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-OSB双向板组合楼盖试验研究

为了研究冷弯薄壁型钢与定向结构刨花板(oriented strand board,OSB)板连接而成的双向板组合楼盖的抗弯承载力性能,设计制作一个3.7 m×3.7 m的足尺组合楼盖试件,在四边简支条件下对其进行单调静力堆载试验,并建立了冷弯薄壁型钢-OSB板组合楼盖的非线性有限元分析模型。在此基础上,通过改变OSB板梁腹板高度、冷弯薄壁型钢板厚度与螺钉间距来分析各参数对组合楼盖受力性能的影响。试验结果表明:OSB板与冷弯薄壁型钢能够很好地协同工作,变形符合平截面假定。试件x与y两个方向上的组合承重梁荷载-挠度(P-Δ)曲线变化情况基本一致;随着梁腹板高度、钢板厚度的增加,组合楼盖的抗弯承载力明显增加;梁底冷弯薄壁型钢与OSB腹板的端部构造可以有效减小钢木接触截面的滑移变形。可见该组合楼盖双向受力性能良好,增加梁腹板高度,增大钢板厚度与适当减小螺钉间距均能提高楼盖的承载能力。

冷弯薄壁型钢梁-OSB板组合楼盖的受弯承载力研究

通过对两边简支不同螺钉间距的两块足尺单跨冷弯薄壁型钢梁-定向刨花板(OSB板)组合楼盖的承载力进行单调静载试验,分析OSB板与冷弯薄壁型钢梁连接的螺钉间距对组合楼盖最大承载力的影响及试件的破坏机理。试验表明:冷弯薄壁型钢梁-OSB板组合楼盖具有较高的承载力和较小的变形;减小螺钉间距可以提高组合楼盖的承载力。试件的破坏模式主要表现为楼盖梁发生弯扭屈曲的同时,受压区翼缘、卷边及腹板出现相关屈曲破坏,屈曲波长为相邻螺钉间距;支座附近OSB板与冷弯薄壁型钢梁脱离、掀起破坏。采用考虑材料、几何和接触非线性的ANSYS有限元程序对试件进行模拟,非线性有限元计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,对螺钉间距、楼面板厚度、楼盖梁间距、楼盖梁截面厚度以及钢材强度等影响因素进行参数分析,结果表明:减小螺钉间距和楼盖梁间距、增大楼面板和楼盖梁截面厚度、提高钢材的强度均可以提高组合楼盖的承载力。

冷弯薄壁型钢梁-OSB板组合楼盖的抗弯刚度研究

通过对2块足尺冷弯薄壁型钢梁-定向刨花板(OSB板)组合楼盖的受弯承载力进行单调静载试验,分析了连接OSB板与冷弯薄壁型钢梁之间的螺钉间距对组合楼盖抗弯刚度的影响。采用拟正交异性板法计算了组合楼盖的抗弯刚度,在此基础上分析OSB板厚度、楼盖梁间距和截面尺寸等因素对组合楼盖抗弯刚度的影响,提出了常用冷弯薄壁型钢梁-OSB板组合楼盖的等效抗弯刚度计算方法。结果表明:试件的破坏模式主要表现为楼盖梁发生弯扭屈曲的同时,受压区翼缘、卷边及腹板出现相关屈曲破坏,屈曲波长为相邻螺钉间距;OSB板没有明显破坏;螺钉间距对组合楼盖的弹性抗弯刚度影响微小;在弹塑性阶段,随着螺钉间距的增大,组合楼盖的刚度退化明显增大。

冷弯薄壁型钢-泡沫混凝土填充组合楼盖抗弯性能研究

泡沫混凝土作为一种轻质且热工性能良好的材料,在冷弯薄壁型钢组合楼盖中,能通过粘结作用实现较高程度的组合作用,并通过填充作用约束冷弯薄壁型钢梁的局部屈曲,以实现楼盖使用性能和抗弯性能的双重提升。本文通过对足尺冷弯薄壁型钢-泡沫混凝土填充组合楼盖试件进行四点受弯试验,得到了组合楼盖的破坏模式、荷载-挠度曲线和跨中截面应变分布,考察了泡沫混凝土填充和冷弯薄壁型钢梁腹板开孔对楼盖极限承载力、刚度和延性等抗弯性能的影响。结果表明:泡沫混凝土填充可以大幅度提高组合楼盖抗弯性能,冷弯薄壁型钢梁腹板开孔对组合楼盖抗弯性能影响较小。破坏模式主要表现为未填充楼盖加载点下方冷弯薄壁型钢梁的折曲,未开孔填充楼盖冷弯薄壁型钢梁的局部屈曲,开孔填充冷弯薄壁型钢梁的受拉断裂。

冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖振动性能试验研究

对构造不同的四块足尺比例冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖模型进行振动性能的动载试验。在正常使用阶段,研究压型钢板与冷弯薄壁型钢梁连接的螺钉间距、刚性支撑件、楼盖端部约束条件等构造设置和楼面活荷载对组合楼盖自振频率的影响。研究表明:组合楼盖的自振频率随楼面活荷载的增加而降低;减小压型钢板与冷弯薄壁型钢梁连接的螺钉间距、相邻楼盖梁的跨中位置设置刚性支撑件及加强楼盖端部约束均能提高组合楼盖的自振频率。采用ANSYS有限元程序对试验模型24种荷载工况的振动性能进行模态分析,有限元模态自振频率与试验自振频率吻合较好。提出的理论公式能够较好预测组合楼盖的自振频率。在正常使用阶段荷载标准组合下,建议组合楼盖的自振频率不小于10Hz。

冷弯薄壁型钢组合楼盖振动性能及静力挠度研究

对冷弯薄壁型钢-压型钢板楼盖和冷弯薄壁型钢—石膏基自流平砂浆组合楼盖足尺模型进行了人行荷载和激励锤冲击下的振动试验以及1 k N集中荷载作用下的静载试验,研究楼面板形式以及钢丝网布置对组合楼盖自振频率、阻尼比以及跨中竖向挠度的影响。研究表明:在压型钢板上浇筑石膏基自流平砂浆会降低组合楼盖的自振频率、阻尼比以及跨中竖向挠度,而在石膏基自流平砂浆中加入钢丝网并不会显著增加楼盖的动力特性以及减小楼盖的竖向挠度。采用ABAQUS有限元软件对试验模型进行模态分析,并对验证后的有限元模型进行了变参数分析,研究表明:增大楼盖梁腹板高度、楼盖梁板厚以及楼盖面板厚度,加强楼盖端部约束会提高冷弯薄壁型钢组合楼盖的基频、减小楼盖跨中挠度。理论计算时,可将楼盖等效为具有均匀质量和刚度的简支梁模型用于预测冷弯薄壁型钢组合楼盖的基频;推荐使用加拿大木楼盖挠度计算公式用于预测冷弯薄壁型钢组合楼盖在1 k N集中荷载作用下的跨中挠度。

冷弯薄壁型钢组合楼盖和自攻螺钉连接的抗剪性能试验研究

对3个足尺冷弯薄壁型钢楼盖试件的面内受力性能进行了水平低周往复加载试验研究,得到其破坏特征、承载力指标以及自攻螺钉连接的破坏模式,试验结果表明C形边梁与压型钢板间的自攻螺钉连接破坏导致了楼盖试件破坏。基于楼盖试件面内破坏现象,对C形楼盖梁与U形边梁间、C形楼盖梁与压型钢板间两种自攻螺钉连接形式进行了抗剪性能试验研究,得到自攻螺钉连接的破坏形态和单颗自攻螺钉的抗剪承载力,分析了中国规范GB 50018—2002对于计算单颗自攻螺钉抗剪承载力的适用性。采用基于性能的抗震设计理论对冷弯薄壁型钢楼盖中自攻螺钉连接的性能水平、性能目标以及承载力指标进行了探讨,其结果可用于指导冷弯薄壁型钢结构体系的抗震设计。

冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖基频研究

对2个冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖试件进行了人平行于梁方向行走、人垂直于梁方向行走、人沿楼盖对角线方向行走以及激励锤冲击4种不同动力荷载工况下的振动试验,研究激振方式和钢丝网布置对组合楼盖自振频率的影响。研究表明:组合楼盖的自振频率不会随着外部激励的改变而发生较大变化,在组合楼盖中设置钢丝网的抗剪构造措施对提高楼盖的自振频率影响较小。采用ABAQUS有限元软件对组合楼盖有限元模型进行数值模拟分析,结果表明:增大楼盖梁板厚和减小楼盖跨度会显著提高冷弯薄壁型钢组合楼盖的基频,而改变楼盖面板厚度、楼盖的宽度以及增设扁钢带和刚性支撑件对冷弯薄壁型钢组合楼盖的基频影响较小。在试验研究和参数分析的基础上,提出可用于计算冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖基频的简支T形组合梁模型。

冷弯薄壁型钢桁架组合楼盖抗弯性能试验研究

文章进行了3块冷弯薄壁型钢桁架-压型钢板混凝土组合楼盖试件和1块冷弯薄壁钢桁架-ALC板组合楼盖试件的抗弯性能试验,详细考察了组合楼板在均布荷载作用下的应变分布规律和破坏模式,研究了荷载-挠度曲线和荷载-应变曲线。试验研究表明:组合楼盖的抗弯承载力随着抗剪连接件个数的增加和节点连接强度的增大而增加;组合楼盖在承受相同弯矩的情况下,冷弯薄壁型钢桁架-ALC板组合楼盖产生的最大挠度明显大于冷弯薄壁型钢桁架-压型钢板混凝土组合楼盖产生的最大挠度。研究结果将为冷弯薄壁型钢组合楼盖的设计和应用提供参考依据。

冷弯薄壁型钢-稻草板组合楼盖抗振性能

为研究冷弯薄壁型钢-稻草板组合楼盖抗振性能,对2块单跨组合楼盖进行静载和动载试验,结果表明:在相同用钢量下,减少楼盖梁的数量、增加楼盖梁截面尺寸能有效提高组合楼盖的抗振性能;组合楼盖在1 kN静载作用下的跨中挠度均小于1.0 mm,动力荷载作用下自振频率均大于15 Hz,满足楼盖舒适度的要求。采用有限元软件ANSYS对试验模型进行数值分析,有限元计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,对楼盖跨度、楼盖梁间距和型钢厚度等因素进行参数分析,结果表明:增加组合楼盖边界条件、减小楼盖跨度等能有效地提高组合楼盖抗振性能。提出了该组合楼盖自振频率的简化计算公式,为其在工程中推广和应用提供依据。

新型冷弯薄壁型钢混凝土组合楼盖耐火性能数值模拟研究

冷弯薄壁型钢混凝土组合楼盖主要由上部压型钢板混凝土组合楼板和下部冷弯薄壁型钢拼合梁组成,当楼盖下侧发生火灾时,冷弯薄壁型钢梁和压型钢板会直接受火。为提升组合楼盖的耐火性能,在型钢梁的下翼缘固定防火板材,形成防火保护层,从而提出一种新型冷弯薄壁型钢混凝土组合楼盖。然而,加入防火保护层后,楼盖的温度分布、变形和耐火极限均发生改变,新型楼盖的耐火性能有待研究。建立简化的三维楼盖有限元模型,分析了混凝土板厚、梁高、荷载比和防火保护类型对新型楼盖耐火性能的影响,发现压型钢板板肋方向与钢梁垂直的楼盖钢梁同一高度处的温度沿跨度方向基本一致,仅沿高度方向不均匀;适当增加混凝土板厚对耐火极限提升较小。得到了不同截面尺寸的楼盖在0.2~0.5荷载比下的受火侧翼缘临界温度以及不同防火保护类型楼盖的受火侧翼缘时间温度曲线,用于估算该类楼盖的耐火极限。

纵向V型肋卷边C形不锈钢梁抗弯承载力试验研究

为研究在冷弯薄壁C形不锈钢梁腹板增设纵向加劲肋后对其极限抗弯承载力的影响,本文考虑腹板高度、高宽比以及加劲肋尺寸的不同,进行4组试件的对照试验研究。结果表明:对卷边C形不锈钢梁腹板进行加肋能良好地抑制腹板鼓曲,有效提高其极限抗弯承载力;加大加劲肋的尺寸会略微提高其极限抗弯承载力,但刚度略有降低;增加卷边C形不锈钢梁的腹板高度可有效提升其极限抗弯承载力和抵抗变形的能力。

冷弯薄壁型钢组合楼盖振动性能试验及舒适度研究

为了研究冷弯薄壁型钢组合楼盖的振动性能,对3榀足尺比例的冷弯薄壁型钢组合楼盖开展了静载与动载试验。试验考察不同边界条件、楼盖梁形式、有无抗剪件对冷弯薄壁型钢组合楼盖振动性能的影响。研究结果表明:加强边界条件可以提高组合楼盖的刚度及自振频率,在实际工程的设计及应用时应考虑边界条件的影响;在相同截面高度下,不同截面形式的楼盖梁对组合楼盖的振动性能有一定影响;组合楼盖内部是否设置抗剪件对楼盖的刚度、自振频率与峰值加速度无影响。建议组合楼盖在1kN集中力的作用下最大挠度不大于2mm;在空载状态下,楼盖自振频率不宜小于15Hz;在正常使用阶段,楼盖自振频率不宜小于10Hz,振动强度不宜大于0.015m·s^-2。

冷弯薄壁型钢-OSB板组合楼盖振动舒适度研究

为研究冷弯薄壁型钢体系建筑物中大跨度的冷弯薄壁型钢-OSB板组合楼盖的振动舒适度,利用ABAQUS软件建立冷弯薄壁型钢-OSB板组合楼盖模型,对组合楼盖进行模态分析并在楼板跨中施加1kN的集中荷载计算挠度。给出了各国对组合楼盖自振频率要求和1kN集中荷载作用下挠度限值的规范和准则,并与本文的模型结果进行对比,研究其振动舒适度是否满足要求。研究结果表明:该建筑体系中冷弯薄壁型钢-OSB板组合楼盖的最小自振频率为19.65Hz,满足《冷弯薄壁型钢多层住宅技术标准》(JGJ/T 421—2018)给出的大于10Hz要求;1kN集中荷载作用下跨中挠度达到0.943mm,小于国内给出的2mm的建议值,该组合楼盖满足振动舒适度的要求。

基于ABAQUS模拟的冷弯薄壁型钢组合楼盖研究

研究应用于装配式建筑楼地面系统冷弯薄壁型钢组合楼盖的抗弯性能。以冷弯薄壁型钢组合楼盖抗弯试验研究为基础,利用ABAQUS软件建立有限元仿真模型模拟组合楼盖抗弯性能试验,根据模拟得到的型钢组合楼盖桁架梁应力云图与试件桁架梁破坏模式相吻合。并将有限元模拟分析得到的构件应力云图,荷载-挠度曲线与试验数据进行对比,对模拟分析的可靠性进行了有效验证。有限元分析表明,组合楼盖的抗弯承载力随着节点连接强度的增大和抗剪连接件个数的增加而增加。通过对有限元模型桁架梁跨高比、高厚比、钢材强度等级等参数分析比较得到研究成果,并为冷弯薄壁型钢组合楼盖的设计和应用提供参考依据。

冷弯薄壁型钢梁的滞回性能研究

进行了八片方形冷弯薄壁型钢梁在反复荷载作用下的试验研究和非线性有限元分析,研究不同跨高比和截面宽厚比对冷弯薄壁型钢梁的滞回性能、延性和耗能能力等的影响。结果表明:冷弯薄壁型钢梁的荷载-位移滞回曲线比较饱满,没有明显的捏缩现象,具有很好的延性和耗能能力;跨高比和宽厚比会严重影响冷弯薄壁型钢梁的滞回性能和延性。建立的非线性有限元模型能够预测冷弯薄壁型钢梁的弹塑性行为和抗震性能,计算结果与实测结果基本吻合。

冷弯薄壁型钢梁的弯矩-曲率滞回性能试验研究

以跨高比为参数,进行两组(两种典型截面)8片冷弯薄壁型简支钢梁在循环荷载作用下的试验.研究了试件的破坏形态,对其弯矩-曲率滞回曲线、骨架曲线进行分析,考察其滞回性能、延性、耗能能力等重要抗震性能指标.结果表明:冷弯薄壁型钢梁的荷载-位移滞回曲线比较饱满,没有明显的捏缩现象,具有很好的延性和耗能能力;跨高比和宽厚比会严重影响冷弯薄壁型钢梁的滞回性能和延性.

冷弯薄壁型钢梁的滞回性能非线性有限元分析

在确定冷弯薄壁型简支钢梁应力-应变模型的基础上,采用有限元软件ANSYS对冷弯薄壁型简支钢梁荷载-位移关系进行非线性有限元计算分析。对冷弯薄壁型简支钢梁荷载-位移关系骨架线、弯矩-曲率关系骨架线进行比较分析,主要比较了跨高比、宽厚比对其的影响。

π型连接件对冷弯薄壁拼合梁抗弯性能影响分析

为研究Π型连接件对由冷弯薄壁C型截面钢拼合得到的钢梁在受弯情况下的力学性能的影响,文章利用有限元软件ABAQUS对11根拼合梁建立精细有限元模型。对考虑初始缺陷的两端简支拼合梁进行两点加载,采用非线性分析方法对包含不同间距、长度、位置的Π型连接件的拼合梁有限元模型进行了数值参数分析,结果表明设置连接件能在一定程度上提高梁的抗弯承载力;减小Π型连接件的间距及增加连接件长度对梁的极限承载力提高作用并不显著;在纯弯段集中布置连接件可以很好的控制由局部屈曲现象的发生。