开门洞的冷弯薄壁型钢立柱组合墙体抗剪性能研究

冷弯薄壁型钢

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2018年第5期 单面石膏板组合墙体位移等值线图（图三） 单面刨花板组合墙体位移等值线图（图四） 石膏板和刨花板双面组合墙体位移等值线图（图五） 【摘要】弯薄壁型钢具有构件强度较高、质量均匀、安装较为便利，防 腐性能较好，可回收等优点，是一种经济高效型的材料，地震、风荷等 水平荷载的作用主要由组合墙体承担，在住宅房屋建筑中使用较为广 泛。通过对三种组合墙体单面定向刨花板、单面石膏板和一面石膏板 另一面刨花板的研究分析，有限单元法能够有效的分析组合墙体材 料、种类、高度等各种相关因素对其自身承载力的影响，根据相关的数 据分析表明，影响最大的是墙面板材料，其影响最小的是钢材强度。对 接下来，笔者将运用有限单元法对冷弯薄壁型钢结构住宅组合墙体受 剪性能进行简单的分析，希望能够为相关的研究提供有价值的参考。 【关键词】冷弯薄壁型钢结构；住宅组合；受剪性能

轻钢立柱墙体是冷弯薄壁型钢低层住宅体系中一种新型的墙体形式,对实际工程中常用的轻钢立柱墙体足尺试件进行了轴心荷载作用下的承载力试验研究,墙体立柱试件分为不带墙面板(2个试件)和带墙面板(1个试件)两类。在足尺试件试验研究的基础上,采用有限元分析软件ansys对轻钢立柱不带墙面板和带墙面板两种情况下的承载力进行了数值分析。简化分析模型假设墙板仅对立柱沿墙面方向侧移和截面扭转起支撑作用,考虑墙板参数变化对立柱承载力的影响,并将计算结果与试验结果进行了比较。分析结果表明,考虑墙板的支撑作用能显著地提高立柱的承载能力。

对18根冷弯薄壁型钢开口三肢拼合立柱的轴压性能进行了试验研究,试件分为a、b两种截面类型:a类由3根冷弯薄壁c型钢拼合而成;b类由2根冷弯薄壁c型钢和1根u型钢拼合而成。得到了各试件的荷载-位移曲线和破坏特征,并将试验结果与中、美两国相关规范"有效宽度法"和"直接强度法"计算结果进行了初步对比分析。研究结果表明:两类截面长柱(lc)系列立柱的破坏特征分别为弯扭屈曲、弯曲屈曲,而中柱(mc)系列立柱a类截面为畸变屈曲、b类截面为畸变屈曲和弯曲屈曲,短柱(sc)系列立柱均为局部屈曲和畸变屈曲。aisi有效宽度法计算结果对于a、b两类截面lc系列立柱偏于安全;对于sc系列立柱则偏不安全;对于mc系列立柱吻合较好。aisi直接强度法计算结果对于a类截面lc和mc系列立柱偏于安全;对于sc系列立柱则偏不安全;对于b类截面立柱直接强度法计算结果与试验结果相差-16.5%～11.2%。《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算结果与试验结果相比,lc系列立柱偏于安全,而mc和sc系列立柱计算结果与试验结果吻合较好,相差分别为-8.7%～4.7%和-7.3%～13.7%。

建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型,利用ansys有限元程序分析了长细比、螺钉连接间距、截面板件最大宽厚比对冷弯薄壁型钢开口三肢拼合立柱轴压性能的影响。结果表明:立柱长细比对a、b两类截面拼合立柱轴压承载力和轴压性能有很大影响,随着立柱长细比的增大,立柱轴压极限承载力逐渐降低;当螺钉连接间距为450、300、150mm时,a、b两类截面拼合立柱轴压极限承载力和刚度变化均不大;由于基本构件板材厚度不同引起截面板件最大宽厚比的不同,对a、b两类截面3种长度的拼合立柱的承载力和刚度影响很大;对于a、b两类截面立柱,当立柱长度和截面厚度相同时,基本构件腹板高度由89mm增加到140mm,拼合截面轴压立柱轴压极限承载力变化不大。

高强冷弯薄壁型钢龙骨式结构是一种新型结构形式,主要适用于3层及3层以下的建筑。材料较高的屈服强度(fy=550mpa)使得此类构件有较高的承载能力,但在目前我国的冷弯薄壁钢结构设计规范中没有对这类高强材料的计算、设计方法。通过比较中国规范、澳大利亚相应规范和试验研究结果,探讨轴压立柱计算方法中的问题。

对无竖向力水平单调加载和有竖向力低周反复加载两种加载方式下的2榀高强冷弯型钢骨架带交叉支撑墙体抗剪性能进行足尺试件试验研究。在单调加载墙体模型得到试验充分验证的基础上,对影响墙体抗剪性能的5个因素进行有限元参数分析。分析结果表明:立柱间距、交叉支撑截面对墙体抗剪承载力影响较小;随立柱截面尺寸的增大,墙体抗剪承载力增加;随竖向荷载值的增加,墙体抗剪承载力降低;单面设置交叉支撑墙体比双面设置交叉支撑墙体的承载力降低幅度较大。

为了解组合墙体-楼盖梁规程连接体系(cs)和新型连接体系(ns)的力学性能,采用ansys软件建立了有限元模型,并对不同轴压比下的cs体系、不同连接角钢厚度下的ns体系进行了低周往复加载模拟,得到了两类体系的骨架曲线、承载力特征值等结果。结果表明:轴压比增加,cs体系承载力降低,且降幅增大,延性系数减小;连接角钢厚度在0.8~2倍墙架柱构件厚度范围内时,角钢厚度增加,ns体系承载力提高;其中角钢厚度为1.2~1.5倍的墙架柱构件厚度时,体系延性系数有最大值;当角钢厚度超过2倍墙架柱构件厚度后,体系承载力变化不大。

介绍单颗自攻螺钉连接件和多颗自攻螺钉连接件的试件制作、加载装置及它们抗剪承载力的试验全过程。根据试验过程和破坏现象,总结不同试件的荷载变形曲线、抗剪承载力试验值及破坏模式。依据各国规范及相关文献,结合试验数据,验证中国规范gb50018—2002及美国aisi规范对于计算单颗螺钉抗剪承载力的可行性及可靠性。通过探讨不同母材厚度、不同螺钉数目、不同螺钉排列方式及不同螺钉间距对自攻螺钉连接抗剪承载力的影响,总结得到自攻螺钉连接抗剪试验破坏的几个阶段、主要破坏模式和影响因素:(1)螺钉数目及间距是影响自攻螺钉连接抗剪性能的最主要因素;(2)螺钉排列方式对连接的抗剪性能影响较小;(3)在某些破坏模式下,母材厚度也是影响连接件抗剪性能的主要因素之一。通过对试验数据统计分析,发现自攻螺钉群的抗剪承载力具有"群体折减效应",并给出能反映"群体折减效应"的螺钉群效率系数的分布范围,发现螺钉间距及数目也是影响效率系数的主要因素。

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通过对10根550mpa高强冷弯薄壁型钢墙体骨架立柱的足尺轴压试验,得到立柱的极限承载力和破坏模式,并在试验的基础上建立墙体骨架立柱有限元分析模型。在有限元分析模型的正确性得到试验充分验证的情况下,对高强冷弯薄壁型钢墙体骨架立柱进行参数分析,分析结果表明:自攻螺钉直径的变化、采用两个螺钉连接立柱与导轨、导轨厚度和屈服强度的变化以及改变墙体骨架立柱间距均对墙体骨架立柱的轴压承载力没有显著影响;在墙体骨架两侧设置柔性拉条对立柱轴压承载力的提高很有帮助,拉条间距小于1/4柱高后承载力提高幅度不大。

本文介绍了一种用于冷弯薄壁型钢结构的新型组合墙体,并研究了该墙体结构的抗震性能。通过弹塑性时程分析,比较了采用不同组合墙体的3种冷弯薄壁型钢结构在8度和9度罕遇地震下的位移和内力反应。初步分析结果表明,由于新型组合墙体具有较好的抗剪性能,采用该墙体的冷弯薄壁型钢结构可以在抗震设防烈度较高的地区使用。

http://www.***.*** -1- 高强冷弯薄壁型钢墙架结构受剪性能影响因素研究 鲍文可，王闲权，马广阅 武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉（430070） e-mail：cocobao2356@163.com 摘要：本文采用有限元法对冷弯薄壁型钢单榀墙架结构的进行受剪性能的分析。建立模型 时同时考虑材料和几何非线性，采用弹塑性189梁单元，自攻螺栓采用耦合模型。通过改变 已建立的有限元模型中墙架柱间距、墙架高宽比、自攻螺丝间距等影响墙架受剪性能的参数， 得出结论：随着墙架柱间距增大、墙架高度增大、自攻螺栓间距增大整个墙架结构的受剪性 能明显减小，在有“k”型支撑的高强薄壁型钢墙架结构中，合适的墙架柱间距、合适的墙架 尺寸以及支撑体系，对墙架结构的受剪性能有很大的影响。 关键词：高强冷弯薄壁型钢；墙架结构；受剪性能；有限元分析；低

冷弯薄壁型钢檩条与墙梁的设计

http://www.***.*** -1- 高强冷弯薄壁型钢墙架结构受剪性能影响因素研究 鲍文可，王闲权，马广阅 武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉（430070） e-mail：cocobao2356@163.com 摘要：本文采用有限元法对冷弯薄壁型钢单榀墙架结构的进行受剪性能的分析。建立模型 时同时考虑材料和几何非线性，采用弹塑性189梁单元，自攻螺栓采用耦合模型。通过改变 已建立的有限元模型中墙架柱间距、墙架高宽比、自攻螺丝间距等影响墙架受剪性能的参数， 得出结论：随着墙架柱间距增大、墙架高度增大、自攻螺栓间距增大整个墙架结构的受剪性 能明显减小，在有“k”型支撑的高强薄壁型钢墙架结构中，合适的墙架柱间距、合适的墙架 尺寸以及支撑体系，对墙架结构的受剪性能有很大的影响。 关键词：高强冷弯薄壁型钢；墙架结构；受剪性能；有限元分析；低