新型装配式钢板组合剪力墙轴压受力性能分析

新型钢板组合剪力墙是装配式构件中的一种新型抗侧力构件,为了研究该新型结构构件的设计参数对承载力的影响,采用大型有限元软件ABAQUS建立钢板组合剪力墙的有限元模型进行模拟分析,模型中混凝土和钢板均采用实体模型模拟,考虑了材料非线性。研究了钢板组合剪力墙的轴压受力机理,模拟了组合剪力墙的轴压性能,分析不同设计参数包括隔板横向间距、钢板厚度、墙体宽度、混凝土强度等级对试件承载力的影响。分析结果表明:所建立的有限元模型能较好地模拟组合墙的轴压性能,钢板厚度、墙体宽度和混凝土等级对承载力影响较为明显,均与试件的承载力呈线性关系,适中的隔板横向间距能保证该新型组合剪力墙具有最大的承载能力。     

带肋箱板式钢结构住宅底部加强区墙体抗震性能有限元分析

为了深入研究带肋箱板式钢结构住宅底部加强区墙体的抗震性能,基于前期试验研究结果,对底部加强区组合钢板墙进行有限元建模。设计了32个有限元模型试件,对影响组合钢板墙混凝土面板约束效果的关键参数进行了分析,探讨了螺栓纵、横向间距,轴压比对组合钢板墙抗震性能的影响规律,分析了模型试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、刚度退化和各特征阶段的荷载、位移值。结果表明:厚钢板墙承载力高、后期降低明显,最终发生屈服破坏,而薄钢板墙承载力较低,但后期承载力较稳定,最终发生屈曲破坏;螺栓纵向间距越大,滞回曲线越早出现捏缩、耗能能力减弱;轴压比对墙体承载力和耗能能力影响不大。基于分析结果,给出了组合钢板墙螺栓间距和轴压比的设计建议值。     

立柱-导轨间距对冷弯薄壁型钢墙体立柱性能的影响

冷弯薄壁型钢组合墙体立柱与导轨间不可避免地存在间隙,并可能对墙体立柱性能产生影响。考虑初始缺陷、材料非线性和几何非线性,应用有限元分析法研究立柱-导轨间距对墙体立柱轴压承载力和屈曲模态的影响。研究表明,随着立柱-导轨间距的增加,立柱轴压承载力不断降低,屈曲模态逐渐趋向于整体屈曲,提出了满足立柱承载力和美观要求的立柱-导轨间距限值;进而以立柱-导轨间距为限值的组合墙体为典型组合墙体,研究钢材强度、覆面板厚度和强度对其立柱轴压承载力的影响。分析表明:钢材强度、石膏板厚度和覆面板强度对典型组合墙体立柱轴压承载力影响较小;随着OSB板厚度的增加,典型组合墙体立柱轴压承载力明显提高。     

预制混凝土夹芯保温墙桁架连接件抗剪性能研究

桁架连接件是连接混凝土夹芯墙板内外叶墙板的重要构件。为了研究桁架连接件的抗剪性能,对2组不同保温层厚度的4个受剪试件进行了试验研究和有限元分析。试验研究表明：剪力作用下夹芯墙桁架连接件的破坏形式为其腹杆受压屈曲后受拉腹杆断裂或受拉腹杆被拔出的锚固破坏。在试验的基础上,对夹芯墙体桁架连接件抗剪性能做了变参数数值分析,主要考虑了桁架腹杆直径、节点间距和保温层厚度等参数的变化。模拟结果表明：夹芯墙的屈服和极限承载力随着腹杆直径的增大而增加,随着节点间距的减小而增大;随着保温层厚度的减小,墙体的抗剪屈服承载力增大,而由于保温板的高压缩性,导致其极限荷载与保温层厚度的相关性不明显。     

多腔波形钢板组合墙的轴压整体稳定性能研究

为了降低钢板混凝土组合墙的用钢量、提高其承载效率,同时避免大量使用剪力连接件,提出了多腔波形钢板组合墙,该组合墙由钢管混凝土柱和内填混凝土的双波形钢板交替连接组成。为了得到墙体稳定承载性能的影响因素,对6片高厚比为20.0和16.7的多腔波形钢板组合墙进行轴压试验,其中波形钢板包括梯形波折板和正弦波浪板两类。试验结果表明：试件承载力均由整体稳定控制,加载过程中所有墙体都出现了整体失稳破坏并伴随钢板局部屈曲,而波形钢板与钢管间的焊缝保持完好;增加墙体厚度(即降低高厚比)可以有效提高试件稳定承载力。采用ABAQUS软件建立精细化有限元分析模型,并将试验结果与有限元模拟结果进行对比,发现有限元能较好模拟多腔波形钢板组合墙的轴压整体稳定性能。采用经验证的有限元模型分析了高厚比、截面尺寸、混凝土强度以及波形钢板形式对组合墙轴压稳定性能的影响,发现钢管混凝土柱的板厚和宽度对承载力的影响随组合墙高厚比的增大逐渐增大,波形腔宽度和混凝土强度的影响随高厚比的增大逐渐减小,波形钢板厚度和波形钢板形式对承载力影响较小。提出了多腔波形钢板组合墙稳定系数的计算公式,有限元结果与公式计算结果的比值大部分在1.00...     

冷弯薄壁型钢结构住宅组合墙体受剪性能研究

本文采用有限单元法对冷弯薄壁型钢住宅组合墙体的受剪性能进行了分析。在建立有限元模型时,采用了塑性壳单元,考虑了材料非线性和几何非线性影响,自攻螺钉连接采用耦合模型。通过对已有的单面石膏板、单面定向刨花板(OSB板)、一面石膏板另一面定向刨花板(OSB板)三类组合墙体受剪试验结果的分析,验证了本文有限元方法的正确性。采用有限元方法分析了不同墙面板材料、不同钢种、不同墙架柱间距、不同墙体高度、不同螺钉间距等参数对组合墙体承载力的影响,参数分析表明:组合墙体的墙面板材料特性对组合墙体的受剪承载力影响较大,钢材强度对组合墙体的受剪承载力影响较小;随着墙架柱间距缩小、墙体高度减小、边缘自攻螺钉间距加密,组合墙体的受剪承载力明显增加。     

高强冷弯型钢骨架墙体立柱轴压性能试验研究及有限元分析

对12根550 MPa高强冷弯型钢骨架墙体立柱进行了足尺轴压试验研究,其中包括6根单面带肋钢板墙体立柱和6根双面板(带肋钢板+石膏板)墙体立柱,在试验研究的基础上建立了墙体立柱有限元分析模型。在有限元分析模型充分得到试验验证的情况下,对影响墙体立柱轴压承载力的钢墙面板、墙体柔性拉条、连接螺钉间距等因素进行参数分析,分析结果可供设计参考。分析结果表明:相同用钢量的平钢板代替带肋钢板对单面钢板墙体立柱轴压承载力有较大的降低作用,但对双面板墙体立柱轴压承载力影响甚微;设置柔性拉条可以提高单面带肋钢板墙体立柱轴压承载力,但对双面板墙体立柱轴压承载力没有影响;连接立柱与墙板的螺钉间距不大于300 mm时,减小螺钉间距并不能提高墙体立柱轴压承载力;墙体周边螺钉间距小于150 mm时,减小墙体周边螺钉间距对墙体立柱轴压承载力提高幅度不大。     

集中荷载作用下拱形双钢板混凝土组合墙板的有限元分析

通过ANSYS/LS-DYNA平台对9个拱形双钢板混凝土组合墙板在集中荷载下的试验进行了有限元分析,对试件进行了精细化建模,有限元模型由锤头、上下钢板、混凝土、连接件和底板等部分组成。通过对比试验和有限元分析的力-位移曲线以及破坏特征,验证了有限元模型的准确性。通过该有限元模型分析了影响试件承载力的参数,主要包括混凝土厚度、钢板厚度、连接件间距、连接件直径和矢跨比,结果表明,钢板厚度为影响承载力的主要因素,连接件间距的减小和直径的增加可以提升试件的组合性能,合理的矢跨比应在1/4～1/3之间。     

冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖受弯承载力影响因素分析

采用ANSYS非线性有限元分析方法,分析了压型钢板与钢梁连接螺钉间距、钢材屈服强度、混凝土强度、C型钢梁板厚、钢筋混凝土翼板厚度、压型钢板型号、钢梁间距、楼盖宽度、钢梁跨高比及腹板高厚比等因素对冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖受弯承载力和延性的影响。研究表明：压型钢板与钢梁连接螺钉间距、钢材强度、钢梁板厚、压型钢板型号、钢梁间距、楼盖宽度、钢梁跨高比和腹板高厚比等因素对组合楼盖受弯承载力影响较显著,而混凝土强度则影响较小;钢筋混凝土翼板厚度在50~100 mm范围内时,组合楼盖受弯承载力随混凝土翼板厚度增加呈线性增长,当翼板厚度大于100 mm后,其受弯承载力将不再提高;混凝土强度、钢梁间距及楼盖宽度不影响组合楼盖的延性。组合楼盖可简化为T形截面组合梁模型计算。     

箱板式钢结构住宅底部加强区的单片组合墙体有限元分析

提出一种既能承压又能抗剪的新型组合钢板墙,通过有限元软件ABAQUS分析其与普通钢板墙、带竖向加劲肋钢板墙在水平往复荷载作用下的承载力和滞回性能的异同点;着重分析螺栓间距、混凝土板厚度、钢板高厚比、钢板与混凝土板间隙和竖向荷载对组合墙承载力和滞回性能的影响。分析结果表明:组合钢板墙中加劲肋和混凝土板的存在有效抑制了钢板的平面外屈曲变形,提高了承载能力和滞回性能;螺栓间距越小,承载能力和滞回性能越好;混凝土板厚度越大,滞回性能越好;钢板高厚比越小,承载能力和滞回性能越好;钢板与混凝土板间隙对承载能力和滞回性能影响很小;竖向荷载越大,延性越差,耗能能力越强。     

冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖受弯承载力试验研究

通过对4个足尺比例冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖的受弯承载力进行单调静载试验研究,分析了压型钢板与冷弯薄壁型钢梁连接的螺钉间距和楼盖梁数量改变对组合楼盖极限承载力的影响及破坏机理。研究表明：在正常使用阶段,组合楼盖具有较高的承载力和较小的变形;减小螺钉间距和增加楼盖梁数量均能够提高组合楼盖的极限承载力。破坏模式主要表现为楼盖梁发生弯扭屈曲的同时,受压区翼缘、卷边及毗邻腹板出现相关屈曲破坏,屈曲波长为相邻螺钉间距;支座附近混凝土与压型钢板为脱离、掀起破坏;集中荷载作用点处楼盖梁为折曲破坏。采用考虑材料、几何和接触非线性ANSYS有限元程序对试验模型的受力性能进行了模拟,非线性有限元计算结果与试验结果吻合较好。在试验研究和有限元分析基础上,提出了组合楼盖的简化计算模型和理论计算方法。图14表8参9     

简支钢板-混凝土组合板抗弯承载性能的有限元分析

主要分析钢板-混凝土组合板各参数对简支组合板抗弯承载性能的影响。利用有限元软件ANSYS软件对4组影响钢板-混凝土组合板性能的主要参数进行了分析,包括栓钉间距、钢板厚度、剪跨比、试件的长宽比等。模拟了构件加载的全过程,并将其计算结果与采用截面分析法的计算结果作对比。分析结果表明,提高剪力连接程度可以使钢和混凝土的材料性能得到充分发挥;钢板厚度的增加会对抗弯承载力有不同程度的提高作用;加载点越靠近支座,组合板的长宽比越小,组合板的抗弯承载力越大。截面分析法对于分析完全剪力连接的钢板-混凝土组合板效果良好。     

冷弯型钢骨架墙体抗剪性能研究

在冷弯型钢骨架墙体抗剪模型得到试验充分验证的基础上,对影响墙体抗剪性能的8个因素进行了有限元参数分析。分析结果表明:墙体骨架壁厚、骨架屈服强度、立柱截面大小、竖向荷载大小的变化及一定范围内墙体高度的变化对墙体抗剪承载力影响不大;增加墙面板厚度可以有效地提高墙体抗剪承载力;在墙体尺寸等不变的情况下,立柱间距的减小有助于墙体抗剪承载力的提高;墙面板采用带肋钢板代替平钢板,在墙体抗剪承载力、墙板平面外鼓出量上均有很大的改进,并且随着肋高的增加,其抗剪承载力增加,墙板平面外鼓出量减小。     

改进型组合钢板剪力墙有限元分析与研究

为改进型组合钢板剪力墙设计了合理的有限元模型,对纯钢板和3种不同混凝土板厚度以及3种跨高比的组合墙进行了有限元对比模拟分析.结果表明：两侧混凝土板对组合墙的承载力影响不大但可提高其后期刚度,并可有效限制钢板的出平面屈曲;同时,随着跨高比的增大,结构整体承载力有所提高.在此基础上,比较了几组模型的抗剪承载力性能,以及预制墙板对其屈曲荷载的影响,并给予建议的简化模型.可以看出,改进型组合钢板剪力墙有较好的延性以及耗能性能,能充分利用材料的性能.     

格构柱式组合剪力墙受力性能有限元分析

基于格构柱式组合剪力墙的拟静力试验结果,利用ABAQUS软件建立格构柱式组合剪力墙三维实体单元模型,模型考虑混凝土塑性损伤和钢材强化,对剪力墙试件破坏形态及侧向力-位移曲线的有限元结果与试验结果进行对比;在此基础上建立有限元模型进行参数化分析,对轴压比、C型缀板竖向间距及横向间距与钢板厚度比值对格构柱式组合剪力墙承载力及钢板屈曲等的影响进行研究。研究结果表明:4个格构柱式组合剪力墙试件破坏形态、侧向力-位移曲线、峰值荷载有限元分析结果与试验结果吻合较好;峰值侧向力随轴压比的增大而降低;当轴压比不大于0.6、C型缀板间距与钢板厚度之比不超过40时,所有格构柱式组合剪力墙峰值侧向力有限元值均大于按全截面塑性理论计算的侧向承载力;建议格构柱式组合剪力墙中C型缀板间距与钢板厚度之比不超过40。     

胶合板覆面轻钢龙骨式组合墙体抗剪性能分析

为推广胶合板在低层轻钢龙骨房屋体系中的应用,本文利用有限元软件分析了胶合板覆面轻钢龙骨式组合墙体的抗剪性能。在建立有限元模型时,龙骨和面板分别选用三维梁单元和平面应力单元模拟,并考虑到材料非线性和几何非线性的影响,采用耦合双弹簧模型模拟自攻螺钉连接。基于胶合板-轻钢龙骨自攻螺钉连接性能,分析组合墙体在水平荷载作用下的抗剪承载力。通过对比分析,讨论胶合板厚度、自攻螺钉直径以及墙面板周边自攻螺钉间距对组合墙体抗剪性能的影响。分析结果表明:随着胶合板厚度增加、自攻螺钉直径加大、墙面板周边自攻螺钉间距加密,组合墙体的抗剪承载力明显增加。     

基于OpenSEES的陶粒混凝土钢板组合剪力墙受力性能分析

为研究陶粒混凝土钢板组合剪力墙的受力性能,采用OpenSEES有限元软件建立了陶粒混凝土钢板组合剪力墙的计算模型,并对比试验数据验证了模型的准确性;通过数值模拟,分析了轴压比、剪跨比、截面宽厚比及钢板厚度对陶粒混凝土钢板组合剪力墙受力性能的影响。结果表明:当轴压比小于0.4时,组合剪力墙承载力随轴压比增大而升高;随着剪跨比增加,承载力近线性降低,剪跨比小于2时,延性随剪跨比增大而提高;随着截面宽厚比降低,承载力线性提升;钢板厚度增大可以显著提高墙体水平承载力,端部方钢管的钢板厚度增加对水平承载力提高作用更为明显。     

开洞对冷弯薄壁管桁架组合墙体抗剪性能的影响研究

为了获悉开洞对冷弯薄壁管桁架组合墙体抗剪性能的影响,通过ABAQUS程序建立了冷弯薄壁管桁架组合墙体的有限元模型。研究参数为蒙皮效应、开洞位置和开洞率。计算模型采用塑性壳单元,考虑了几何非线性和材料非线性的影响,各部件的自攻螺钉连接采用点与点接触耦合模型模拟。通过与冷弯薄壁管桁架组合墙体试验的水平荷载-水平位移关系曲线和破坏模式的比较,验证了组合墙体有限元模型的准确性,揭示了开洞对冷弯薄壁管桁架组合墙体抗剪性能的影响。研究表明:冷弯薄壁管桁架组合墙体的抗剪性能与OSB板的蒙皮效应、墙体的开洞率和开洞位置有关;蒙皮效应越好,洞口面积越小,抗剪性能越好。     

新型装配式冷弯薄壁型钢组合楼板模块受弯性能试验研究

为提高现有组合楼板的加工效率和装配化程度,解决组合楼板结构中自攻螺钉连接工序多、效率低等问题,提出了一种基于锁铆连接的新型冷弯薄壁型钢桁架梁-压型钢板-混凝土组合楼板模块。为研究该楼板模块的受弯性能以及次梁间距、混凝土厚度和连接方式对其抗弯承载力、延性和刚度的影响,对6块足尺组合楼板模块试件进行了单调静载试验。试验结果表明:在正常使用阶段,组合楼板模块的变形很小,且远小于GB 50017—2017《钢结构设计标准》要求的限值;组合楼板模块破坏时具有较大塑性变形,说明其延性性能良好,主要表现为桁架梁锁铆连接的破坏、桁架梁弦杆的折曲破坏和楼板模块面板层混凝土的挤压破坏;次梁间距对组合楼板模块的延性和刚度影响较大,对其抗弯承载力影响较小;混凝土厚度和钢构件连接方式对组合楼板模块的抗弯承载力、延性和刚度均有显著影响。     

两边连接钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究及有限元分析

对两边连接钢板-混凝土组合剪力墙和两边连接钢板剪力墙进行了拟静力试验,研究了组合剪力墙在反复荷载作用下的力学性能,分析了混凝土板对组合剪力墙承载力和耗能能力的影响。采用有限元软件ANSYS分析了两边连接钢板-混凝土组合剪力墙的力学性能。研究结果表明：钢板剪力墙和组合剪力墙均表现出良好的延性;组合剪力墙中混凝土板的存在明显提高了其承载力和耗能能力,有效限制了钢板的平面外屈曲变形;在文中分析的参数范围内,当混凝土板厚度超过一定限值时能有效限制钢板的平面外变形,两边连接钢板 混凝土组合剪力墙的承载力主要与跨高比有关,随着跨高比的增加,组合剪力墙的承载力逐渐提高。