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%。

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。

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.

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.

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。

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。

冷弯薄壁型钢轴压构件整体稳定承载力的概率分布

对冷弯薄壁型钢轴压构件整体稳定承载力的统计特征进行了量化描述,选择屈服强度和偏心距为基本随机变量,确定其数字特征和概率分布;基于Perry公式研究了随机性的传递过程,给出了稳定承载力的数字特征与概率分布规律。理论分析结果与试验结果进行对比,结果表明采用随机性的传播方法可以预测整体稳定承载力的统计特征。

冷弯薄壁型钢四肢拼合梁柱节点抗弯性能研究

基于梁、柱截面拼合形式提出一种新型梁柱连接节点,以实现其拼合截面梁柱的快速装配。为研究其抗弯性能,对4组节点试件进行单调加载试验。通过试验得到节点的破坏模式、弯矩-转角关系,分析柱板厚、节点域螺钉数量、连接件端板厚度对节点抗弯性能的影响,为之后建立有效的冷弯薄壁型钢节点性能分析模型库提供数据,并对节点承载力进行理论计算。研究结果表明:该类节点的破坏模式主要有螺钉拔出或剪断、端板抗弯失效。柱板厚度增加1倍后,节点初始刚度增加26%,极限弯矩提高39.3%;节点域螺钉数量由3排(6个)增加到4排(8个)后节点初始刚度仅增加9.9%,极限弯矩仅提高6.4%;连接件端板厚度由4 mm增加到8 mm时,节点初始刚度提高45.5%,极限承载力没有明显变化。说明柱板厚和连接件端板厚度对节点初始刚度的影响较大,柱板厚对节点极限承载力也有一定的影响,而螺钉数量对节点的初始刚度和极限承载力影响不大。柱板厚度同时翻倍后,增加节点域螺钉数量可以提高节点的初始刚度和极限承载力。4组节点的弯矩转角曲线呈现明显的非线性特征,基于欧洲钢结构Eurocode3规范确定该类节点为半刚性节点。通过对节点进行受力分析计算节点极限弯矩,将计算值与试验值进行对比发现,理论计算值与试验值较为吻合。试验研究的连接件也可用于箱型冷弯轻钢梁柱连接节点,有利于快速装配。

新型冷弯薄壁型钢截面设计及横向载荷的性能研究

为了提高冷弯薄壁型钢的横向受力性能,提出一种省材并且横向承载能力较高的新型冷弯型钢截面结构。主要通过理论分析、模拟仿真以及试验研究分别对C型冷弯型钢、唇型冷弯型钢、组合型冷弯型钢以及新型冷弯型钢进行横向载荷的性能分析,对受力过程中应力和应变情况进行比较分析。试验结果表明:组合型冷弯型钢其整体性能是这四种冷弯型钢中最好的,相比于C型冷弯型钢性能提高了160%,但是其材料的使用和加工工艺是大大增加的。相比于组合型冷弯型钢虽然其整体性能没有组合型冷弯型钢高,但是其在材料增加32.3%的基础上,性能相比于C型冷弯型钢却提高了105.1%。相比于组合型冷弯型钢来说更符合节能减排的发展理念,在增加承重能力的同时并没有增加太多的结构整体质量。故本文设计的新型截面冷弯型钢是一种省材并且横向承重能力较高的优质工程构件。

冷弯薄壁型钢复合墙体在复杂外立面设计中的应用

本文通过项目案例分析,阐述了冷弯薄壁型钢复合墙体系在建筑复杂外立面设计中的独特优势。相较于其他结构体系,冷弯薄壁型钢结构体系引入了CAM模块,实现了BIM数据直接转化为生产数据,减少了人工干预,实现了生产数据的自动流转,提高了产品的精度,使得复杂造型无需放样,提高了复杂造型的立面的建造效率。

不同厚度的冷弯薄壁型钢C型柱屈曲承载性能

采用ABAQUS有限元软件,对冷弯薄壁型钢C型截面柱屈曲性能进行数值模拟,分析截面厚度对相同用钢量、不同截面形式的试件屈曲承载力及屈曲破坏模式的影响,把数值分析结果与直接强度法(DSM)计算的屈曲承载力进行对比。结果表明试件破坏模式均为畸变屈曲,随着试件厚度的增大,其屈曲承载力逐渐增大。在板厚t>3.8mm时,宜做成二次卷边形试件;在板厚t≤3.8mm时,将试件加工成腹板加劲形试件且加劲个数为1为宜。文中的研究为冷弯薄壁型钢C型截面柱工程设计提供参考。