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。

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。

嵌套加强的LQ550高强冷弯薄壁C型钢连续檩条受力性能研究

为提高LQ550级高强冷弯薄壁C型钢连续檩条的承载能力,采用在支座处嵌套的方法来加强连续檩条。对未加强和采用两种嵌套方式加强的檩条共7组试件进行三点受弯试验,得到了试件的承载性能和破坏形态,试验结果表明加强后的试件出现跨中局部屈曲和嵌套端部局部屈曲两种破坏形态。采用ABAQUS软件建立了非线性有限元模型对嵌套加强的檩条进行数值模拟,有限元分析得到的承载力和破坏形态与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的准确性。基于验证的有限元模型,分析了两种嵌套方式和不同嵌套长度对檩条承载力的提升,且表明嵌套檩条的长度宜取为连续檩条跨度的1/5~1/4。

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-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。

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。

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。

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-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。