冷彎薄壁型鋼

冷彎薄壁型鋼

2018年第5期 單面石膏板組合墻體位移等值線圖（圖三） 單面刨花板組合墻體位移等值線圖（圖四） 石膏板和刨花板雙面組合墻體位移等值線圖（圖五） 【摘要】彎薄壁型鋼具有構件強度較高、質(zhì)量均勻、安裝較為便利，防 腐性能較好，可回收等優(yōu)點，是一種經(jīng)濟高效型的材料，地震、風荷等 水平荷載的作用主要由組合墻體承擔，在住宅房屋建筑中使用較為廣 泛。通過對三種組合墻體單面定向刨花板、單面石膏板和一面石膏板 另一面刨花板的研究分析，有限單元法能夠有效的分析組合墻體材 料、種類、高度等各種相關因素對其自身承載力的影響，根據(jù)相關的數(shù) 據(jù)分析表明，影響最大的是墻面板材料，其影響最小的是鋼材強度。對 接下來，筆者將運用有限單元法對冷彎薄壁型鋼結構住宅組合墻體受 剪性能進行簡單的分析，希望能夠為相關的研究提供有價值的參考。 【關鍵詞】冷彎薄壁型鋼結構；住宅組合；受剪性能

輕鋼立柱墻體是冷彎薄壁型鋼低層住宅體系中一種新型的墻體形式,對實際工程中常用的輕鋼立柱墻體足尺試件進行了軸心荷載作用下的承載力試驗研究,墻體立柱試件分為不帶墻面板(2個試件)和帶墻面板(1個試件)兩類。在足尺試件試驗研究的基礎上,采用有限元分析軟件ansys對輕鋼立柱不帶墻面板和帶墻面板兩種情況下的承載力進行了數(shù)值分析。簡化分析模型假設墻板僅對立柱沿墻面方向側移和截面扭轉(zhuǎn)起支撐作用,考慮墻板參數(shù)變化對立柱承載力的影響,并將計算結果與試驗結果進行了比較。分析結果表明,考慮墻板的支撐作用能顯著地提高立柱的承載能力。

對18根冷彎薄壁型鋼開口三肢拼合立柱的軸壓性能進行了試驗研究,試件分為a、b兩種截面類型:a類由3根冷彎薄壁c型鋼拼合而成;b類由2根冷彎薄壁c型鋼和1根u型鋼拼合而成。得到了各試件的荷載-位移曲線和破壞特征,并將試驗結果與中、美兩國相關規(guī)范"有效寬度法"和"直接強度法"計算結果進行了初步對比分析。研究結果表明:兩類截面長柱(lc)系列立柱的破壞特征分別為彎扭屈曲、彎曲屈曲,而中柱(mc)系列立柱a類截面為畸變屈曲、b類截面為畸變屈曲和彎曲屈曲,短柱(sc)系列立柱均為局部屈曲和畸變屈曲。aisi有效寬度法計算結果對于a、b兩類截面lc系列立柱偏于安全;對于sc系列立柱則偏不安全;對于mc系列立柱吻合較好。aisi直接強度法計算結果對于a類截面lc和mc系列立柱偏于安全;對于sc系列立柱則偏不安全;對于b類截面立柱直接強度法計算結果與試驗結果相差-16.5%～11.2%。《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》計算結果與試驗結果相比,lc系列立柱偏于安全,而mc和sc系列立柱計算結果與試驗結果吻合較好,相差分別為-8.7%～4.7%和-7.3%～13.7%。

建立了考慮材料、幾何和接觸非線性的有限元模型,利用ansys有限元程序分析了長細比、螺釘連接間距、截面板件最大寬厚比對冷彎薄壁型鋼開口三肢拼合立柱軸壓性能的影響。結果表明:立柱長細比對a、b兩類截面拼合立柱軸壓承載力和軸壓性能有很大影響,隨著立柱長細比的增大,立柱軸壓極限承載力逐漸降低;當螺釘連接間距為450、300、150mm時,a、b兩類截面拼合立柱軸壓極限承載力和剛度變化均不大;由于基本構件板材厚度不同引起截面板件最大寬厚比的不同,對a、b兩類截面3種長度的拼合立柱的承載力和剛度影響很大;對于a、b兩類截面立柱,當立柱長度和截面厚度相同時,基本構件腹板高度由89mm增加到140mm,拼合截面軸壓立柱軸壓極限承載力變化不大。

高強冷彎薄壁型鋼龍骨式結構是一種新型結構形式,主要適用于3層及3層以下的建筑。材料較高的屈服強度(fy=550mpa)使得此類構件有較高的承載能力,但在目前我國的冷彎薄壁鋼結構設計規(guī)范中沒有對這類高強材料的計算、設計方法。通過比較中國規(guī)范、澳大利亞相應規(guī)范和試驗研究結果,探討軸壓立柱計算方法中的問題。

對無豎向力水平單調(diào)加載和有豎向力低周反復加載兩種加載方式下的2榀高強冷彎型鋼骨架帶交叉支撐墻體抗剪性能進行足尺試件試驗研究。在單調(diào)加載墻體模型得到試驗充分驗證的基礎上,對影響墻體抗剪性能的5個因素進行有限元參數(shù)分析。分析結果表明:立柱間距、交叉支撐截面對墻體抗剪承載力影響較小;隨立柱截面尺寸的增大,墻體抗剪承載力增加;隨豎向荷載值的增加,墻體抗剪承載力降低;單面設置交叉支撐墻體比雙面設置交叉支撐墻體的承載力降低幅度較大。

為了解組合墻體-樓蓋梁規(guī)程連接體系(cs)和新型連接體系(ns)的力學性能,采用ansys軟件建立了有限元模型,并對不同軸壓比下的cs體系、不同連接角鋼厚度下的ns體系進行了低周往復加載模擬,得到了兩類體系的骨架曲線、承載力特征值等結果。結果表明:軸壓比增加,cs體系承載力降低,且降幅增大,延性系數(shù)減小;連接角鋼厚度在0.8~2倍墻架柱構件厚度范圍內(nèi)時,角鋼厚度增加,ns體系承載力提高;其中角鋼厚度為1.2~1.5倍的墻架柱構件厚度時,體系延性系數(shù)有最大值;當角鋼厚度超過2倍墻架柱構件厚度后,體系承載力變化不大。

介紹單顆自攻螺釘連接件和多顆自攻螺釘連接件的試件制作、加載裝置及它們抗剪承載力的試驗全過程。根據(jù)試驗過程和破壞現(xiàn)象,總結不同試件的荷載變形曲線、抗剪承載力試驗值及破壞模式。依據(jù)各國規(guī)范及相關文獻,結合試驗數(shù)據(jù),驗證中國規(guī)范gb50018—2002及美國aisi規(guī)范對于計算單顆螺釘抗剪承載力的可行性及可靠性。通過探討不同母材厚度、不同螺釘數(shù)目、不同螺釘排列方式及不同螺釘間距對自攻螺釘連接抗剪承載力的影響,總結得到自攻螺釘連接抗剪試驗破壞的幾個階段、主要破壞模式和影響因素:(1)螺釘數(shù)目及間距是影響自攻螺釘連接抗剪性能的最主要因素;(2)螺釘排列方式對連接的抗剪性能影響較小;(3)在某些破壞模式下,母材厚度也是影響連接件抗剪性能的主要因素之一。通過對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)自攻螺釘群的抗剪承載力具有"群體折減效應",并給出能反映"群體折減效應"的螺釘群效率系數(shù)的分布范圍,發(fā)現(xiàn)螺釘間距及數(shù)目也是影響效率系數(shù)的主要因素。

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通過對10根550mpa高強冷彎薄壁型鋼墻體骨架立柱的足尺軸壓試驗,得到立柱的極限承載力和破壞模式,并在試驗的基礎上建立墻體骨架立柱有限元分析模型。在有限元分析模型的正確性得到試驗充分驗證的情況下,對高強冷彎薄壁型鋼墻體骨架立柱進行參數(shù)分析,分析結果表明:自攻螺釘直徑的變化、采用兩個螺釘連接立柱與導軌、導軌厚度和屈服強度的變化以及改變墻體骨架立柱間距均對墻體骨架立柱的軸壓承載力沒有顯著影響;在墻體骨架兩側設置柔性拉條對立柱軸壓承載力的提高很有幫助,拉條間距小于1/4柱高后承載力提高幅度不大。

本文介紹了一種用于冷彎薄壁型鋼結構的新型組合墻體,并研究了該墻體結構的抗震性能。通過彈塑性時程分析,比較了采用不同組合墻體的3種冷彎薄壁型鋼結構在8度和9度罕遇地震下的位移和內(nèi)力反應。初步分析結果表明,由于新型組合墻體具有較好的抗剪性能,采用該墻體的冷彎薄壁型鋼結構可以在抗震設防烈度較高的地區(qū)使用。

http://www.***.*** -1- 高強冷彎薄壁型鋼墻架結構受剪性能影響因素研究 鮑文可，王閑權，馬廣閱 武漢理工大學土木工程與建筑學院，武漢（430070） e-mail：cocobao2356@163.com 摘要：本文采用有限元法對冷彎薄壁型鋼單榀墻架結構的進行受剪性能的分析。建立模型 時同時考慮材料和幾何非線性，采用彈塑性189梁單元，自攻螺栓采用耦合模型。通過改變 已建立的有限元模型中墻架柱間距、墻架高寬比、自攻螺絲間距等影響墻架受剪性能的參數(shù)， 得出結論：隨著墻架柱間距增大、墻架高度增大、自攻螺栓間距增大整個墻架結構的受剪性 能明顯減小，在有“k”型支撐的高強薄壁型鋼墻架結構中，合適的墻架柱間距、合適的墻架 尺寸以及支撐體系，對墻架結構的受剪性能有很大的影響。 關鍵詞：高強冷彎薄壁型鋼；墻架結構；受剪性能；有限元分析；低

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