水平地震作用下多层冷弯薄壁组合结构的整体模型分析

介绍美国多层轻钢住宅结构体系,通过对一个工程实例按多层冷弯薄壁和热轧型钢组合结构体系的方式进行结构布置,建立整体结构模型,输入实际的荷载和地震作用,采用ETABS分析软件进行分析研究。

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。

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。

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。

低层冷弯薄壁轻钢建筑的成本控制研究

冷弯薄壁轻钢结构建筑形式始于20世纪70年代,经过几十年的技术发展,凭借其自身的优势在建筑市场中占据一席之地。随着“绿色节能环保”发展理念的提出,建筑产业逐步转型升级,国家鼓励发展钢结构装配式建筑,冷弯薄壁轻钢结构再一次进入了快速发展时期。为了保证冷弯薄壁轻钢结构建筑稳步发展,加强其成本控制是关键。基于此,该文以某低层冷弯薄壁轻钢结构建筑项目为研究对象,从使用维护、拆除回收、全寿命周期角度分析低层冷弯薄壁轻钢结构建筑项目成本预算评估,基于施工阶段以及运营阶段开展成本分析,并制定完善的成本控制措施,旨在降低冷弯薄壁轻钢结构成本,为其发展助力。

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。

钢-单板层积材组合工字形梁受弯性能试验

将单板层积材(laminated veneer lumber,LVL)和冷弯薄壁型钢通过结构胶复合构成工字形截面的钢-木组合梁,以梁的LVL板厚度、截面高度、薄壁型钢厚及翼缘LVL宽度等尺寸为参数,对9根钢-LVL组合工字形梁进行受弯性能试验,观察试件的破坏形态、挠度发展、应变分布和承载能力,对影响其受弯承载力的因素进行分析,并提出考虑滑移效应的跨中挠度计算公式。研究结果表明,钢-LVL组合梁具有良好的整体工作性能,破坏前变形能力较强,其受弯时最典型的破坏模式为下翼缘LVL被拉断,材料性能得到充分发挥,表现出较好的延性。增大截面高宽比、腹板高厚比,减小翼缘宽厚比可以提高组合梁的抗弯承载能力。LVL和型钢之间的滑移会降低组合梁的刚度,与未考虑滑移的结果相比,考虑界面滑移效应的组合梁跨中挠度理论计算结果更接近梁的真实变形,计算精度提高2.38%。

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。

低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系

详细介绍了冷弯薄壁型钢结构住宅体系的组成、材料、基本构件形式、一般构造、楼盖构造、墙体构造、屋盖构造、肾固件连接要求,以及该结构体系的保温隔热、隔声、防火与防护、防潮、管道与电线安装等具体构造措施;同时还根据冷弯薄壁型钢结构住宅体系的组成和构造,归纳和评述了该结构体系所具有的节能、节地、节材、环保,有利于住宅产业化,并具有结构自重轻、施工周期短、综合效益好等一系列特点。冷弯薄壁型钢结构住宅结构体系适合中国国情,符合中国土地资源政策、环保政策和可持续发展战略,在中国具有广阔的应用前景。

冷弯薄壁型钢结构房屋分析模型及模拟应用

发展冷弯薄壁型钢结构体系提升我国轻钢结构节能住宅技术的创新能力,促进住宅产业化进程,对改善人民生活条件尤其是中小城镇的住宅条件具有重要意义。而研究冷弯薄壁型钢结构房屋整体模型并合理应用于工程项目是关键科学问题。基于此,借鉴单层足尺冷弯薄壁型钢结构房屋双向地震输入振动台试验,建立试验试件有限元分析模型,通过与试验地震响应结果对比,验证了有限元建模方法的可靠性。结合实际工程项目,模拟分析了3层冷弯薄壁型钢结构房屋在9度罕遇地震作用下的地震响应。研究表明:房屋模型的侧移模式呈剪切型,各层最大加速度放大系数和最大相对位移随着结构高度的增加,基本呈线性增大。模型各层最大层间相对位移随着结构高度增大呈现减小趋势,一层为该房屋结构的薄弱层。房屋模型具有良好的抗震性能,其层间位移角和最小水平地震剪力等抗震性能指标满足现行抗震规范的要求。冷弯薄壁型钢结构体系顺应了我国建筑产业工业化和绿色化的发展方向,可应用于幼儿园等公共建筑,应用前景广阔。

多层冷弯薄壁型钢结构住宅的地震响应分析

采用结构有限元分析软件ANSYS,建立空间模型对多层冷弯薄壁型钢结构住宅进行非线性时程分析。首先对2层冷弯薄壁型钢结构住宅进行模态分析,并与低层冷弯薄壁型钢结构住宅的实测周期、振型比较,二者吻合较好,验证了本文有限元模型的正确性。接着分析3层～6层冷弯薄壁型钢结构住宅在不同地面加速度峰值下的结构响应,结果表明:结构的位移和加速度均随输入地震波加速度峰值的增大而增加,各时程曲线逐渐由密变疏,表明结构周期略有增加。最后参考《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)的相关规定,提出多层冷弯薄壁型钢结构住宅在多遇地震作用下的弹性层间位移角限值为1/750;在罕遇地震作用下的弹塑性层间位移角限值为1/100。

冷弯薄壁型钢双层组合墙体抗剪性能试验研究

冷弯薄壁型钢结构房屋中组合墙体具有较好的抗剪性能,当应用于双层组合墙体中时其薄弱部位位于楼层连接处,成为往复荷载作用破坏的薄弱部位。考虑不同墙体轴压力、不同抗拔锚栓类型,共对3组9片双层墙体进行抗剪性能试验。研究结果表明:墙体的耗能能力及延性均比单片墙体差,多发生沿楼层连接处的面外失稳或楼层梁的压屈破坏;楼层连接处构造成为此类结构承载的关键,层内拉条对提高双层墙体抗剪承能力作用不明显。楼层连接处发生平面外位移,刚度及承载力会突然陡降,且随轴压力增大试件发生平面外随机性失稳增大,仅通过采用撑杆增加楼层竖向抗压能力,对提高墙体平面外稳定作用不明显;双螺帽抗拔锚栓对提高墙体承载力作用明显,建议此类多层房屋楼层连接处采用此类锚栓,能有效提高墙体抗剪能力。

六层足尺冷弯薄壁型钢钢板剪力墙结构房屋抗震性能振动台试验研究

冷弯薄壁型钢结构具有结构自重轻、绿色环保、装配化程度高、施工周期短等优点,在5·12汶川大地震灾后重建中得到推广应用。目前,冷弯薄壁型钢结构房屋在中国的研究及工程应用主要集中在低层(1~3层)建筑,且墙体构造均为传统覆轻质墙板组合墙体。多层(4~6层)冷弯薄壁型钢结构住宅工程实例较少,且缺少相关试验数据及设计理论支撑。目前,仅有Ye等 [1] 对5层1 ∶2缩尺强边柱冷弯型钢剪力墙结构房屋进行了单一地震波单向输入振动台试验研究;Wang等 [2] 对6层足尺冷弯薄壁型钢剪力墙结构进行了单向输入地震动振动台试验,结构高宽比为2.6。两个试验难以反映多层房屋在双向地震动作用下的真实情况。《冷弯薄壁型钢多层住宅技术标准》(JGJ/T 421—2018)的发布,使多层冷弯薄壁型钢结构住宅有了科学指南,对于多层冷弯结构住宅在建筑行业的发展和应用具有重要的指导意义和促进作用。