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節點(diǎn)對集裝箱房屋性能影響的研究

2013年7月19日

摘要: 2009年以來(lái),全球的國際貿易量的急劇下降,更導致集裝箱總量需求的減少,但是卻加快了集裝箱淘汰、廢棄的步伐。廢舊的二手集裝箱改造房也因此得到迅猛的發(fā)展,并由單層的臨時(shí)住房推廣到多層的永久性住宅之中。然而,目前的箱體間連接方式國內很少,方法過(guò)于簡(jiǎn)單,對于多層的集裝箱房屋來(lái)說(shuō)需要設置節點(diǎn)形式來(lái)滿(mǎn)足箱體間的抗剪力等,能否設計出新型節點(diǎn)形式,已經(jīng)成為了集裝箱房屋發(fā)展的最大瓶頸。本文研究了多層集裝箱房屋在十字卡件等節點(diǎn)的連接形式下的研究和分析,首先分析了其在靜力作用下的優(yōu)良勝能,進(jìn)行了必要的理論推導;研究其在外荷載下的特性。其次,本文采用有限元軟件ABAQUS對集裝箱房屋的頂端荷載一位移曲線(xiàn)進(jìn)行模擬,并與理論分析對比本文最終得出十字卡件等節點(diǎn)連接的優(yōu)良性能,推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞: 廢舊二手集裝箱 改造房 節點(diǎn)連接 抗剪性能

1. 目前狀況

目前全球約有2400萬(wàn)集裝箱在全球各地快速流轉,大約每年需要淘汰的集裝箱大概100多萬(wàn)。自從2009年,全球的國際貿易量的迅速下降,更導致集裝箱需求總量的減少,同時(shí)也加快了集裝箱淘汰、廢棄的步伐。而廢舊的二手集裝箱房屋就因此孕育而生,但是目前大多數人們認識的集裝箱房屋都只是用于臨時(shí)施工場(chǎng)所的單層房屋,如何發(fā)展集裝箱房屋多層連接的步伐已經(jīng)成為限制集裝箱房屋發(fā)展的最大瓶頸,本分析將對箱體之間的連接節點(diǎn)進(jìn)行分析,目的是滿(mǎn)足施工簡(jiǎn)便,便于加工制作,傳力明確,構造合理;滿(mǎn)足并適合軍、民、工業(yè)住宅多樣性;達到便于拆卸分離,達到模塊化移動(dòng)性靈活性能;要求節點(diǎn)構件的耐久性,達到使用年限;達到在外界荷載作用下滿(mǎn)足抗拉、抗剪能力;滿(mǎn)足抗震、抗風(fēng)等規范要求。

2. 集裝箱房屋節點(diǎn)研究

2.1 節點(diǎn)形式分析

螺栓連接和雙頭錐,都可以承受水平比較大的抗剪力,但由于集裝箱房屋之間空隙很小,所以采用螺栓框架進(jìn)行豎向連接需要對原始集裝箱進(jìn)行相應改造;卡件或鎖件的連接,作用在橫向的集裝箱房屋角件之間的連接將兩個(gè)集裝箱房屋連接起來(lái),起到了縱向的抗剪作用和抗拉作用,大大提高了結構作為整體的安全,一般1~3層的集裝箱房屋用卡件連接就可以滿(mǎn)足安全性;采用L型鋼板圍焊,在保障安全的情況下,更節省材料,而且施工方便,但是拆分很麻煩;集裝箱十字鋼板卡件結構的構造是,中間為鋼板,上下面分別突出四個(gè)卡件,與集裝箱進(jìn)行卡件連接時(shí),因為集裝箱的角件特殊構造,柱角角件可以直接卡進(jìn)突出的卡槽中,其中卡槽里有可以進(jìn)行方向變化的的卡件,一個(gè)這樣的十字板卡件結構可以與上下共8個(gè)角柱角件相連,也就是可以滿(mǎn)足8個(gè)集裝箱的連接,可簡(jiǎn)化安裝過(guò)程,大大縮短了施工工期,經(jīng)濟方便,十字鋼板卡件可在工廠(chǎng)直接加工完成。而且在確保安全的情況下,更適合人們生活所用,而且十字卡件的優(yōu)勢是拆分方便,大大增強了其移動(dòng)能力。

集裝箱房屋連接示意圖

集裝箱房屋連接示意圖

集裝箱房屋節點(diǎn)形式

集裝箱房屋節點(diǎn)形式

集裝箱房屋十字鋼板卡件

集裝箱房屋十字鋼板卡件

圖1

2.2 理論和軟件分析

如果沒(méi)有節點(diǎn)的連接,箱體之間就互相獨立,不能作為一個(gè)整體,那它的整體位移和抗剪能力就大大減弱。本分析在假使存在箱體間節點(diǎn)的連接下進(jìn)行計算或模擬。對于單層的雙跨共2個(gè)集裝箱房屋而言,經(jīng)過(guò)計算,箱體之間的豎向剪力大小就為0.267P;軟件相應的模擬值為0.22P。但是如果沒(méi)有節點(diǎn)的假設和連接,那么箱體間必然會(huì )產(chǎn)生比較大的錯動(dòng)變形,無(wú)法作為一個(gè)整體。理論計算下,二層框架頂層位移為0.08lm,軟件計算下,頂層位移為0.115m,可想而知,如果沒(méi)有節點(diǎn)的假設和連接,那么箱體之間必然產(chǎn)生很大的水平錯動(dòng)位移,無(wú)法作為一個(gè)整體。

集裝箱房屋的整體位移和抗剪能力模擬

圖2 集裝箱房屋的整體位移和抗剪能力模擬

集裝箱房屋的整體位移和抗剪能力模擬

圖3 集裝箱房屋的整體位移和抗剪能力模擬

2.3 總結

節點(diǎn)形式的連接,不僅可以減小集裝箱房屋的水平和豎向之間的位移錯動(dòng),也可以達到水平和豎向的抗剪力性能,箱體之間的連接可以為集裝箱房屋帶來(lái)多方面的安全性能,而節點(diǎn)形式的設計也可以大大滿(mǎn)足當前發(fā)展的瓶頸要求,可以預計模塊化集裝箱房屋多層的發(fā)展必將引領(lǐng)集裝箱房屋產(chǎn)業(yè)。

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