冷成型鋼住宅結(jié)構(gòu)的蒙皮效應(yīng)研究.pdf

1、在冷成型鋼結(jié)構(gòu)中,如果考慮了板的蒙皮效應(yīng),將會取得相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益,而目前在國內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中,大多還是將板的蒙皮作用作為安全儲備,因此如何有效的利用墻板、屋面板、樓板的蒙皮效應(yīng),是冷成型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。蒙皮效應(yīng)由于特殊的受力特性,在設(shè)計、分析時需要解決的技術(shù)問題比較多,而我國對蒙皮的研究較晚,蒙皮設(shè)計方法仍處于理論階段,專門的蒙皮設(shè)計規(guī)范還在編制中。正是在這樣的背景下,本文針對冷成型鋼蒙皮結(jié)構(gòu)中的幾個關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)

2、行分析,主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： 1.研究冷成型鋼板-自攻螺釘?shù)倪B接的破壞模式。鑒于冷成型鋼蒙皮結(jié)構(gòu)中連接比較常用的是自攻螺釘,本文建立三維實體有限元模型,對自攻螺釘連接進(jìn)行細(xì)致模擬,得出薄-薄連接、薄-厚連接、厚-厚連接三種典型連接模型下的連接件破壞模式：薄-薄連接是由于螺釘歪斜導(dǎo)致板孔受擠壓起鼓而發(fā)生破壞；薄-厚連接是由于薄板被拉裂而發(fā)生破壞；厚-厚連接是螺釘發(fā)生剪切破壞。并且得出各種破壞模式發(fā)生時板的界限值和極限荷載值以及

3、自攻螺釘ST5.5連接各種常用板厚的荷載位移曲線。 2.研究數(shù)值仿真方法在蒙皮結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。借助非線性有限元方法,將冷成型鋼蒙皮結(jié)構(gòu)各部件離散成單元,框架簡化為空間梁單元,壓型鋼板簡化為殼體單元,連接件用非線性彈簧單元來模擬,將各單元剛度矩陣集合成總體剛度矩陣,利用有限元軟件ANSYS對蒙皮單元的抗剪性能進(jìn)行分析,并與歐洲相應(yīng)現(xiàn)行規(guī)范計算結(jié)果進(jìn)行了比較分析,驗證了數(shù)值模型的正確性。 3.多層冷成型鋼結(jié)構(gòu)蒙皮效應(yīng)的研究。首

4、先以一單層冷成型鋼排架為研究對象,研究其在面內(nèi)荷載作用下可能出現(xiàn)的破壞模式。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計一個5層冷成型鋼框架結(jié)構(gòu),分析其在風(fēng)荷載作用下的受力情況,通過比較加傳統(tǒng)柱間支撐和加蒙皮兩種構(gòu)造措施時框架整體側(cè)移剛度,發(fā)現(xiàn)在螺釘連接方式和間距合理的前提下,蒙皮完全可以取代支撐。通過改變螺釘?shù)拈g距和螺釘?shù)倪B接方式(每波連接、隔波連接)以及板的厚度,對該5層框架的受力和側(cè)移進(jìn)行參數(shù)分析,給出了不同板厚條件下,獲得理想蒙皮抗剪效果的連接件的連接方式

5、。 本文的主要創(chuàng)新點在于： 1.在有限元模型中引入了非線性彈簧單元,更加精確的模擬了連接件的實際受力狀態(tài)。 2.找出了發(fā)生薄-薄連接和厚-厚連接破壞的分界點。在自攻螺釘ST5.5連接下,板厚小于等于1.5mm的板發(fā)生薄-薄連接破壞,而板厚大于等于2.0mm的板發(fā)生厚-厚連接破壞。 3.在驗證蒙皮單元有限元模型正確的基礎(chǔ)上,建立5層冷成型鋼框架結(jié)構(gòu),對不同板厚、不同螺釘間距和連接方式進(jìn)行系統(tǒng)分析,給出了適用