杆式折叠结构的设计与受力性能分析

摘要

为了实现房屋的折叠与展开并满足其受力需求，在传统剪支铰折叠结构的基础上，提出一种新型杆式折叠结构。首先，对新型杆式折叠结构进行设计和优化，采用螺旋理论对其进行自由度分析。同时，建立高度为2.2 m的ABAQUS有限元模型，对其施加平面内竖向荷载，获得不同铰接约束次数、钢材强度等级、销轴孔径、槽钢立柱壁厚、杆件宽度条件下折叠结构的初始刚度、极限承载力和破坏模式。最后，对折叠结构进行稳定性分析，提出了设计建议。结果表明：当折叠结构展开后高宽比为1/2^1/2时，可以达到最大折叠率；折叠结构展开过程中机构自由度为1，当折叠结构完全展开并施加一定铰接约束后结构自由度为负值；次要受力杆件、销轴孔径对结构初始刚度和极限承载力影响不大；提高钢材强度等级、槽钢立柱壁厚、主要受力构件宽度可提高结构初始刚度和极限承载力，但是其值过高时会导致结构发生失稳破坏；为避免结构失稳，可通过促进塑性铰形成和将特定杆件改为箱形截面两种途径来实现。

关键词

折叠结构 / 有限元模拟 / 螺旋理论 / 荷载-位移曲线 / 稳定性分析

基金资助

湖南省自然科学基金（2023JJ30142）; 长沙市自然科学基金（kq2208033）; 山东省科技型中小企业创新能力提升工程项目（2021TSGC1175）; 湖湘高层次人才聚集工程-创新人才（2021RC5005）