節(jié)點(diǎn)對(duì)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(guó)際貿(mào)易量的急劇下降，更導(dǎo)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(guó)內(nèi)很少，方法過(guò)于簡(jiǎn)單，對(duì)于多層的集裝箱房屋來(lái)說(shuō)需要設(shè)置節(jié)點(diǎn)形式來(lái)滿足箱體間的抗剪力等，能否設(shè)計(jì)出新型節(jié)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(jié)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(dǎo)；研究其在外荷載下的特性。其次，本文采用有限元軟件ABAQUS對(duì)集裝箱房屋的頂端荷載一位移曲線進(jìn)行模擬，并與理論分析對(duì)比本文最終得出十字卡件等節(jié)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(jié)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(zhuǎn)，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(guó)際貿(mào)易量的迅速下降，更導(dǎo)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(shù)人們認(rèn)識(shí)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(duì)箱體之間的連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，目的是滿足施工簡(jiǎn)便，便于加工制作，傳力明確，構(gòu)造合理；滿足并適合軍、民、工業(yè)住宅多樣性；達(dá)到便于拆卸分離，達(dá)到模塊化移動(dòng)性靈活性能；要求節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的耐久性，達(dá)到使用年限；達(dá)到在外界荷載作用下滿足抗拉、抗剪能力；滿足抗震、抗風(fēng)等規(guī)范要求。

2. 集裝箱房屋節(jié)點(diǎn)研究

2.1 節(jié)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(duì)原始集裝箱進(jìn)行相應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)的構(gòu)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?yàn)榧b箱的角件特殊構(gòu)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(jié)構(gòu)可以與上下共8個(gè)角柱角件相連，也就是可以滿足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(jì)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(yōu)勢(shì)是拆分方便，大大增強(qiáng)了其移動(dòng)能力。

集裝箱房屋連接示意圖

集裝箱房屋節(jié)點(diǎn)形式

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(jié)點(diǎn)的連接，箱體之間就互相獨(dú)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(jié)點(diǎn)的連接下進(jìn)行計(jì)算或模擬。對(duì)于單層的雙跨共2個(gè)集裝箱房屋而言，經(jīng)過(guò)計(jì)算，箱體之間的豎向剪力大小就為0.267P；軟件相應(yīng)的模擬值為0.22P。但是如果沒(méi)有節(jié)點(diǎn)的假設(shè)和連接，那么箱體間必然會(huì)產(chǎn)生比較大的錯(cuò)動(dòng)變形，無(wú)法作為一個(gè)整體。理論計(jì)算下，二層框架頂層位移為0.08lm，軟件計(jì)算下，頂層位移為0.115m，可想而知，如果沒(méi)有節(jié)點(diǎn)的假設(shè)和連接，那么箱體之間必然產(chǎn)生很大的水平錯(cuò)動(dòng)位移，無(wú)法作為一個(gè)整體。

圖2 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(jié)

節(jié)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(cuò)動(dòng)，也可以達(dá)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(jié)點(diǎn)形式的設(shè)計(jì)也可以大大滿足當(dāng)前發(fā)展的瓶頸要求，可以預(yù)計(jì)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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