冷弯型钢钢管混凝土柱-钢梁装配式节点抗震性能研究

为考察多高层框架结构体系中新型冷弯型钢装配式钢管混凝土柱-冷弯型钢拼合梁节点的抗震性能,设计并制作了一组足尺节点试件,对其进行不同轴压比下的拟静力试验.结合ABAQUS有限元分析,以轴压比、钢管柱壁厚、内填充混凝土强度等级为主要参数,研究节点试件在低周往复水平荷载作用下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、承载力、耗能能力、刚度退化等抗震性能.结果表明:在冷弯型钢柱内填充混凝土时,新型冷弯型钢装配式梁柱节点的承载力和耗能能力相比于空钢管柱节点整体有所提高,节点延性增加,节点仍保持“强柱弱梁”的失效模式.在低轴压比(0.2)下,钢管柱壁厚的增加对节点的耗能能力与承载力有一定的提升,其延性也有所增加;混凝土强度等级的变化对本文所研究“强柱”构造下的节点抗震性能几乎无影响,节点的滞回曲线基本一致,骨架曲线基本重合,节点的破坏形态保持不变,随着混凝土强度等级的增加,节点延性有所降低.但在高轴压比(0.8)下,钢管柱壁厚为2 mm和3 mm时柱刚度过弱,节点出现柱端压弯破坏;当钢管柱壁厚增加到4 mm时,节点破坏形态转变为梁端塑性铰破坏,因此应注意限制梁柱线刚度比,保证“强柱弱梁”的失效模式.本文研究成果对该新型节点用于多高层框架结构体系中的适用性及设计构造有一定参考意义.

冷弯型钢“框-墙”复合结构墙体上下层间受力性能研究

提出了一种新型的冷弯型钢“框-墙”复合结构墙体,并对2片不同层数的足尺墙体试件进行了拟静力试验。依据破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数等性能指标,与单层墙体对比,重点考察双层墙体上下层间的受力性能。此外,基于ABAQUS有限元分析软件对双层墙体的滞回性能进行模拟,并对层间连接部位的层间边框梁屈服强度、层间抗拔螺栓间距和高宽比进行参数分析。结果表明:试验全程双层墙体上下层间螺栓连接无明显滑移与拔起,具有半刚性特征,且根据位移计实测结果,墙体上下层间位移趋近于0;在考虑了上下层间连接部位后,双层墙体的位移延性系数和峰值荷载较单层墙体分别降低了1.84%和8.33%,说明冷弯型钢“框-墙”复合结构墙体上下层间传力、连接性较好;层间边框梁屈服强度和层间抗拔螺栓间距对墙体的抗剪承载力和抗侧刚度影响较小,而高宽比对双层墙体的抗侧刚度和抗剪承载力影响较大;研究成果可为该类墙体应用于多层冷弯型钢房屋住宅提供参考。

冷弯型钢-类地聚物泡沫混凝土柱轴压性能

为抑制冷弯型钢柱的屈曲变形及提高其承载力,对冷弯型钢-类地聚物泡沫混凝土组合柱的受力性能采用试验、数值仿真和理论相结合的方法进行系统性研究。对构件的荷载-轴向位移曲线、试验过程及破坏特征进行分析。比较不同形式构件的破坏模式及承载力结果,探讨不同因素对构件轴压性能的影响。结果表明:组合柱极限承载力相比拼合柱提高了1.4倍;板件宽厚比为60~100时,类地聚物泡沫混凝土利用率较高;泡沫混凝土密度每提高一个等级,组合柱的极限荷载约增加1.5%;从用钢量的角度考虑,设置对称单肋对组合柱极限承载力的提高更明显。在试验和数值仿真的基础上,依据现有相关规范中的计算方法对组合柱极限承载力进行了计算,发现JGJ 138—2016《组合结构设计规范》^([1])给出的计算方法可粗略估计组合柱极限承载力。最后,提出适用于组合柱轴压承载力的计算方法,并验证该公式的准确性。

冷弯型钢拼合柱局部屈曲后板组效应研究

为明确冷弯薄壁型钢(CFS)双肢闭合拼合柱局部屈曲后板组效应,文中对18根通过ST4.8自攻螺钉将单肢C形截面及单肢U形截面构件连接而成的CFS双肢闭合拼合柱进行轴压性能试验,获得试件破坏特征和极限承载力,研究了试件受力的弹性阶段和局部屈曲后继续承载阶段的各组成板件变形情况。结果表明受力阶段前期,拼合柱发生明显的局部屈曲现象;荷载继续增加,拼合柱进入屈曲后阶段,但各组成板件之间仍然存在板组效应的影响,使得C形截面翼缘与U形截面翼缘的屈曲变形方向一致,即协调屈曲,但这种屈曲作用已不再具有线性特性。基于试验结果,对GB 50018—2016和AISI-S100—2012中直接强度法(DSM)进行了验证。由于这两种方法计算理论中均未考虑承载试件局部屈曲后非线性的受力状况,使得两种方法的计算结果均存在误差,随着高厚比的增大,GB 50018—2016计算的试件承载力逐渐偏于保守,DSM计算结果逐渐偏于不安全。

双C形冷弯型钢拼合截面柱耐火性能研究

为研究双C形冷弯型钢拼合截面柱的耐火性能,采用有限元软件ABAQUS对火灾下双C形冷弯型钢拼合截面柱的温度场分布和耐火极限进行了数值分析,并对数值分析结果进行了试验验证。考虑轴压比、长细比的影响对钢柱临界温度进行分析,考察了耐火石膏板厚度对钢柱的耐火极限的影响,分析结果表明:钢柱临界温度随轴压比的增加而显著降低;长细比对钢柱临界温度影响相对较小;采用耐火石膏板对钢柱进行防护可有效提高钢柱的耐火极限。对不同轴压比和长细比的临界温度数据进行回归分析得到了双C形冷弯型钢拼合截面柱临界温度简化计算公式。对耐火石膏板保护钢柱升温曲线拟合得到了钢柱温度计算公式,并通过推导得到耐火石膏板保护钢柱耐火极限计算公式,为拼合冷弯型钢柱防火设计提供参考依据。

冷弯型钢构件腹板压跛研究进展与趋势

随着冷弯型钢在建筑行业中的应用和发展,对其构件破坏模式及相应承载力计算方法的研究不断深入。冷弯型钢构件板壁较薄,在支承反力或横向局部集中荷载作用下,未加劲腹板区域受到高密度局部集中荷载作用易发生腹板压跛破坏,在设计过程中应当充分重视。对冷弯型钢构件腹板压跛研究进展进行了总结,阐述了冷弯型钢构件腹板压跛研究的3个发展阶段,同时,归纳了各国冷弯型钢结构设计规范中有关腹板压跛的相应条例,指出了目前腹板压跛研究领域亟待解决的关键问题,并对冷弯型钢构件腹板压跛研究趋势予以展望。

冷弯型钢受压构件几何缺陷研究综述

随着国家乡村振兴战略的实施,农房建设成为美丽乡村建设的重要内容。大力推广绿色装配式冷弯薄壁型钢结构体系,对我国美丽乡村建设及实现“碳达峰碳中和”目标均有助力,冷弯薄壁型钢结构具有自重轻、强度高、装配方便、绿色环保等优势。然而,冷弯型钢受压构件由于其轻质特性,初始几何缺陷对其稳定性影响极大,进而影响整体结构的承载能力,因此国内外学者均对冷弯型钢受压构件的初始几何缺陷进行了相关研究。通过综述缺陷测量技术、缺陷特征分类与分析、几何缺陷仿真及现有数值模拟方法、中美欧规范比较等方面,总结了国内外缺陷已有成果,对国内外多种初始几何缺陷进行了统计与分析,进而对冷弯型钢受压构件几何缺陷研究与随机缺陷分析方法、高精度仿真分析与缺陷下的构件的二阶分析时的承载力设计的发展方向提出了一些见解,希望为绿色装配式冷弯薄壁型钢结构体系的技术发展与设计方法提供一定参考。

装配式冷弯型钢结构典型连接的试验研究

装配式冷弯型钢结构建筑具有施工速度快、效率高的优势,越来越多地应用于中高层建筑。装配式冷弯型钢结构建筑模块间的连接与传统结构的连接形式不同,其力学性能一直是行业内的研究热点。文章通过2次抗拉和2次抗剪试验,研究装配式冷弯型钢结构旋转模块间连接的力学性能,并采用有限元分析法进行参数分析。研究结果表明,在拉伸载荷下,冷弯型钢结构连接的关键部件是角配件和下部旋转部件的底板,在剪切性能测试中,下部角配件的顶板起着至关重要的作用。试件T1的极限载荷为428 kN,试件T2的极限载荷为528 kN;与试件T1相比,试件T2下角配件的顶板厚度增加了25%,极限载荷增加了23%。

不同截面冷弯型钢-泡沫混凝土组合墙体抗震性能

为研究不同截面形式冷弯型钢-泡沫混凝土组合墙体的抗震性能,设计了3个足尺试件,分别为一字形、T形和工字形截面墙体.通过拟静力试验,得到各试件的破坏模式、滞回性能及应变分布情况,分析翼缘对墙体承载力、刚度、耗能及延性等力学指标的影响.结果表明:翼缘增强效应显著,与一字形截面墙体相比,T形截面墙体的峰值荷载、延性及耗能分别提高18.6%、20.1%和25.8%,工字形截面墙体的峰值荷载、延性及耗能分别提高74.8%、49.8%和119.4%;T形截面墙体正、负向加载的抗震性能差异较大,翼缘受拉方向的承载力和延性分别为反向加载的1.3倍和1.7倍,翼缘受压方向的抗震性能与一字形截面墙体接近;翼缘立柱的应变随着荷载的增加,逐渐呈中间大两端小的分布,存在剪力滞后效应.

冷弯型钢活动板房的横向人致结构振动分析

冷弯薄壁型钢结构因其轻质高强且易装配的优点而被广泛应用于工程建筑领域,但由于结构轻质、阻尼小的特性,横向人致振动就可能会导致舒适度问题。文中根据横向步行荷载模型中各随机因素的概率分布,结合Monte Carlo模拟法获得荷载样本曲线,基于荷载样本曲线的反应谱分析作出横向步行荷载加速度反应谱包络线,采用振型分解法研究冷弯薄壁型钢活动板房的“糖葫芦串”模型,给出冷弯薄壁型钢活动板房楼板在横向步行荷载作用下加速度响应的反应谱计算方法。并通过工程实例现场测试,验证反应谱分析法的可行性,其中基于峰值反应谱95%保证率和均方根反应谱75%保证率的计算结果与实测结果较为接近。实测结果和计算结果均表明,轻钢结构板房在振动舒适度设计中需要考虑横向人致振动的影响。

矩形冷弯型钢钢管混凝土柱的力学性能研究

进行了8个冷弯型钢钢管混凝土构件的试验,表明其具有良好的力学性能。在确定组成矩形冷弯型钢钢管混凝土的钢材和核心混凝土应力-应变关系模型的基础上,利用数值解法对其轴压、纯弯和压弯构件的荷载-变形关系进行了全过程分析,分析结果与试验结果吻合良好。最后在参数分析的基础上,提供了轴压、纯弯和压弯构件承载力的实用计算方法。

冷弯型钢组合墙体抗剪承载力试验研究

对C型冷弯型钢立柱和石膏板、定向刨花板(O SB板)组成的组合墙体,进行了13块足尺试件(宽2.4m,高3 m和3.3 m)的抗剪试验研究.对“单面石膏板”、“单面O SB板”和“石膏板+O SB板双面板”三类墙体试件进行了水平单调和低周反复加载试验,得到了各类墙体的抗剪承载力指标和位移延性系数μ、耗能系数E等抗震性能指标;试验结果表明:单面石膏板墙体的抗剪承载力约为单面O SB板墙体的34%—37%,双面板(石膏板+O SB板)墙体的抗剪承载力约等于单面石膏板墙体和单面O SB板墙体的抗剪承载力之和.

冷弯型钢组合墙体抗剪承载力简化计算方法研究

对组合墙体抵抗水平剪力的受力机理进行了分析研究,在借鉴传统木结构房屋组合墙体抗剪承载力设计方法的基础上,分别用整体分析方法和剪力流分析方法对组合墙体上自攻螺钉受力进行分析,推导了单个自攻螺钉抗剪承载力与组合墙体抗剪承载力之间的关系,提出了冷弯型钢组合墙体的抗剪承载力计算公式及建议.并将本文公式计算结果与试验结果进行比较分析.结果表明:两种简化分析方法的计算结果均小于由组合墙体抗剪试验结果反算得到的抗剪承载力设计值,简化公式计算结果偏于安全,且剪力流分析方法较整体分析方法更为简便.本文提出的冷弯型钢组合墙体抗剪承载力计算公式,计算结果安全合理,计算过程简单实用,可供实际工程设计参考.

高强冷弯型钢骨架墙体立柱轴压性能试验研究

对18根550 MPa高强冷弯型钢骨架墙体立柱进行了足尺轴压试验研究,其中,双面覆板(带肋钢板+石膏板)墙体立柱6根,单面覆带肋钢板墙体立柱6根,无板墙体立柱6根.通过试验得到了各类墙体立柱的极限承载力和破坏模式,试验研究结果表明:对于覆板墙体,墙板对立柱提供了很好的约束作用,大大提高了立柱的轴压承载力;对于无板墙体,拉条起到了弹性支撑的作用,有效提高了立柱的极限承载力.最后,给出了各类墙体立柱的计算长度系数建议值,可供设计参考.

超薄壁冷弯型钢C型墙架柱-楼层梁连接抗震性能试验研究

低层冷弯薄壁型钢房屋技术规程推荐的墙-梁连接施工工艺简单,但传力复杂,为探讨连接抗震性能,设计包括规程推荐及角钢加强的新型连接的4组8个C型截面墙架柱-楼层梁连接试件,对其进行低周往复加载试验,结果表明:试件耗能能力均较强,发生延性破坏,荷载作用下累积损伤均较大;柱腹板高度对规程推荐连接承载力影响较大,而对新型连接影响较小,极限状态时轴压比对新型连接承载力影响更明显;规程推荐试件延性系数均大于新型连接,在自攻螺钉脱落前变形能力较强;而新型连接变形能力相对较弱,轴压比为0.2时试件有较明显的屈服平台;为加强楼层梁及边梁腹板,防止过早发生局部屈曲,建议设计时对梁端部进行构造加强。

填充石膏基轻质材料的冷弯型钢复合墙体受剪承载力分析

为研究填充石膏基轻质材料的冷弯型钢复合墙体受剪承载力的计算方法,对2片空腔墙体和9片填充式墙体足尺试件进行低周往复加载试验,研究墙体在水平荷载作用下的破坏模式,结果表明:空腔墙体的破坏模式为墙面板与龙骨之间的螺钉连接破坏,进而导致墙面板蒙皮作用的失效;填充式墙体的失效模式分为两种:填充材料角部的受压破坏和冷弯型钢立柱的弯曲破坏。基于上述破坏模式,考虑墙面板蒙皮作用和填充材料支撑作用的影响,根据极限平衡理论,提出基于叠加法的受剪承载力计算模型,建立受剪承载力计算公式,该模型能反映自攻螺钉连接强度、填充材料强度和冷弯型钢龙骨强度对墙体受剪承载力的影响;理论计算值与试验值的比值在0.947~1.112,结果吻合较好。

我国冷弯型钢生产的特点及发展

介绍了冷弯型钢产品的特点 ,我国冷弯型钢生产、技术的现状 ,对今后如何发展进行了分析。

夹芯钢板冷弯型钢组合墙体抗剪性能试验研究

为研究夹芯钢板代替冷弯薄壁型钢房屋结构组合墙体中传统板材的可行性,对以回收的夹芯钢板、硅钙板等为面板材料的8片组合墙体进行水平单调和水平低周反复加载足尺试验研究。分析各试件的主要破坏形态和破坏过程,得到墙体的屈服荷载、最大荷载、破坏荷载和延性系数等性能指标。试验表明:夹芯钢板配套交叉扁钢支撑代替传统板材组合墙体的构造是可行的,交叉扁钢支撑能减小夹芯钢板拼缝处的滑移量,并显著提高墙体的抗剪承载能力;夹芯钢板设置硅钙板构造外层墙体与未设置硅钙板外层墙体相比,抗剪刚度和承载力提高不大;双面板组合墙体的抗剪承载力约等于单面夹芯钢板墙体和单面硅钙板墙体的抗剪承载力之和。

冷弯型钢成型过程的实验研究

冷弯成型变形复杂，实验研究是冷弯成型研究中不可缺少的一部分。采用电阻应变片测量法和网格法对冷弯成型过程进行研究，并以直缝焊管为例，对带材的变形及弹复等进行综合测试，获得了许多有价值的实验数据，有助于工厂改进工艺，生产出高质量的产品。