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節點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,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展,并由單層的臨時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,方法過于簡單,對于多層的集裝箱房屋來說需要設置節點形式來滿足箱體間的抗剪力等,能否設計出新型節點形式,已經成為了集裝箱房屋發展的最大瓶頸。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良勝能,進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進行模擬,并與理論分析對比本文最終得出十字卡件等節點連接的優良性能,推動行業的發展。

關鍵詞: 廢舊二手集裝箱 改造房 節點連接 抗剪性能

1. 目前狀況

目前全球約有2400萬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。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施工場所的單層房屋,如何發展集裝箱房屋多層連接的步伐已經成為限制集裝箱房屋發展的最大瓶頸,本分析將對箱體之間的連接節點進行分析,目的是滿足施工簡便,便于加工制作,傳力明確,構造合理;滿足并適合軍、民、工業住宅多樣性;達到便于拆卸分離,達到模塊化移動性靈活性能;要求節點構件的耐久性,達到使用年限;達到在外界荷載作用下滿足抗拉、抗剪能力;滿足抗震、抗風等規范要求。

2. 集裝箱房屋節點研究

2.1 節點形式分析

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行豎向連接需要對原始集裝箱進行相應改造;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集裝箱房屋連接起來,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卡件,與集裝箱進行卡件連接時,因為集裝箱的角件特殊構造,柱角角件可以直接卡進突出的卡槽中,其中卡槽里有可以進行方向變化的的卡件,一個這樣的十字板卡件結構可以與上下共8個角柱角件相連,也就是可以滿足8個集裝箱的連接,可簡化安裝過程,大大縮短了施工工期,經濟方便,十字鋼板卡件可在工廠直接加工完成。而且在確保安全的情況下,更適合人們生活所用,而且十字卡件的優勢是拆分方便,大大增強了其移動能力。

集裝箱房屋連接示意圖

集裝箱房屋連接示意圖

集裝箱房屋節點形式

集裝箱房屋節點形式

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

如果沒有節點的連接,箱體之間就互相獨立,不能作為一個整體,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的連接下進行計算或模擬。對于單層的雙跨共2個集裝箱房屋而言,經過計算,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。但是如果沒有節點的假設和連接,那么箱體間必然會產生比較大的錯動變形,無法作為一個整體。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,如果沒有節點的假設和連接,那么箱體之間必然產生很大的水平錯動位移,無法作為一個整體。

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,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多方面的安全性能,而節點形式的設計也可以大大滿足當前發展的瓶頸要求,可以預計模塊化集裝箱房屋多層的發展必將引領集裝箱房屋產業。

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