑性变形能力。（3）、冲击韧性：在动力荷载作用下，材料吸收能量的能力。韧性是钢材强度和塑性的综合指标。衡量冲击韧性的指标：冲击功。（4）、冷弯性能指钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标
3、化学成分对钢材的影响
（1）碳（C）：钢材强度的主要来源，但是随其含量增加，强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。一般控制在0.12％～0.2%，在0.2％以下时，可焊性良好
（2）硫（S）是一种有害元素，降低钢材的塑性、韧性、可焊性、抗锈蚀性等，在高温时使钢材变脆，即热脆。因此，钢材中硫的含量不得超过0.05%，在焊接结构中不超过0.045%。 （3）磷(P) 既是有害元素也是能利用的合金元素。磷是碳素钢中的杂质，它在低温下使钢变脆，这种现象称为冷脆。在高温时磷也能使钢减少塑性。但磷能提高钢的强度和抗锈蚀能力。
（4）氧(O)、氮(N)也是有害杂质，在金属熔化的状态下可以从空气中进入。氧能使钢热脆，其作用比硫剧烈，氮能使钢冷脆，与磷相似。
二章1、结构的作用：是指施加在结构上的集中或分布荷载（直接作用）以及引起结构外加变形
或约束变形因素（间接作用）的总称。P92、荷载的分类：（1）按时间的变异：永久荷载、可变荷载、偶然荷载（2）按空间位置变异：
固定荷载、可动荷载（3）按结构的反应：静态荷载、动态荷载。P93、永久荷载的代表值即它的标准值；可变荷载的代表值：（1）标准值：可变荷载的标准值，
是可变荷载的基本代表值。（2）组合值：是当结构承受两种或两种以上的可变荷载时的代表
值。（3）频遇值：在设计基准期内其超越频率为某一给定频率的作用值。（4）准永久值：在
整个设计基准期内出现时间较长（不低于25年）的那部分荷载值。P104、设计基准期：为确定可变荷载代表值而选用的时间参数，一般为50年。P12
5、结构功能要求：安全性要求、适用性要求、耐久性要求。P12
6、结构极限状态：整个结构或其中一部分，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一
功能（安全、适用、耐久）要求。147、极限状态分类：承载能力极限状态、正常使用极限状态。P14
四章1、钢筋混凝土结构优点：（1）材料利用合理（2）可模性好（3）耐久性和耐火性较好，维
护费用低（4）整体性好。缺点：（1）自重大（2）抗裂性差（3）承载力有限（4）施工复杂，
工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，施工受季节、天气的影响较大。（5）混凝
土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。P27混凝土的抗压强度P332、混凝土的徐变：混凝土在长期不变的荷载作用下，沿作用力方向随时间而产生的塑性变
形。产生原因：水泥胶凝体的流动性及内部微裂缝开展。P383、对构件影响：增大变形；引起内力重分布；引起预应力损失。混凝土徐变的影响因素：
配合比、养护、应力条件。P394、粘结力组成：化学胶结力、摩擦力、机械咬合力、钢筋端部锚固力。影响粘结强度的因
素：钢筋的表面形状、直径；砼的强度等级、保护层厚度；侧向压力及横向钢筋；浇筑位置
第一章测试
1. 定向支座是否可以转动？
A:可以
B:不可以
答案:B
2. 结构力学以（ ）结构为研究对象？
A:实体
B:杆件
C:板壳
答案:B
3. 结构分析要考虑哪些基本方程？
A:物理方程
B:本构方程
C:几何方程
D:力的平衡方程
答案:ABCD
4. 常见的杆件间的连接有哪几种？
A:组合结点
B:定向结点
C:铰结点
D:刚结点
答案:ABCD
5. 定向结点的约束反力有几组？
A:1
B:3
C:2
答案:C
6. 结构力学中的链杆支座，又叫做（ ）。
A:定向支座
B:固定支座
C:滚轴支座
D:铰支座
答案:C
7. 截断组合结点的杆件，有（ ）组约束力？
A:3
B:不确定
C:1
D:2
答案:B 8. 动力荷载随时间迅速变化，使结构产生显著的加速度，因此（ ）的影响不能忽略。
A:弹力
B:重力
C:惯性力
答案:C
第二章测试
1. 图中链杆1和2的交点O可视为虚铰。（ ）
A:对
B:错
答案:B
2. 几何不变且无多余约束的体系其自由度必定为零。（ ）
A:错
B:对
答案:B
3. 瞬变体系中一定有多余的约束存在。（ ）
A:对
B:错
答案:A
4. 下列说法正确的是：（ ）
A:结构的制造误差不会产生内力
B:静定结构一定无多余联系
C:几何可变体系一定无多余联系
D:有多余联系的体系是超静定结构
答案:B
5. 图中的四种铰连结是复铰的是：( )
A:图A
B:图D
C:图B
D:图C
答案:D
6. 判断体系几何不变还是可变的前提条件是（ ）。
A:把杆件刚度看作无限大
B:不考虑材料应变
C:把杆件刚度看作有限大
D:考虑材料应变
答案:AB
7. 分析图中体系的几何构造时可以先去掉二元体DFE。（ ）
A:错 B:对
答案:A
8. 如图所示体系是几何不变体系。（ ）
A:对
B:错
答案:B
9. 图示体系是几何_____体系。
