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。

填充轻质浆料的预制冷弯型钢组合墙板轴压性能试验和承载力计算方法

近年来我国大力推动绿色装配式农房发展,传统冷弯型钢墙板在农房中存在隔声差、承载力低、保温隔热弱等问题。为提高组合墙板性能和装配化程度,研发了一种填充轻质浆料的预制冷弯型钢组合墙板,进行了6片足尺组合墙板的轴压性能试验,对其破坏特征、轴压力-轴向位移关系曲线、轴压力-应变关系曲线、轴压承载力等进行分析,揭示了有无覆板、浆料类型、墙板厚度、钢丝网层数等参数的影响规律。试验结果表明:有无覆板、浆料类型、浆料厚度对组合墙板的轴压性能有较大影响;钢丝网层数对墙板轴压性能没有明显影响。同时提出了填充轻质浆料的预制冷弯型钢组合墙板轴压承载力计算方法,并验证了其准确性。

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。

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-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。

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.

开口冷弯厚壁型钢组合截面轴压构件抗震性能研究

为研究开口冷弯厚壁型钢组合截面构件在轴向滞回荷载作用下的抗震性能,选取了3根由壁厚t=3 mm、8 mm冷弯单槽钢组合而成的工字形组合截面构件,对其进行轴向滞回加载试验.分析不同试验现象及破坏模式,初步讨论了长细比、宽厚比对构件抗震性能影响,并与单截构件性能对比.在与试验结果对比吻合度较好的基础上,建立精确的ANSYS有限元模型,选取不同腹板宽厚比(h/t=20~50)、不同长细比(λy=30~90)的构件进行参数化分析.研究结果表明:组合截面构件延性较单截面构件要好,失稳破坏延后;宽厚比、长细比是影响冷弯型钢抗震性能的两个主要因素,宽厚比(h/t)越大抗震性能越差,长细比(λy)越大抗震性能同样也越差,设计时应尽量避免选择长细比和宽厚比均较大的构件.

填充轻聚合物的预制冷弯薄壁型钢组合墙板抗剪性能有限元分析

本文研究了一种填充轻聚合物的预制冷弯薄壁型钢组合墙板,在工厂中将轻聚合物高压注入冷弯薄壁型钢骨架区格中形成预制墙板。通过有限元软件ABAQUS建立6片预制组合墙板数值分析模型,考虑了冷弯薄壁型钢与轻聚合物之间的复杂接触问题、初始缺陷及屈曲模态等参数,主要对荷载-位移关系曲线及受力全过程应力分布进行了深入分析,试验结果验证了有限元分析模型的准确性。本文研究成果将为填充轻聚合物的预制冷弯薄壁型钢组合墙板设计与推广提供科学依据。

冷弯薄壁卷边型钢-混凝土组合梁受弯承载力数值模拟分析

冷弯薄壁型钢常被应用于轻钢结构建筑中,本身具备良好的受力性能、承载能力、轻质高强、便于施工安装,但国内对于冷弯薄壁卷边型钢以及混凝土的组合结构研究较少。为了研究冷弯薄壁卷边型钢-混凝土组合梁结构的受弯性能,通过有限元软件建立三维模型进行数值分析研究。通过对比同截面高度、用钢量情况下以及与工字形钢-混凝土组合梁结构构件的受力性能之间的差异,分析冷弯薄壁卷边型钢-混凝土组合梁的受力变形机理。研究结果表明:卷边型钢对于混凝土的约束作用能够较大程度提升组合梁的受弯承载能力;同截面高度的情况下,冷弯薄壁卷边型钢-混凝土组合梁比工字形钢-混凝土组合梁的受弯承载能力高;同用钢量情况下,有构造措施的腹板开槽冷弯薄壁卷边型钢-混凝土组合梁的受弯承载能力远高于实腹的冷弯薄壁卷边型钢-混凝土组合梁;FL梁比同截面高度的PEC梁承载能力低12.7%,但前者比后者用钢量少了29.8%。

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。

帽形冷弯薄壁型钢混凝土组合梁的试验研究

为探讨帽形冷弯薄壁型钢 混凝土组合梁的受力和变形性能 ,对三根足尺组合梁试件进行了两根简支、一根两跨连续梁的静力加载试验。详细介绍了三根试件的试验情况 ,依据钢结构规范中的等效矩形应力图法验证了该结构形式的可行性与可靠性 ,提出了尚待研究的问题 。

冷弯型钢组合墙体抗剪承载力试验研究

对C型冷弯型钢立柱和石膏板、定向刨花板(O SB板)组成的组合墙体,进行了13块足尺试件(宽2.4m,高3 m和3.3 m)的抗剪试验研究.对“单面石膏板”、“单面O SB板”和“石膏板+O SB板双面板”三类墙体试件进行了水平单调和低周反复加载试验,得到了各类墙体的抗剪承载力指标和位移延性系数μ、耗能系数E等抗震性能指标;试验结果表明:单面石膏板墙体的抗剪承载力约为单面O SB板墙体的34%—37%,双面板(石膏板+O SB板)墙体的抗剪承载力约等于单面石膏板墙体和单面O SB板墙体的抗剪承载力之和.

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．

冷弯型钢组合墙体抗剪承载力简化计算方法研究

对组合墙体抵抗水平剪力的受力机理进行了分析研究,在借鉴传统木结构房屋组合墙体抗剪承载力设计方法的基础上,分别用整体分析方法和剪力流分析方法对组合墙体上自攻螺钉受力进行分析,推导了单个自攻螺钉抗剪承载力与组合墙体抗剪承载力之间的关系,提出了冷弯型钢组合墙体的抗剪承载力计算公式及建议.并将本文公式计算结果与试验结果进行比较分析.结果表明:两种简化分析方法的计算结果均小于由组合墙体抗剪试验结果反算得到的抗剪承载力设计值,简化公式计算结果偏于安全,且剪力流分析方法较整体分析方法更为简便.本文提出的冷弯型钢组合墙体抗剪承载力计算公式,计算结果安全合理,计算过程简单实用,可供实际工程设计参考.

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。

夹芯钢板冷弯型钢组合墙体抗剪性能试验研究

为研究夹芯钢板代替冷弯薄壁型钢房屋结构组合墙体中传统板材的可行性,对以回收的夹芯钢板、硅钙板等为面板材料的8片组合墙体进行水平单调和水平低周反复加载足尺试验研究。分析各试件的主要破坏形态和破坏过程,得到墙体的屈服荷载、最大荷载、破坏荷载和延性系数等性能指标。试验表明:夹芯钢板配套交叉扁钢支撑代替传统板材组合墙体的构造是可行的,交叉扁钢支撑能减小夹芯钢板拼缝处的滑移量,并显著提高墙体的抗剪承载能力;夹芯钢板设置硅钙板构造外层墙体与未设置硅钙板外层墙体相比,抗剪刚度和承载力提高不大;双面板组合墙体的抗剪承载力约等于单面夹芯钢板墙体和单面硅钙板墙体的抗剪承载力之和。