冷弯薄壁型钢组合墙体墙架柱的轴压性能试验研究

对冷弯薄壁型钢组合墙体墙架柱的轴压性能进行试验研究,分析是否覆墙面板、墙面板材料、自攻螺钉间距以及墙架柱间距等因素对墙架柱在竖向荷载作用下的稳定承载力的影响。6块足尺组合墙体试件的试验结果表明:墙架柱覆墙面板后,竖向荷载下的稳定承载力提高明显;纤维增强硅酸钙防火板(CSB板)约束的墙架柱较单面定向刨花板(OSB板)约束的墙架柱稳定承载力提高18.8%;墙面板为OSB板采用常规螺钉间距150mm和300mm时,螺钉间距改变对墙架柱稳定承载力影响微小,但当墙面板为CSB板时,螺钉间距由300mm加密至150mm,稳定承载力反而减小;墙架柱间距增大时,其稳定承载力略有降低。通过研究GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》与试验结果的对比,提出各组合墙体墙架柱计算长度系数的建议取值,同时提出通过对规范公式添加修正系数来考虑各种因素对墙架柱稳定承载力影响的设计方法。     

冷弯薄壁型钢组合墙体轴向承载力计算方法

冷弯薄壁型钢组合墙体是冷弯薄壁型钢住宅体系的主要竖向承重单元。冷弯薄壁型钢组合墙体进行轴向承载力计算时,当考虑罩面板支撑作用后,罩面板可以对龙骨柱提供一定的支撑能力。结合工程实例对组合墙体的轴向承载力进行验算,提出一种实用的冷弯薄壁型钢住宅体系竖向承重单元的分析和计算方法。     

冷弯薄壁型钢组合墙体轴向承载力计算方法

冷弯薄壁型钢组合墙体是冷弯薄壁型钢住宅体系的主要竖向承重单元.冷弯薄壁型钢组合墙体进行轴向承载力计算时,当考虑罩面板支撑作用后,罩面板可以对龙骨柱提供一定的支撑能力.结合工程实例对组合墙体的轴向承载力进行验算,提出一种实用的冷弯薄壁型钢住宅体系竖向承重单元的分析和计算方法.     

冷弯薄壁型钢结构受剪性能影响因素研究

采用了有限元法对冷弯薄壁型钢单榀墙架结构的进行受剪性能的分析。建立模型时同时考虑材料和几何非线性,采用弹塑性189梁单元,自攻螺栓采用耦合模型。通过改变已建立的有限元模型中墙架柱间距、墙架高宽比、自攻螺丝间距等影响墙架受剪性能的参数,得出结论:随着墙架柱间距增大、墙架高度增大、自攻螺栓间距增大整个墙架结构的受剪性能明显减小,在有"K"型支撑的高强薄壁型钢墙架结构中,合适的墙架柱间距、合适的墙架尺寸以及支撑体系,对墙架结构的受剪性能有很大的影响。     

冷弯薄壁型钢组合墙体的抗震性能研究

为了研究冷弯薄壁型钢组合墙体的抗震性能,对10块冷弯薄壁型钢组合墙体足尺模型进行水平低周反复荷载试验,总结各试件的主要破坏形态和破坏过程,分析组合墙体的滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性、刚度退化和耗能等抗震性能指标。并在回归分析试验所得滞回曲线的基础上,考虑试件刚度退化、滑移及捏拢效应等影响,建立冷弯薄壁型钢组合墙体的退化四线型恢复力模型。研究表明:墙面板材料特性对冷弯薄壁型钢结构组合墙体的抗剪承载力影响较大;竖向荷载的施加使得组合墙体的刚度增大、承载力提高、位移延性系数提高,但耗能系数略有下降;随着墙架柱尺寸的增大、间距的减少,组合墙体的刚度和承载力增加,但是延性和耗能系数降低。     

不同构造木、冷弯薄壁C型钢组合框架剪力墙受力性能的试验研究

由木规格材作为顶梁板和底梁板的冷弯薄壁型钢木结构是一种新型结构体系。通过对4组不同间距墙骨柱和不同间距自攻螺钉组成的冷弯薄壁型钢木框架组合剪力墙进行单向加载和反复加载试验,得到了该体系墙体的破坏形态、抗剪强度、抗侧刚度、荷载-位移等受力性能。试验结果表明：与标准构造的剪力墙相比,随着墙骨柱和边框架自攻螺钉间距的减小,剪力墙的抗剪强度和抗侧刚度提高;墙骨柱间距不同对剪力墙的影响大于自攻螺钉间距的影响。     

加斜撑冷弯薄壁型钢组合墙体的抗震性能（英文）

通过对竖向荷载作用下加斜撑冷弯薄壁型钢组合墙体的抗震性能试验研究,考察了墙体的受力特性、破坏模式和滞回性能,分析了覆面板对组合墙体滞回性能、延性和耗能能力的影响。结果表明:相同竖向荷载作用下,单面覆OSB板墙体较无面板墙体的抗剪承载力提高了38.79%;墙架柱轴压比为0.24较轴压比为0.16的单面覆OSB板组合墙体抗剪承载力提高了7.5%,屈服位移降低了8.1%,墙体延性系数μ提高了4.5%,耗能系数E提高了4.1%,加斜撑冷弯薄壁型钢组合墙体体现出较好的抗震性能。在对有限元模型可靠性进行验证的基础上,通过变参数分析考察了墙架柱轴压比、钢龙骨屈服强度对墙体受力性能的影响规律,结果表明:随墙架柱轴压比的增大,组合墙体的抗剪承载力有所提高;减小钢龙骨的屈服强度,组合墙体的抗剪承载力下降明显。依据《低层冷弯薄壁型钢房屋技术规程》(JGJ 227—2011)和美国规范AISI S400-15,推导出墙体的抗力分项系数,确定了水平地震作用下此类墙体的抗剪承载力设计值。     

带斜撑冷弯薄壁型钢墙体抗震性能试验

为了研究带斜撑冷弯薄壁型钢墙体的抗震性能,对4面冷弯薄壁型钢墙体足尺模型进行水平低周反复加载试验,考察斜撑、螺钉间距、端柱承载力对组合墙体抗震性能的影响,总结了各试件的破坏过程和主要破坏特征,分析了墙体的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和耗能等抗震性能指标。结果表明:增加斜撑能够有效提高冷弯薄壁型钢墙体承载力、刚度和耗能能力,但是斜撑和横撑连接节点比较薄弱,连接处横撑翼缘较早发生屈曲,使得斜撑对墙体抗侧性能的提高有限,如果能加强节点区构造,则墙体的抗侧性能能够进一步提升;墙面板周边螺钉间距50 mm的墙体相对于螺钉间距100 mm的墙体承载力、刚度和耗能能力提高较大,但延性有所下降;在墙面板周边螺钉间距50 mm的情况下,对端柱进行了加强,延性和耗能能力却下降明显,说明墙面板的整体性对墙体抗侧性能影响较大;在减小螺钉间距的同时,需要对面板拼接处进行加强或改变拼接方式,防止面板相互挤压而导致脆性破坏。     

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。     

冷弯薄壁型钢门式刚架极限承载力影响因素

为研究冷弯薄壁型钢门式刚架极限承载力,提出梁-弹簧单元模拟冷弯薄壁型钢门式刚架节点工作性能和考虑构件初始几何缺陷影响的有限元模拟分析法,研究冷弯薄壁型钢门式刚架在竖向荷载作用下的变形性能及破坏特征。对已有冷弯薄壁型钢门式刚架试验模型进行模拟分析的结果显示,有限元计算结果与试验结果吻合较好。通过改变构件的腹板厚度和翼缘宽度、节点板厚度、刚架梁坡度、柱脚刚度等因素计算刚架极限承载力,计算结果表明,增大前述各个参数值均可以提高冷弯薄壁型钢门式刚架的极限承载力。     

An experimental study on the axial behaviour of cold-formed steel wall studs and panels

A full-scale experimental study on the structural performance of load-bearing wall panels made of cold-formed steel frames and boards is presented. Six different types of C-channel stud, a total of 20 panels with one middle stud and 10 panels with two middle studs were tested under vertical compression until failure. The measured stud failure load agrees well with analytical prediction. The load carrying capacity of a stud increases significantly when one- or two-side sheathing is used, although the latter is more effective. It is also dependent upon the type of board used. Whereas panels with either OSB (orient strand board) or CPB (cement particle board) sheathing have nearly identical load carrying capacity, panels with CSB (calcium silicate board) sheathing are considerably weaker. Screw spacing affects the load carrying capacity of a stud. When the screw spacing on the middle stud in panels with one-side sheathing is reduced from 600 to 300 mm, the stud load carrying capacity increases by 14.5, 20.6 and 94.2% for OSB, CPB and CSB sheathing, respectively.     

高强冷弯薄壁型钢墙体骨架立柱轴压性能试验及有限元分析

通过对10根550MPa高强冷弯薄壁型钢墙体骨架立柱的足尺轴压试验,得到立柱的极限承载力和破坏模式,并在试验的基础上建立墙体骨架立柱有限元分析模型。在有限元分析模型的正确性得到试验充分验证的情况下,对高强冷弯薄壁型钢墙体骨架立柱进行参数分析,分析结果表明:自攻螺钉直径的变化、采用两个螺钉连接立柱与导轨、导轨厚度和屈服强度的变化以及改变墙体骨架立柱间距均对墙体骨架立柱的轴压承载力没有显著影响;在墙体骨架两侧设置柔性拉条对立柱轴压承载力的提高很有帮助,拉条间距小于1/4柱高后承载力提高幅度不大。     

四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱轴压性能试验研究及数值分析

对不同长细比的8根四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱的轴压性能进行试验研究,在试验研究的基础上建立考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型,并通过对试验试件的数值模拟,验证有限元方法的正确性。采用数值方法分析长细比、连接螺钉间距、截面翼缘宽厚比对四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱轴压性能的影响。结果表明:试件最终破坏均呈现局部屈曲和畸变屈曲的破坏模式;四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱的轴压性能具有"1×4≥4"的拼合效应;随着长细比的增大,四肢拼合立柱的最大承载力和刚度逐渐降低;当螺钉间距在150～450mm之间变化时,四肢拼合立柱的最大承载力和刚度变化不大;减小四肢拼合立柱截面的翼缘宽厚比,可以显著提高其最大承载力。     

Axial load capacity of cold-formed steel wall stud with sheathing

A cold-formed steel wall panel consists of a cold-formed steel frame and sheathing on one or two sides, the latter attached to the frame by self-driving screws. It is observed during tests that the axial behaviour of a wall stud in the panel is significantly different from that of an individual stud. This paper presents an analytical model for predicting the axial failure load of the wall stud with sheathing. The sheathing is simplified as continuous elastic support to the stud. The spring stiffness of the elastic support is calculated by analytical and finite element methods. The predicted results are compared with measurements from full-scale tests. For the range of parameters considered, it is found that: (a) the Poisson ratio of the sheathing material as well as screw spacing have negligibly small influence on panel failure load; (b) the elastic modulus of the sheathing material has a significant influence on the failure load, only if it is smaller than 1000 N/mm²; (c) although in general the thickness of sheathing affects the stud failure load, thinner sheathing may be used without changing the stud load capacity considerably; (d) stud spacing has moderate influence on stud failure load. The results presented in this paper can be used to guide practical wall panel designs.     

新型冷弯薄壁型钢墙体立柱轴压性能试验研究

提出一种在冷弯薄壁型钢骨架中放置聚苯乙烯泡沫板,并在骨架外侧喷涂轻质保温物料的新型轻质组合墙体。通过对1根无墙板的冷弯薄壁型钢立柱和2根新型冷弯薄壁型钢墙体立柱的轴压性能进行足尺试验,研究其受力过程、承载能力和破坏模式,并将试验结果与按规范公式计算的极限承载力进行对比分析。研究结果表明:无墙板立柱的破坏模式为构件的整体屈曲;新型冷弯薄壁型钢墙体立柱的破坏现象为柱顶截面的局部受压屈服,保温物料对立柱的支承作用使新型墙体立柱的承载能力显著提高。按照规范中关于轴心受压杆件的强度和稳定计算公式得出的极限承载力与试验的破坏荷载较为吻合。     

超薄壁冷弯型钢矩形截面钢管墙架柱-楼层梁连接抗震性能试验研究

冷弯薄壁型钢结构的墙架柱与楼层梁连接构成空间受力体系,考虑柱的轴压比和楼层连接处不同构造方式,对3组共6个矩形截面镀锌钢管墙架柱与楼层梁的连接试件进行了低周往复加载试验。研究结果表明：墙架柱的轴压比从0.2增加到0.4时,规程JGJ 227-2011推荐的连接构造试件的屈服、极限和破坏荷载较角钢加强型连接构造试件均降低约20%,但对角钢加强型连接影响较小;所有连接均发生延性破坏,极限状态时墙架柱损伤很小;柱轴压比对延性、耗能能力均有一定的影响,因此将未加强的连接用于多层房屋结构时,要引起足够重视;在角钢加强型连接中,角钢厚度对连接试件的承载力影响显著,故建议对多层冷弯薄壁型钢房屋中的墙架柱与梁连接,采用厚t≥2 mm的角钢,与规程JGJ 227-2011推荐的连接方式相比,其承载力明显提高,累积耗能能力及屈服耗能能力均较强,破坏前试验所经历的荷载循环级数增加。     

冷弯薄壁型钢四肢拼合箱形柱偏压受力性能试验研究与数值分析

对冷弯薄壁型钢四肢拼合箱形截面立柱进行轴压和偏压试验研究,得到各试件的荷载-位移曲线和极限承 载力,详细分析了试件的屈曲模式和破坏特征。建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型对试验试件进 行模拟分析,两者吻合较好,验证了有限元方法的正确性。进而采用数值方法分析了构件长细比、螺钉间距和位 置、偏心距和偏心方向对该类拼合立柱偏压受力性能的影响。结果表明：双向刀铰支座可以很好的实现铰接;螺 钉间距为300mm时,拼合柱各肢整体协同工作性能良好;轴压和绕弱轴偏压试件最终破坏模式均为绕弱轴整体弯 曲,绕强轴偏压时,试件破坏模式为弯扭失稳,但扭转不明显;拼合柱的偏压极限承载力和刚度随长细比和偏心 距的增大而降低;偏心距相同时,拼合柱绕强轴偏压的极限承载力和刚度比绕弱轴偏压略高。