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1、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體系源于傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu),是一種富有特色的新型結(jié)構(gòu)體系,具有高性能、輕質(zhì)、產(chǎn)業(yè)化、環(huán)保等顯著特點(diǎn)。此類結(jié)構(gòu)體系在國(guó)外低層住宅中已得到廣泛應(yīng)用,在我國(guó)應(yīng)用起步較晚。自攻螺釘連接是該結(jié)構(gòu)體系中一種主要的連接形式。本文通過兩種不同試驗(yàn)裝置對(duì)冷彎薄壁型鋼-覆面板材自攻螺釘連接的力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究,擬合出其骨架曲線模型和滯回模型,并運(yùn)用有限元軟件對(duì)連接件單調(diào)加載工況進(jìn)行了數(shù)值模擬。主要內(nèi)容及結(jié)論如下:
首先,通過材性試驗(yàn)得
2、到了四種覆面板材的彈性模量、靜曲強(qiáng)度和泊松比;通過238組連接件的抗剪試驗(yàn)研究,探討了試驗(yàn)裝置、覆面板材類型(石膏板、玻鎂板、OSB板和硅酸鈣板)、螺釘端距、鋼龍骨厚度、螺釘直徑、加載方式(單調(diào)拉/壓和低周往復(fù)加載)以及板材布置方向?qū)鋸澅”谛弯撟怨ヂ葆斶B接件力學(xué)性能及破壞模式的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:對(duì)于單調(diào)加載工況,兩種試驗(yàn)裝置下連接件的破壞模式相同,且除鋼龍骨-OSB板連接件外其余三種連接件的峰值荷載誤差均在±15%范圍內(nèi),各參數(shù)呈現(xiàn)
3、相同的規(guī)律;但采用多根螺釘連接件加載裝置時(shí),得到的連接件峰值變形普遍較大,可通過減小墊板與U型龍骨腹板的寬度差值盡量減小此誤差;四種連接件在單調(diào)拉伸時(shí)均為板材承壓破壞,均未出現(xiàn)螺釘剪斷,低周往復(fù)加載時(shí),鋼龍骨-OSB板和鋼龍骨-硅酸鈣板連接件會(huì)出現(xiàn)螺釘彎曲甚至螺釘被剪斷的現(xiàn)象;板材類型、螺釘端距對(duì)連接件力學(xué)性能影響明顯,隨螺釘端距增大,連接件承載力相應(yīng)增大;龍骨厚度和螺釘直徑對(duì)連接件力學(xué)性能的影響較小,且與覆面板材種類相關(guān);鋼龍骨-OS
4、B板與鋼龍骨-MgO板連接件受板材方向(指平行板材長(zhǎng)邊或短邊方向截取板材)影響不大;鋼龍骨-GWB板和鋼龍骨-CSB板連接件沿長(zhǎng)邊方向截取板材,其連接件承載力較短邊分別提高了10%和20%~50%;低周往復(fù)加載時(shí),連接件荷載-變形曲線存在明顯“捏攏效應(yīng)”,較之單調(diào)拉神連接件抗剪承載力下降4%~18%,且邊距越大,降幅越突出,故而需對(duì)單調(diào)加載所得承載力折減后再用于工程設(shè)計(jì)。
然后,通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析,并借鑒木結(jié)構(gòu)釘子連接
5、的幾種常見恢復(fù)力模型,得到了冷彎薄壁型鋼-覆面板材自攻螺釘連接件的恢復(fù)力模型,包括單調(diào)加載時(shí)連接件的“Foschi”指數(shù)型骨架曲線模型和低周往復(fù)加載時(shí)連接件的Pivot定點(diǎn)指向型滯回模型。
最后,采用ANSYS有限元程序?qū)鋸澅”谛弯?覆面板材自攻螺釘連接件單調(diào)加載工況的力學(xué)性能進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。模型的建立考慮了材料非線性及接觸非線性。采用Solid45單元模擬連接件及自攻螺釘,在連接件螺釘孔部位設(shè)置接觸單元,并對(duì)自攻螺釘進(jìn)
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