本文以國內(nèi)部分既有鐵路站房及雨棚金屬屋面系統(tǒng)為研究對象,重點研究了金屬屋面系統(tǒng)在風(fēng)吸力作用下的靜力性能和疲勞性能。通過建立合理的直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)和傳統(tǒng)搭接式金屬屋面系統(tǒng)的有限元簡化模型,模擬兩種形式的金屬屋面在風(fēng)吸力作用下的力學(xué)行為,分別對其靜力性能和疲勞性能進(jìn)行有限元仿真分析,并與國內(nèi)外相關(guān)試驗對比分析得到比較可靠的結(jié)論。通過本項目的研究,為既有鐵路站房及雨棚金屬屋面系統(tǒng)的安全控制與養(yǎng)護(hù)維修提供一定的科學(xué)依據(jù)。為了研究金屬屋面系統(tǒng)在風(fēng)吸力作用下的靜力性能和疲勞性能,本文主要開展了以下幾個方面的工作：

　　(1)詳細(xì)考察了國內(nèi)部分既有鐵路站房及雨棚金屬屋面系統(tǒng)的屋面結(jié)構(gòu)概況及其使用現(xiàn)狀,對現(xiàn)有金屬屋面系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)概況及其病害類型進(jìn)行歸類總結(jié)分析,為進(jìn)一步深入探討金屬屋面系統(tǒng)的力學(xué)性能奠定基礎(chǔ)；

　　(2)研究金屬屋面系統(tǒng)(包括屋面板、T型支座、檁條、主梁)的內(nèi)力傳遞方式,利用ANSYS有限元軟件建立了直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)和傳統(tǒng)搭接式金屬屋面系統(tǒng)的簡化模型,分別對兩種形式的金屬屋面在風(fēng)吸力作用下的靜力性能和破壞模式進(jìn)行分析,并與相關(guān)試驗結(jié)果進(jìn)行對比分析；參考?xì)W洲規(guī)范對本文金屬屋面模型進(jìn)行設(shè)計規(guī)范驗證,將有限元計算結(jié)果與規(guī)范計算結(jié)果進(jìn)行對比分析。

　　(3)通過建立基于斷裂力學(xué)的隨機疲勞損傷模型,結(jié)合疲勞裂紋擴展理論分析研究了金屬屋面的風(fēng)致疲勞問題；基于疲勞累積損傷理論利用ANSYS有限元軟件在靜力分析的基礎(chǔ)上分析了兩種金屬屋面系統(tǒng)在風(fēng)荷載作用下的疲勞性能。

　　(4)針對金屬屋面系統(tǒng)的破壞類型,分別從提高金屬屋面自身抗風(fēng)強度和降低金屬屋面承受的風(fēng)壓強度兩方面提出了增強金屬屋面系統(tǒng)抗風(fēng)性能的具體措施；并從加強金屬屋面板與固定支座連接強度的角度出發(fā),設(shè)計了一種提高金屬屋面系統(tǒng)抗風(fēng)性能的“簡易加強夾”裝置,并通過有限元數(shù)值模擬對其進(jìn)行分析驗證。本課題的創(chuàng)新之處主要體現(xiàn)在：(1)通過有限元數(shù)值模擬分析方法,對金屬屋面系統(tǒng)在風(fēng)吸力作用下的靜力性能及其破壞模式進(jìn)行研究,并同設(shè)計規(guī)范驗證結(jié)果對比；(2)在有限元靜力分析的基礎(chǔ)上,’對金屬屋面系統(tǒng)在風(fēng)荷載作用下的疲勞性能進(jìn)行模擬分析；(3)提出了一種提高金屬屋面系統(tǒng)抗風(fēng)性能的“簡易加強夾”裝置。