模块化冷弯薄壁型钢结构体系低层村镇住宅设计研究

在传统冷弯薄壁型钢结构体系的基础上,从模块化、装配化角度出发,提出了一种适用于低层村镇住宅的新型结构体系——模块化冷弯薄壁型钢结构体系。首先,简述了墙体模块单元的构成,给出了7种通用标准化墙体模块单元,并介绍了基于通用标准化模块单元的村镇模块化户型构建原则及过程;其次,详述了便于快速装配安装的标准墙体单元间模块化连接方式,对模块连接节点进行了受力分析及数值模拟,并给出了模块化冷弯薄壁型钢结构体系构建的原则;最后,重点介绍了适用于所有冷弯薄壁型钢结构体系的抗剪墙长简化设计方法以及基于模块化冷弯薄壁结构体系的抗剪墙长设计方法,并通过实际案例详述了墙长确定过程,同时对比了不同计算方法的抗剪墙长,进一步验证了所提出的抗剪墙长简化设计方法的可行性。结果表明:所提出的模块化冷弯薄壁型钢结构体系可大幅提高冷弯薄壁型钢结构低层村镇住宅的工业化和产品化水平,大幅缩减了工期;所提出的抗剪墙长简化设计方法可显著降低设计门槛,便于该类体系的推广应用。

冷弯薄壁型钢-结构防火一体板自攻螺钉连接性能试验研究

开展冷弯薄壁型钢-结构防火一体板自攻螺钉连接抗剪性能试验研究,完成35个典型试件单调拉伸及低周往复加载试验,分析结构防火一体板厚度、螺钉直径、螺钉端距及加载角度等因素对其抗剪性能的影响。结果表明:不同加载角度及螺钉端距的试件呈现不同的破坏模式,主要包括板材端部撕裂破坏、板材孔壁承压破坏、板材被拉断破坏等,且破坏时试件的自攻螺钉存在不同程度的倾斜。对于试验端分别采用直径为4.8、5.5 mm螺钉的试件,试件的峰值荷载及延性系数与螺钉直径无明显相关性,弹性刚度随着螺钉直径增大而显著提升;随着螺钉端距由15 mm增大至25 mm,试件的弹性刚度无明显变化,而峰值荷载和延性系数提高了约35%;随着板厚由12 mm增大到20 mm,试件的峰值荷载提高了约40%,弹性刚度提高了约90%,延性系数降低了约30%;与加载角度为0°的试件的特征参数相比,加载角度为45°时,试件弹性刚度提高了约100%,峰值荷载及延性系数无明显差别;加载角度为90°时,试件弹性刚度及峰值荷载无明显差别,延性系数降低了约40%。

冷弯薄壁型钢四肢箱形拼合截面柱受压承载能力设计方法

冷弯薄壁型钢四肢箱型拼合截面柱是一种常见拼合柱,主要用于多层冷弯薄壁型钢结构建筑承受集中荷载。对其极限承载力,已有大量试验研究,但仍缺少可靠的设计方法,不便于工程应用。该文基于已有的试验研究成果,建立了相应的数值分析模型,并对模型进行验证。在验证后的数值模型上进行参数分析,分析了具有不同尺寸和构造的冷弯薄壁型钢四肢箱型拼合截面柱承载能力。基于数值法和能量法分别计算拼合截面柱的局部屈曲和整体屈曲弹性临界荷载,并将该临界荷载与美国规范中的直接强度法相结合,提出其极限承载力计算方法。研究结果表明,该文提出的修正方法相较于美国规范中的计算公式精度更高,也偏于安全。

冷弯薄壁型钢T形拼合柱轴压性能研究与承载力计算

冷弯薄壁型钢(CFS)全螺栓垫板连接T形拼合柱是一种新型拼合截面柱,在全螺栓连接框架结构中承受集中荷载。目前关于全螺栓连接T形CFS拼合柱轴心受力性能的研究报道较少。基于已有的试验研究成果,建立准确可靠的T形CFS拼合柱数值分析模型,选取构件长细比、板材厚度、垫板的纵向间距等参数,研究在轴压作用下各重要参数对T形CFS拼合柱极限承载力和屈曲模态的影响。结果表明:随着长细比的增大,T形CFS拼合柱的屈曲模式由局部与畸变相关屈曲逐渐转变为整体屈曲,当长细比<104.7时,长细比变化对构件承载力的影响不明显;板厚对构件的承载力变化具有显著影响,在长细比较大的情况下可以改变构件的屈曲模式;垫板的纵向间距对构件的承载力和屈曲模式影响较小,不同垫板纵向间距的构件极限承载力变化均在4.5%以内。最后,将试验和数值分析结果与北美规范中直接强度法计算的名义承载力对比,评估直接强度法对于此类拼合柱承载力计算的适用性。

拼合式带翼缘冷弯薄壁型钢十字形构件抗扭刚度试验研究

拼合式带翼缘冷弯薄壁型钢十字形构件在轴心压力作用下的主要破坏形式为扭转失稳,其扭转失稳极限承载力取决于抗扭刚度,而拼合效应对构件抗扭刚度的影响没有明确的计算方法。为研究拼合式带翼缘十字形构件的抗扭性能及拼合效应对抗扭刚度的影响,对10个不同截面尺寸和拼合螺栓分布的带翼缘十字形冷弯薄壁构件进行了扭转试验,得到扭转全过程的扭矩-转角曲线和扭矩-应变曲线。设计了专用加载装置使构件在加载初期发生自由扭转,据此得到该拼合构件的自由扭转刚度。试验结果表明:减小螺栓间距能增强拼合效应,对于单列螺栓构件,螺栓间距的变化对拼合效应的影响更明显;拼合效应主要作用于构件的腹板,腹板尺寸增大,单位面积的螺栓数量减少,拼合效应对抗扭刚度的贡献相对减少;相较于非拼合构件,拼合构件抗扭刚度的提升可能是因为螺栓在一定程度上约束了相邻腹板的相对翘曲,提升程度可能与拼合节点间腹板的翘曲刚度有关。

新型装配式冷弯薄壁型钢墙体抗侧性能分析

为了研究使用矩形钢管连接的新型全预制冷弯薄壁型钢复合墙体的抗侧性能,设计了6个足尺试件,并进行了水平低周往复加载试验,分析了龙骨间距、覆面板类型、单面或双面覆板等因素对新型复合墙体试件抗侧性能的影响.新型墙体的覆面板为OSB板与硅晶钙板.试验结果表明:使用矩形钢管连接的新型复合墙体具有良好的整体抗震性能;单面或双面覆板对墙体抗侧性能影响显著,双面覆板的新型复合墙体的屈服荷载约为单面覆板新型复合墙体的2倍;龙骨间距和覆面板材料对墙体抗侧性能的影响相对较小.在试验基础上,使用OpenSEES软件建立了试验墙体的有限元分析模型,并针对矩形钢管壁厚、周边螺钉间距取值进行了参数分析.参数分析结果表明,矩形钢管连接件壁厚取值推荐为2.5 mm,周边螺钉间距推荐取50~100 mm.

新型冷弯薄壁型钢墙体立柱轴压性能研究

为了研究喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢墙体立柱的轴压性能,文章采用有限元分析和真实试验对比测试了立柱间距、立柱壁厚、截面尺寸、钢材强度等级、两侧砂浆厚度、横撑数量、立柱长度等参数对立柱轴压承载力的影响;结合新型墙体立柱的试验特征,构建基于弹性稳定理论的力学模型,采用能量法和变分原理求解新型墙体立柱弹性屈曲荷载,进一步求解极限屈曲应力修正参数,得到新型墙体立柱轴压承载力的计算方法。结果表明:有限元分析的极限荷载、破坏模式、荷载位移曲线与试验结果较为接近;新型墙体立柱轴压承载力受两侧砂浆厚度、立柱间距影响不大,但随立柱高度增大而减小,横撑个数对纯龙骨立柱轴压承载力影响较大,而对新型墙体立柱影响较小;新型墙体立柱轴压承载力计算时,采用中国规范修正弹性屈曲应力并计算有效面积求得的极限荷载值小于试验值,建议按照中国规范计算的轴压承载力可乘以1.25的修正系数。

锈蚀冷弯薄壁型钢柱弹性整体屈曲分析

【目的】研究锈蚀冷弯薄壁型钢柱弹性整体屈曲性能。【方法】采用有限元特征值屈曲分析的方法,研究锈蚀部位、锈蚀区域长度和宽度对冷弯薄壁型钢柱弹性整体屈曲性能的影响,提出锈蚀冷弯薄壁型钢柱弹性整体屈曲应力计算方法,并对比分析理论计算结果与有限元特征值屈曲分析值。【结果】结果表明:随着锈蚀程度增大,弹性弯曲屈曲应力和弹性弯扭屈曲应力均逐渐下降;腹板锈蚀对弹性弯曲屈曲应力的影响大于翼缘锈蚀,而腹板锈蚀与翼缘锈蚀对弹性弯扭屈曲应力的影响接近。【结论】弹性弯曲屈曲应力随锈蚀区域长度增大逐渐下降,且下降速率呈减小趋势,而弹性弯扭屈曲应力随锈蚀区域长度增大近似线性下降;随着锈蚀区域宽度增大,弹性弯扭屈曲应力下降速率增大趋势大于弹性弯曲屈曲应力。

冷弯薄壁型钢结构技术体系在装配式农房中的应用研究

文中对冷弯薄壁型钢结构在装配式农房中的应用进行了深入分析,阐述了其轻质、高强、节能环保等优点,探讨了制约其推广的因素,如建筑主体和管线改造不便、技术工人缺乏等。通过具体案例,展示了冷弯薄壁型钢结构在农房建设中的实际应用效果,提出了发展策略,包括技术创新、政策完善、行业协作等措施。旨在通过系统研究,为推动农村住房建设提供新的思路和方法,为装配式农房领域的技术创新和应用提供有益参考。

冷弯薄壁型钢结构装配式建筑的防火施工要点

为了解决冷弯薄壁型钢结构在装配式建筑中的防火施工问题,以某旅游区的建筑项目为案例,对滑轨安装、竖龙骨安装、横梁安装、墙体连接、管线施工等各施工阶段的防火措施进行分析并优化,以增强冷弯薄壁型钢结构的防火适应性,确保其在实际工程中的安全应用。通过有效地实施防火措施,提升了建筑整体的施工质量和安全性。

水平荷载作用下冷弯薄壁型钢剪力墙的失效机制与设计方法

为研究水平荷载作用下冷弯薄壁型钢剪力墙的失效机制和设计方法,对6片冷弯薄壁型钢剪力墙的足尺试件进行低周反复加载试验,分析了墙体高宽比、墙面蒙皮板配置和边龙骨配置对剪力墙的破坏机理、抗侧刚度、承载力、滞回性能和延性性能的影响.试验结果表明,冷弯薄壁型钢剪力墙在水平荷载作用下的破坏模式可分为剪切破坏和弯曲破坏2类.墙体高宽比、抗剪能力与抗弯能力的强弱配置关系是影响墙体破坏机制的2个重要因素.冷弯薄壁型钢剪力墙的抗侧刚度和承载力能力随着边龙骨配置的增强而增大,随着高宽比的增大而减小.针对抗震性能等级为性能Ⅲ和性能Ⅳ的冷弯薄壁型钢剪力墙,建议进行强弯弱剪设计,放大系数取1.1,以确保剪力墙在地震作用下具备良好的延性.

冷弯薄壁型钢组合墙体简化计算模型研究

组合墙体作为冷弯薄壁型钢结构体系的主要承重和抗侧力构件,其受力性能对房屋整体结构抗震性能的影响应重点关注.基于此,建立冷弯薄壁型钢组合墙体简化计算模型,采用非线性对角弹簧模拟分析组合墙体的剪切变形,设置梁式杆件模拟分析组合墙体的弯曲变形,且墙体门窗洞口的影响也可在模型中体现.借鉴日本规范建议的墙体等代拉条法,推导出简化计算模型中对角弹簧轴向刚度的计算方法.结合组合墙体拟静力加载试验,验证了组合墙体简化计算模型的正确性,该模型满足基于弹性的设计要求,不适用于结构的弹塑性分析.最后,基于组合墙体的简化计算模型,参照振动台试验试件建立了3层冷弯薄壁型钢结构房屋的有限元模型,通过弹性动力时程分析验证了组合墙体简化计算模型的正确性,可为轻钢结构的抗震设计提供参考.

冷弯薄壁型钢钢管端柱蒙皮钢板剪力墙抗剪性能试验及理论研究

为推动冷弯薄壁型钢结构体系由低层向多层发展,解决传统剪力墙抗剪承载力不足、端柱易发生屈曲和局部承压破坏的技术难题,提出了冷弯薄壁型钢钢管端柱蒙皮钢板剪力墙的新型墙体构造形式,以实现“强端柱、弱墙板”的设计原则。通过水平低周往复加载试验对剪力墙的抗剪性能进行研究,试验结果表明:钢管端柱蒙皮钢板剪力墙的破坏形式为钢板周边螺钉连接破坏导致蒙皮作用失效,钢管端柱未见压屈。减小剪力墙周边自攻螺钉的间距,使钢板拉力带得到充分发展,可提高剪力墙的抗剪承载力、抗侧刚度、延性以及耗能能力。对钢管—钢板自攻螺钉连接试件的抗剪性能进行试验研究,结果表明:螺钉连接试件的破坏特征为钢板的孔壁承压破坏,自攻螺钉群的抗剪承载力具有“群体折减效应”。基于剪力墙和自攻螺钉连接试件的抗剪试验结果,提出了钢管端柱蒙皮钢板剪力墙的抗剪承载力和抗侧刚度的计算方法。研究成果为多层冷弯薄壁型钢结构体系的理论研究和工程应用提供可靠依据。

冷弯薄壁型钢组合楼盖面外和面内刚度试验研究及理论分析

冷弯薄壁型钢组合楼盖作为冷弯薄壁型钢结构住宅体系中主要竖向承重和水平传力构件,应具备良好的面外和面内受力性能以推动轻钢结构体系由低层向多高层发展。基于此,对冷弯薄壁型钢组合楼盖分别进行正常使用阶段抗弯刚度试验、抗弯承载力试验以及面内刚度试验,试验结果表明:组合楼盖面外最终破坏模式为C形楼盖梁在最外侧加载点处压屈破坏,面内最终破坏模式为两侧C形楼盖梁与压型钢板间自攻螺钉连接破坏,冷弯薄壁型钢组合楼盖属于部分抗剪连接的组合楼盖。设置楼面板会大幅提高组合楼盖的面内承载力、面内刚度及面内延性,混凝土组合楼盖的抗弯刚度和刚度退化程度优于石膏基自流平砂浆组合楼盖。基于组合楼盖的受力机理和破坏特征,引入C形楼盖梁与组合楼板界面滑移模量,推导了部分抗剪连接T形截面组合梁的等效抗弯刚度公式来计算楼盖的竖向挠度;建立宽翼缘深梁受力分析模型,推导出组合楼盖面内跨中位移计算方法。该文研究成果为完善冷弯薄壁型钢多层住宅体系中组合楼盖的设计计算理论提供了科学依据。

冷弯薄壁型钢加劲腹板错列开孔柱轴压承载力研究

通过ABAQUS有限元软件对冷弯薄壁型钢加劲腹板错列开孔柱的轴压性能进行了研究.通过比较试验和有限元分析获得的破坏模式、荷载-位移曲线以及极限承载力,发现二者具有良好的一致性,从而验证了有限元模型的准确性.基于验证的有限元模型,分析了开孔间距、孔型、长细比、腹板加劲肋板件高度以及翼缘宽厚比等对冷弯薄壁型钢加劲腹板错列开孔柱的受力性能的影响.结果表明:所有构件的破坏模式均以畸变屈曲失效破坏为主.增加错列开孔之间的间距可提升构件的极限承载力,且错列开孔构件的承载力相较并排开孔的构件可提升10%以上.孔型对构件的极限承载力影响较小.随着腹板加劲肋板件高度的增加,构件的极限承载力总体呈上升趋势.相较V形加劲截面构件,Σ形加劲截面构件的极限承载力提升约6.5%.随着构件长细比的增大和翼缘宽厚比的增加,构件的极限承载力均会有所下降.

冷弯薄壁型钢与轻骨料混凝土黏结性能研究

为研究冷弯薄壁型钢与轻骨料混凝土间的界面黏结性能和磷酸镁水泥(MPC)作为界面黏结剂的可行性,为今后组合结构中增强界面黏结强度的研究提供参考。通过8组试件的推出试验,对其破坏现象、荷载-滑移曲线、界面黏结能量指标及界面损伤进行分析。结果表明:试件的开裂荷载、峰值荷载和残余承载力均会随纤维的掺入而增加;黏结界面涂抹MPC后,黏结承载力会进一步提高,荷载-滑移曲线对应的屈服平台变得更明显。MPC的应用对试件黏结能量指标的提高幅度要大于纤维的作用,其中对弹性变形能的提高幅度更为明显,使试件达到破坏状态的速度大幅延缓,并对加载全程的损伤发展都起到抑制作用,将其应用在LC30级轻骨料混凝土和钢纤维轻骨料混凝土中会取得更好的效果。

冷弯薄壁型钢自攻螺钉厚钢板连接的抗剪及抗拔性能试验研究

为研究厚度大于2 mm的厚钢板连接中自攻螺钉的抗剪性能和抗拔性能,完成了9组自攻螺钉厚钢板连接抗剪试验和9组自攻螺钉厚钢板连接抗拔试验,重点考察螺钉直径、连接板与被连接板厚度等相关参数的影响,获得了用于自攻螺钉厚钢板连接的破坏模式、抗剪承载力、抗拔承载力等性能,并与多地区规范的螺钉承载力计算公式进行对比分析。试验结果表明:自攻螺钉厚钢板连接受剪时自攻螺钉存在严重倾斜,有拔出趋势和螺钉剪断两种破坏模式;自攻螺钉厚钢板连接受拔时存在单侧钢板严重拉弯和两侧钢板轻微弯曲,以及螺钉有拔出趋势两种破坏模式;自攻螺钉厚钢板连接的承载力与螺钉直径、两侧钢板的厚度成正比关系。采用范围修正后的英国规范计算厚钢板连接螺钉抗剪承载力,以及欧洲规范计算厚钢板连接螺钉抗拔承载力,所得结果比实际试验值略小,工程应用偏于安全。

多层冷弯薄壁型钢结构房屋风致响应试验

多层冷弯薄壁型钢结构房屋属于风敏感结构,为研究基本风压及风向角等因素对该结构房屋风致响应的影响,对某4层房屋缩尺气弹性模型进行了风洞试验。结果表明:随风向角增加,顶层侧移先增大后减小,风向角为90°时又增大,且为横风向振动所致,但仅当风压达到1.18 kN/m^(2)后顶层侧移才超限,在风向角为45°时各层层间侧移均超限;随风向角增加,加速度先减小后增大,在0°和90°时来流引起的横风向振动对加速度影响明显,当基本风压大于0.6 kN/m^(2)时,建议采用增加阻尼等措施减小加速度过大带来的振动问题;随偏角增加加速度呈非线性变化,功率谱中高阶振型贡献明显,在风致加速度响应计算中应对高阶振动给予更多考虑,且自振频率应避开加速度峰值段的频率。

双肢U形拼合冷弯薄壁型钢箱梁受弯性能试验

目的研究双肢U形拼合冷弯薄壁型钢箱梁的受弯性能,对现有拼合箱梁受弯承载力计算方法进行评估对比。方法对12根双肢U形拼合冷弯薄壁型钢箱梁进行受弯性能试验,通过分析试件破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线及跨中截面应力分布,考察了螺钉间距及腹板开孔对拼合箱梁破坏模式及受弯承载力的影响,并对中美规范和学者建议的拼合箱梁受弯承载力计算方法进行了验证。结果增大螺钉间距会略微降低箱梁受弯承载力;腹板开孔比为0.4时,拼合箱梁受弯承载力下降很小,当开孔比为0.7时,拼合箱梁受弯承载力和延性下降明显。拼合箱梁受弯承载力计算方法中,简单叠加法由于未考虑拼合效应,预测结果偏于保守,而《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》(JGJ 227—2011)中规定的方法预测结果偏大。结论双肢U形拼合冷弯薄壁型钢箱梁纯弯段破坏模式表现为局部屈曲破坏,腹板开孔较大时会显著降低拼合箱梁受弯承载力,建议实际工程中腹板开孔比不宜大于0.4;可以采用《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018—2002)中有效宽度法计算单肢构件承载力后简单叠加近似得到拼合箱梁受弯承载力。

冷弯薄壁型钢槽形截面压弯构件的滞回性能有限元分析

通过ABAQUS对冷弯薄壁型钢槽形截面压弯构件在承受静轴力和水平循环荷载下的受力性能进行非线性有限元分析.有限元分析考虑几何和材料双重非线性及初始缺陷因素的影响.基于验证的有限元分析模型,改变构件的长细比、宽厚比、轴压比以及材料的屈服强度,对82根冷弯薄壁型钢槽形截面压弯构件进行滞回性能分析.结果表明,长细比、宽厚比、轴压比对压弯构件的破坏模式和滞回性能有显著影响.构件的长细比越大,塑性弯矩和延性系数越小;构件的宽厚比越大,破坏变形出现越早,塑性弯矩有所提升;构件的轴压比越大,塑性弯矩和延性系数越小、刚度退化越快.抗震设计中应尽量选择长细比和宽厚比较小的构件.