冷彎型鋼骨架墻體抗剪性能試驗與理論研究.pdf

1、近年來，低層冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)住宅作為一種新型的住宅結(jié)構(gòu)體系在我國開始悄然興起。由冷彎薄壁型鋼骨架、外墻板(OSB板、鋼板等)和內(nèi)墻板(石膏板等)通過自攻螺釘連接而成的冷彎型鋼骨架墻體是低層冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)住宅的主要承重構(gòu)件，其抗剪性能的研究對制定相關(guān)規(guī)范和加速低層冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系在我國的推廣應(yīng)用很有意義。
　　 冷彎型鋼骨架墻體抗剪性能受眾多因素影響，使得其理論計算十分困難，國內(nèi)外主要依賴試驗手段對其進(jìn)行研究，既不經(jīng)濟(jì)也

2、不利于設(shè)計應(yīng)用和規(guī)范的制定。
　　 針對目前的研究現(xiàn)狀，本文通過試驗研究、有限元數(shù)值分析和理論公式推導(dǎo)對墻體抗剪性能影響因素、抗側(cè)移剛度計算及變形驗算、最大抗剪承載力計算、抗剪承載力設(shè)計值確定等問題進(jìn)行了分析研究。
　　 進(jìn)行了16面由550MPaC型冷彎型鋼立柱、550MPa帶肋鋼板和石膏板組成的高強冷彎型鋼骨架墻體足尺試件(寬2.4m，高3m)抗剪試驗研究。對“帶肋鋼扳+石膏板雙面板”、“單面覆帶肋鋼板”、“單面覆石

3、膏板”和“雙面無板帶交叉扁鋼拉條支撐”四類墻體試件進(jìn)行了無豎向力水平單調(diào)加載、無豎向力水平低周反復(fù)加載和有豎向力水平低周反復(fù)加載的試驗，得到了各類墻體試件的抗剪承載力指標(biāo)和位移延性系數(shù)μ等性能指標(biāo)。試驗結(jié)果表明：各類墻體單調(diào)加載試件抗剪承載力均比反復(fù)加載試件高；單面覆石膏板墻體試件與0.8倍的單面覆帶肋鋼板培體試件的承載力指標(biāo)之和與雙面覆板墻體試件承載力指標(biāo)接近；雙面無板帶交叉扁鋼拉條支撐墻體試件抗剪承載力是雙面覆板墻體試件的60％～6

4、7％；雙面覆板墻體試件延性系數(shù)在1.131～2.384之問。
　　 在本文試驗研究和本課題組2003年、2004年培體抗剪性能試驗研究的基礎(chǔ)上，建立了同時考慮材料及幾何非線性的墻體抗剪性能有限元分析模型，在模型正確性得到試驗充分驗證的基礎(chǔ)上，對影響冷彎型鋼骨架墻體抗剪性能的墻體骨架壁厚、墻體骨架屈服強度、墻面板厚度、立柱截面、帶肋鋼板肋高、柱距、柱高、豎向荷載、墻體構(gòu)造、單面設(shè)置交叉扁鋼拉條、單調(diào)與循環(huán)加載等兒個因素進(jìn)行了分析研

5、究，得到了眾多有益的結(jié)論和有限元分析數(shù)據(jù)。為本文后續(xù)理論分析提供了有力的依據(jù)。值得一提的是，本文在模擬覆帶肋鋼扳墻體時采用彈簧單元成功的解決了鋼板剪切屈曲后與墻體立柱的接觸問題，避免了大量接觸單元的使用，為有限元模擬接觸問題提供了一種新的思路。
　　 利用提出的冷彎型鋼骨架培體抗側(cè)移剛度簡化計算模型推導(dǎo)了墻體抗側(cè)移剛度理論計算公式，并結(jié)合試驗數(shù)據(jù)和有限元分析結(jié)果．得到單面覆石膏板墻體、單面覆0sB板培體、單面覆帶肋銅板墻體、雙面

6、無板帶交叉扁鋼拉條墻體在水平風(fēng)荷載作用下、水平多遇地震作用下、水平罕遇地震作用下抗側(cè)移剛度實用計算公式及側(cè)向變形驗算公式，墻體抗側(cè)移剛度實用計算公式計算結(jié)果與試驗、有限元分析結(jié)果吻合較好。同時，得出了雙面覆板墻體抗側(cè)移剛度等于相應(yīng)的單面覆板墻體抗側(cè)移剛度之和的結(jié)論。
　　 通過對冷彎型鋼骨架墻體在水平力作用下的各種可能破壞模式的研究，提出了相應(yīng)的墻體昂大抗剪承載力計算模型，并結(jié)合試驗和有限元結(jié)果．得到了單面覆石膏板墻體、單面覆O

7、SB板墻體、單面覆帶肋鋼板墻體和雙面無板帶交叉扁鋼拉條墻體最大抗剪承載力實用計算公式，公式計算結(jié)果同試驗、有限元分析結(jié)果比較一致。
　　 在我國，冷彎型鋼骨架墻體抗剪設(shè)計必須采用抗剪承載力設(shè)計值，而國內(nèi)對冷彎型鋼骨架培體抗剪試驗研究較少，無法采用概率統(tǒng)計及可靠度分析的方法獲得墻體抗剪承載力抗力分項系數(shù)和抗剪承載力設(shè)計值。為了滿足國內(nèi)實際工程設(shè)計需要，本文利用美國規(guī)范關(guān)于此類墻體的容許應(yīng)力設(shè)計法，并結(jié)合我國規(guī)范，近似反算了墻體抗力