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.

冷弯薄壁C型钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究及有限元分析

为探究冷弯薄壁C型钢-混凝土组合梁受弯性能,制作并设计了5个不同断面组合形式的组合梁试件,并对其进行抗弯性能试验研究,分析其承载性能、破坏机理。在试验基础上,通过有限元分析软件ABAQUS对此组合梁进行非线性分析,对其进行参数分析,研究材料、尺寸对组合梁性能的影响。基于试验研究与有限元模拟分析,建立冷弯薄壁C型钢-混凝土组合梁的承载力模型,对其承载力、刚度进行理论分析。结果表明:各组合梁的主要破坏形式均属于延性破坏;采用ABAQUS建立的组合梁有限元模型能较好地模拟冷弯薄壁C型钢-混凝土组合梁的受力过程。随着C型钢屈服强度的增加,极限荷载最高提高56.5%;C型钢厚度每增加1mm,极限荷载平均提高28.5%;截面高度每增加50mm,极限荷载提高20%左右。但是提高混凝土的强度等级对组合梁的承载力影响较小;推导出了适用于此种冷弯薄壁C型钢-混凝土组合梁的抗弯承载力及其刚度计算方法,发现计算结果与试验结果吻合较好。

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C型钢组合桁架梁受力性能试验研究

随着我国绿色建筑发展的不断推进,轻钢结构开始展露头角。冷弯薄壁型钢作为新型建筑材料,在轻钢建筑中仍有较大的发展空间,因此对冷弯薄壁型钢的受力性能进行分析具有一定程度的工程价值。首先开展C型钢组合桁架梁承载力和变形实验,在此基础之上利用ABAQUS建立C型钢组合桁架梁有限元模型,分析有无缀板、自攻螺钉等因素对于组合桁架梁承载力的影响。本文的实验结果表明裸露的骨架梁由于自攻螺钉的剪切而损坏,最终的承载能力取决于螺钉的抗剪能力;缀板的加固对提高梁的承载能力有着显著的影响。

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。

钢框架-冷弯薄壁型钢组合墙体结构抗震性能有限元分析

利用有限元软件ABAQUS对纯钢框架试件、冷弯薄壁型钢组合墙体试件、钢框架-冷弯薄壁型钢组合墙体试件、覆双面OSB板的钢框架-冷弯薄壁型钢组合墙体试件进行水平低周往复荷载作用下研究,分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、抗侧刚度、延性和耗能等。结果表明,钢框架与冷弯薄壁型钢组合墙体有明显的组合效应;冷弯薄壁型钢组合墙体能明显增强钢框架结构的承载力、刚度、延性和耗能能力;覆双面OSB板钢框架-冷弯薄壁型钢组合墙体结构抗震性能较不覆板的钢框架-冷弯薄壁型钢组合墙体结构抗震性能好。

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。

喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体立柱压弯性能研究

喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体是在冷弯薄壁型钢骨架区格间放置聚苯乙烯泡沫板,并在骨架外侧喷涂轻质砂浆制成。通过对3个喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体的压弯性能进行足尺试验,研究其受力过程、承载能力和破坏模式。结果表明:喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体的破坏现象为立柱中截面的受拉翼缘屈服;轻质砂浆对立柱的支承作用使立柱承载能力和抗弯刚度显著增加,并具有良好的压弯性能。采用考虑材料、几何和接触非线性的ANSYS有限元程序,对试验模型的受力性能进行模拟,非线性有限元模拟结果与试验结果吻合较好。以简支T形截面组合立柱作为计算模型,提出了考虑砂浆与立柱之间黏结滑移效应的组合立柱截面压弯强度计算式,采用有限元计算值和试验值对所给出的公式进行验证,结果较为吻合。

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。

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。

开门洞的冷弯薄壁型钢立柱组合墙体抗剪性能研究

采用ANSYS有限元软件对无开洞、开门洞的冷弯薄壁型钢立柱组合墙体的抗剪性能进行了分析。在建立有限元模型时,选用塑性壳单元,考虑到材料非线性和几何非线性的影响,采用耦合模拟自攻螺钉连接。通过与试验数据对比,先验证有限元方法的正确性,然后采用此方法分析了开门洞的组合墙体和无开洞组合墙体抗剪性能。结果表明,在无开洞时墙体呈脆性破坏,而有门洞时则呈延性破坏;开门洞组合墙体抗剪承载力和初始剪切模量随门洞宽度增大而显著降低,随门洞高度增大则减小幅度较少。

立柱-导轨间距对冷弯薄壁型钢墙体立柱性能的影响

冷弯薄壁型钢组合墙体立柱与导轨间不可避免地存在间隙,并可能对墙体立柱性能产生影响。考虑初始缺陷、材料非线性和几何非线性,应用有限元分析法研究立柱-导轨间距对墙体立柱轴压承载力和屈曲模态的影响。研究表明,随着立柱-导轨间距的增加,立柱轴压承载力不断降低,屈曲模态逐渐趋向于整体屈曲,提出了满足立柱承载力和美观要求的立柱-导轨间距限值;进而以立柱-导轨间距为限值的组合墙体为典型组合墙体,研究钢材强度、覆面板厚度和强度对其立柱轴压承载力的影响。分析表明:钢材强度、石膏板厚度和覆面板强度对典型组合墙体立柱轴压承载力影响较小;随着OSB板厚度的增加,典型组合墙体立柱轴压承载力明显提高。

冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪性能试验研究

对7块3m×2.4m(高×宽)冷弯薄壁型钢组合墙体足尺试件进行水平单调和低周反复加载试验,研究了墙面板材料、加载方式以及墙体开洞口等因素对冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪性能的影响,得到了各类组合墙体的破坏特征、承载能力、刚度、延性以及耗能系数等。试验结果表明:墙面板材料性能对冷弯薄壁型钢组合墙体的抗剪承载力影响较大,单面硅酸钙板(CSB板)组合墙体的抗剪承载力约为单面定向刨花板(OSB板)组合墙体的1.3倍,但延性不及单面OSB板组合墙体;加载方式对组合墙体的抗剪承载力影响明显,单调加载组合墙体的抗剪承载力比低周反复加载组合墙体的高约13%;墙体开洞大小影响组合墙体的抗剪承载力,当构造相同时,墙体开洞率越大,墙体抗剪承载力越小。

冷弯薄壁型钢组合墙体循环荷载下抗剪性能试验研究

为考察冷弯薄壁型钢组合墙体在循环荷载下的抗剪性能,进行10片足尺墙体试件水平低周反复加载试验,得到不同构造墙体的屈服荷载、最大荷载、破坏荷载、耗能系数和延性系数等性能指标。试验结果表明:组合墙体的耗能能力较好;墙体的抗剪承载力主要来源于墙板的蒙皮作用;斜撑对提高单柱墙体抗剪承载力起一定作用,但对双柱墙体的作用很小;当忽略墙体开洞部分的抗剪承载力后,单位长度开洞墙体的抗剪承载力比普通墙体稍高,表明墙体开洞部分承担了一定剪力;双柱墙体比单柱墙体的抗剪承载力显著提高;试验过程中各试件立柱的应变反应普遍较大、横撑次之、斜撑最小;墙板在接缝处相对滑移较大,实际工程中应尽量减少墙板接缝,避免横向通缝。给出墙体的抗剪刚度及承载力设计值供设计使用,并对三层冷弯薄壁型钢房屋振动台试件进行抗震设计评估,结果表明,该房屋满足抗震要求。

喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪性能试验研究

对4个喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体足尺试件进行低周反复加载试验,研究型钢骨架类型和立柱轴压比对墙体抗剪性能的影响,分析试件的受力过程和破坏模式,对试件的承载能力、抗侧刚度、延性、刚度退化以及承载力退化等力学特征进行研究;并对喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪承载力设计值的确定进行初步探讨。研究结果表明:墙体的主要破坏模式为边立柱底部的局部受压屈曲和型钢骨架与两侧轻质砂浆之间的滑移失效;斜撑对墙体的抗侧刚度影响较小,对斜撑节点进行加强可以提高墙体的抗剪承载力;增加立柱轴压比将提高墙体的抗侧刚度,但承载能力和延性有所降低。采用"等安全系数"原则,基于试验数据初步确定喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体在多遇水平地震作用下的抗剪承载力设计值。

冷弯薄壁C型钢-竹胶板组合墙体抗震性能试验

目的研究钢一竹组合墙体受力性能、破坏机理、抗震性能指标以及其承载力计算模型．方法组合墙体的骨架芯板为4根冷弯薄壁型钢，型钢翼缘用结构胶粘剂粘贴竹帘胶合板作为覆面板并用自攻螺钉固定，以竹胶板厚度、钢板厚度、c型钢翼缘、腹板尺寸等为参数，对6块组合墙体进行拟静力试验，观察各级荷载作用下型钢与竹胶板应变变化趋势，并依据弹性阶段组合墙体呈现的应力一应变关系及力的平衡关系等条件建立组合墙体承载力计算模型，并将其计算结果与试验结果进行对比分析．结果竹材覆面板的厚度对墙体刚度和承载能力影响不大，而芯部冷弯薄壁c型钢的厚度和截面参数对墙体承载力指标和抗震性能指标影响显著，组合墙体滞回曲线饱满，延性发展系数为1．33～1．54，承载能力试验值与计算值误差在10％左右．结论组合墙体组合效应突出，具有良好的延性和耗能能力，承载能力计算模型可靠．

喷涂式冷弯薄壁型钢轻质砂浆墙体立柱轴压性能试验研究

喷涂式冷弯薄壁型钢轻质砂浆墙体是一种在冷弯薄壁型钢墙体骨架区格间放置聚苯乙烯泡沫板(EPS板),并在型钢骨架与EPS板间以及骨架两侧喷涂轻质砂浆的新型"夹心式"墙体.通过对3根新型冷弯薄壁型钢墙体立柱试件的轴压性能试验,研究新型墙体立柱的受力过程、承载能力和破坏模式,将新型墙体立柱的试验结果与双面挂板立柱结果以及有效截面法计算结果进行对比;并对镀铝锌钢板与轻质砂浆之间的粘结滑移性能进行了初步的试验研究.研究结果表明:新型冷弯薄壁型钢墙体立柱的破坏现象为柱顶的局部压曲,新型墙体立柱与双面挂板立柱相比具有较高的承载力和较好的整体性,有效截面法计算立柱承载力较为保守;镀铝锌钢板与轻质砂浆间的平均粘结强度约为0.266 MPa,钢板的埋置深度与轻质砂浆厚度对两者之间的平均粘结强度影响较小.

冷弯薄壁型钢开洞组合墙体抗剪性能研究

对4片足尺冷弯薄壁型钢组合墙体的抗剪性能进行了水平加载试验。通过建立考虑材料和几何非线性影响的有限元模型对试验试件的抗剪性能进行数值模拟。采用有限元方法对开有不同尺寸洞口的组合墙体的抗剪性能进行数值分析,提出了开洞组合墙体抗剪承载力的建议计算方法。结果表明:开洞组合墙体的破坏主要发生在洞口处;开有门、窗洞口的试件在墙面板角部出现45°方向的压溃和撕裂现象;当构造相同时,开洞组合墙体的抗剪承载力和抗侧刚度均随开洞率的增大而逐渐降低;提出的开洞组合墙体抗剪承载力的建议计算方法计算结果与ANSYS计算结果吻合较好,可供实际工程设计参考。

冷弯薄壁型钢组合墙体的抗震性能研究

为了研究冷弯薄壁型钢组合墙体的抗震性能,对10块冷弯薄壁型钢组合墙体足尺模型进行水平低周反复荷载试验,总结各试件的主要破坏形态和破坏过程,分析组合墙体的滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性、刚度退化和耗能等抗震性能指标。并在回归分析试验所得滞回曲线的基础上,考虑试件刚度退化、滑移及捏拢效应等影响,建立冷弯薄壁型钢组合墙体的退化四线型恢复力模型。研究表明:墙面板材料特性对冷弯薄壁型钢结构组合墙体的抗剪承载力影响较大;竖向荷载的施加使得组合墙体的刚度增大、承载力提高、位移延性系数提高,但耗能系数略有下降;随着墙架柱尺寸的增大、间距的减少,组合墙体的刚度和承载力增加,但是延性和耗能系数降低。