喷涂保温材料冷弯薄壁型钢组合墙体抗震性能试验研究

喷涂保温材料冷弯薄壁型钢组合墙体是在冷弯薄壁型钢骨架区格内设置聚苯乙烯泡沫板,并在骨架外侧喷涂轻质保温材料制成。通过对1个冷弯薄壁型钢骨架试件和2个喷涂保温材料冷弯薄壁型钢组合墙体试件的低周反复加载试验,分析了试件的受力过程和破坏形态,研究了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载能力、抗侧刚度以及延性等力学特征,并将试验结果与已有的两侧挂板冷弯薄壁型钢组合墙体的试验数据进行了对比分析。研究结果表明：冷弯薄壁型钢骨架的节点刚度较弱,承载能力较低,不宜单独作为抗侧力构件;与两侧挂板冷弯薄壁型钢组合墙体相比,轻质保温材料的连续喷涂使得组合墙体更具整体性,其承载能力和抗侧刚度显著增加,并具有良好的抗震性能。     

喷涂保温材料-原竹骨架组合墙体抗震性能研究

喷涂保温材料-原竹骨架组合墙体是在原竹骨架外喷涂轻质保温材料制成。通过对喷涂保温材料-原竹骨架组合墙体试件进行低周反复加载试验,分析了试件的受力过程和破坏形态,研究了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载能力、抗侧刚度及延性等抗震性能,并通过有限元分析比较了组合墙体和原竹骨架的抗侧承载能力,最后将试验结果与已有喷涂保温材料-冷弯薄壁型钢组合墙体的试验数据进行了对比分析。结果表明：喷涂保温材料-原竹骨架组合墙体具有较高的受剪承载力、抗侧刚度以及良好的抗震性能;组合墙体的抗侧承载能力为原竹骨架的2.9倍;与喷涂保温材料-冷弯薄壁型钢组合墙体相比,喷涂保温材料-原竹骨架组合墙体受剪承载力和抗侧刚度略有降低,但该组合墙体同样具有一定的推广价值。     

喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪性能试验研究

对4个喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体足尺试件进行低周反复加载试验,研究型钢骨架类型和立柱轴压比对墙体抗剪性能的影响,分析试件的受力过程和破坏模式,对试件的承载能力、抗侧刚度、延性、刚度退化以及承载力退化等力学特征进行研究;并对喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪承载力设计值的确定进行初步探讨。研究结果表明:墙体的主要破坏模式为边立柱底部的局部受压屈曲和型钢骨架与两侧轻质砂浆之间的滑移失效;斜撑对墙体的抗侧刚度影响较小,对斜撑节点进行加强可以提高墙体的抗剪承载力;增加立柱轴压比将提高墙体的抗侧刚度,但承载能力和延性有所降低。采用"等安全系数"原则,基于试验数据初步确定喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体在多遇水平地震作用下的抗剪承载力设计值。     

喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体立柱压弯性能研究

喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体是在冷弯薄壁型钢骨架区格间放置聚苯乙烯泡沫板,并在骨架外侧喷涂轻质砂浆制成。通过对3个喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体的压弯性能进行足尺试验,研究其受力过程、承载能力和破坏模式。结果表明:喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体的破坏现象为立柱中截面的受拉翼缘屈服;轻质砂浆对立柱的支承作用使立柱承载能力和抗弯刚度显著增加,并具有良好的压弯性能。采用考虑材料、几何和接触非线性的ANSYS有限元程序,对试验模型的受力性能进行模拟,非线性有限元模拟结果与试验结果吻合较好。以简支T形截面组合立柱作为计算模型,提出了考虑砂浆与立柱之间黏结滑移效应的组合立柱截面压弯强度计算式,采用有限元计算值和试验值对所给出的公式进行验证,结果较为吻合。     

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。     

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。     

冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构的抗震性能,对冷弯薄壁型钢边柱内置薄钢板剪力墙进行低周往复加载试验,对比不同边柱截面厚度及截面形式对其抗震性能的影响。试验中得到了冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、荷载及位移特征值,并对结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载力及刚度退化进行分析。结果表明:冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙具有良好的抗震性能;增加边柱截面厚度及选用帽形边柱均可提高剪力墙的承载力、刚度及耗能性能。计算3个试件受剪承载力设计值和弹性抗侧刚度,其值均高于常用冷弯薄壁组合墙体的;结合破坏特征提出冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙3个受力阶段;边柱对剪力墙破坏起控制因素,工程设计中应保证边柱承载能力,宜采用"强边柱、弱钢板"的设计理念。     

装配式冷弯薄壁型钢-轻质混凝土组合剪力墙抗震性能研究

为了进一步提升填充泡沫混凝土-冷弯薄壁型钢组合墙体的抗震性能,提出了一种装配式冷弯薄壁型钢-轻质混凝土组合剪力墙,由内填充自密实轻质混凝土的矩形冷弯型钢端立柱、高强泡沫混凝土填充冷弯型钢墙单元、双层墙面板等组成。通过4片冷弯薄壁型钢-轻质混凝土剪力墙足尺试件的低周反复加载试验,研究了增强端立柱、双拼内立柱和立柱开孔数量对剪力墙破坏模式、承载力与抗侧刚度、变形与延性、刚度与承载力退化、耗能能力等抗震性能的影响。试验结果表明：剪力墙破坏模式呈现墙面板与泡沫混凝土交叉裂缝的剪切破坏特征,其弹塑性阶段的侧向变形为剪切型变形,峰值阶段时位移角为1/62～1/45;采用内填自密实混凝土的矩形端立柱和内立柱能抑制墙体立柱局部屈曲破坏,并显著提高墙体承载力和刚度;增加立柱腹板开孔数量能避免立柱与混凝土间的界面黏结滑移,提高了墙体承载力、刚度和耗能能力,并延缓了承载力与刚度退化。基于承载力叠加原理,提出了该类剪力墙的受剪承载力计算公式,计算结果与试验结果符合较好。     

冷弯薄壁型钢组合楼盖抗剪性能试验研究

为了研究冷弯薄壁型钢组合楼盖抗剪性能,进行了1个冷弯薄壁C型钢—压型钢板混凝土组合楼盖、3个冷弯薄壁C型钢桁架—压型钢板混凝土组合楼盖和1个冷弯薄壁C型钢桁架—ALC板组合楼盖试件的抗剪性能试验。详细考察了组合楼盖在低周反复荷载作用下的应变分布规律和破坏形式,分析了组合楼盖的滞回曲线、骨架曲线、荷载强度退化、刚度退化。试验研究表明:采用冷弯薄壁C型钢梁组合楼盖的抗剪极限承载力要高于采用冷弯薄壁C型钢桁架梁组合楼盖;抗剪件在一定程度上可以提高组合楼盖的抗剪承载力。     

带刚性斜撑的冷弯薄壁型钢剪力墙抗侧性能试验研究

对3片足尺镁晶板覆面的带刚性斜撑的冷弯薄壁型钢剪力墙进行水平单调和低周往复加载试验,以测试该种冷弯薄壁型钢剪力墙的抗侧性能.通过试验观测了该种剪力墙的破坏过程,获得了墙体的单调荷载-位移曲线、滞回曲线及骨架曲线,并对结构的延性、耗能能力、抗剪承载力、刚度退化及破坏特征进行分析.试验结果表明:边柱屈曲后墙体的刚度迅速降低,墙板在接缝处以及边柱处逐渐与骨架分离,标志着试件发生破坏.在实际工程中,此种墙体应使用与边柱刚度相适配的抗拔件,采用整面覆板并加强接缝处及边柱上的螺钉连接.最后,将试验结果与其他文献中剪力墙的力学性能进行对比,结果表明,试验墙体在保证具有较高抗侧承载力的情况下仍具有较好的延性及耗能性能.     

带刚性斜撑的冷弯薄壁型钢剪力墙抗侧性能试验研究

对3片足尺镁晶板覆面的带刚性斜撑的冷弯薄壁型钢剪力墙进行水平单调和低周往复加载试验,以测试该种冷弯薄壁型钢剪力墙的抗侧性能.通过试验观测了该种剪力墙的破坏过程,获得了墙体的单调荷载-位移曲线、滞回曲线及骨架曲线,并对结构的延性、耗能能力、抗剪承载力、刚度退化及破坏特征进行分析.试验结果表明:边柱屈曲后墙体的刚度迅速降低,墙板在接缝处以及边柱处逐渐与骨架分离,标志着试件发生破坏.在实际工程中,此种墙体应使用与边柱刚度相适配的抗拔件,采用整面覆板并加强接缝处及边柱上的螺钉连接.最后,将试验结果与其他文献中剪力墙的力学性能进行对比,结果表明,试验墙体在保证具有较高抗侧承载力的情况下仍具有较好的延性及耗能性能.     

喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪性能有限元分析

基于ANSYS有限元软件,介绍了喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体的建模过程,并将计算结果与试验数据进行了对比。分析了墙体高宽比、钢材的屈服强度、立柱壁厚及立柱间距等参数对组合墙体抗剪性能的影响。研究表明:减小墙体高宽比、提高钢材的屈服强度、增加边立柱壁厚和减小竖向荷载可以提高组合墙体的抗剪承载力,但对墙体的抗侧刚度影响较小;立柱间距和刚性横撑的设置对抗剪性能影响较小;轻质砂浆厚度从20 mm增加到50 mm,其墙体的抗剪承载力和抗侧刚度分别为原来的1.29倍和2.15倍。     

预制冷弯薄壁型钢-轻聚合物复合墙体抗弯性能试验研究

研究了一种新型预制冷弯薄壁型钢-轻聚合物复合墙体,即在冷弯薄壁型钢骨架内部喷涂轻聚合物填料,并在墙体一侧喷涂轻聚合物保温层,在另一侧拼装石膏板或水泥纤维板。进行了4个足尺预制冷弯薄壁型钢-轻聚合物复合墙体的抗弯性能试验,详细考察了墙体在均布荷载作用下的破坏模式和应变分布规律,研究了墙体抗弯承载力和荷载-挠度曲线。试验研究表明,预制冷弯薄壁型钢-轻聚合物复合墙体具有良好的抗弯承载力,其抗弯承载力为自重的10.71~19.14倍;内部填料类型和墙面板类型对复合墙体抗弯承载力和挠度有一定影响。研究结果将为预制冷弯薄壁型钢-轻聚合物复合墙体的设计和应用提供参考依据。     

轻质脱硫石膏改性材料填充冷弯型钢组合墙体抗震性能试验研究

为研究轻质脱硫石膏改性材料填充冷弯型钢组合墙体的抗震性能,对5片轻质脱硫石膏改性材料填充冷弯型钢组合墙体的足尺试件进行低周反复加载试验。研究该类墙体的破坏机理、承载力及抗侧刚度、滞回性能、延性及变形、耗能性能等。试验结果表明：填充墙体内填石膏分块形成斜向受压带,发挥其抗侧力功能,最终以各块填充物与墙架立柱之间的黏结滑移破坏以及轻质石膏块角部的受压破坏为主要破坏特征;较空腔墙体,填充墙体的受剪承载力和抗侧刚度均有大幅度提高,受剪承载力提高了55%~88%,抗侧刚度提高了142%~217%;随着填充材料强度的提高,墙体的抗侧刚度和受剪承载力逐步提高,但其提高幅度低于材料强度的提高幅度。     

冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪性能试验研究

对7块3m×2.4m(高×宽)冷弯薄壁型钢组合墙体足尺试件进行水平单调和低周反复加载试验,研究了墙面板材料、加载方式以及墙体开洞口等因素对冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪性能的影响,得到了各类组合墙体的破坏特征、承载能力、刚度、延性以及耗能系数等。试验结果表明:墙面板材料性能对冷弯薄壁型钢组合墙体的抗剪承载力影响较大,单面硅酸钙板(CSB板)组合墙体的抗剪承载力约为单面定向刨花板(OSB板)组合墙体的1.3倍,但延性不及单面OSB板组合墙体;加载方式对组合墙体的抗剪承载力影响明显,单调加载组合墙体的抗剪承载力比低周反复加载组合墙体的高约13%;墙体开洞大小影响组合墙体的抗剪承载力,当构造相同时,墙体开洞率越大,墙体抗剪承载力越小。     

LQ550高强冷弯薄壁型钢组合墙体受剪性能试验研究

为研究OSB板和水泥纤维板作为LQ550高强冷弯薄壁型钢组合墙体结构面板时的受力性能,进行7个不同结构面板的LQ550高强冷弯薄壁型钢组合墙体试件的水平单调加载和低周反复加载试验研究,分析了组合墙体的受剪承载力、延性系数、耗能系数等。结果表明：面板拼缝是组合墙体的薄弱部位;在水平接缝处设置宽而完整钢衬板的墙体试件具有较高的受剪承载力和抗侧刚度;单面水泥纤维板单调加载时比低周反复加载时承载力提高约8.79%~12.27%,其受剪承载力较低,但屈服前试件基本完好;对于双面板墙体试件,无论在单调加载还是反复加载时,其承载力、抗侧刚度约为各单面板试件相应指标之和。低周反复加载试件的耗能系数基本接近。     

钢带加强螺钉孔型冷弯型钢组合墙体抗震性能

为研究钢带加强螺钉孔对冷弯型钢组合墙体抗震性能的影响,对3个冷弯型钢组合墙体足尺试件进行低周反复加载试验,分析该加强形式对冷弯型钢组合墙体的破坏模式、侧向刚度、承载能力、延性以及耗能性能的影响。同时采用有限元软件OpenSEES对墙体进行数值分析。结果表明:钢带加强螺钉孔型冷弯型钢组合墙体的破坏形式仍然为螺钉连接失效和板缝滑移,钢带能够使覆面板的螺钉连接处得到加强,从而提高组合墙体的抗侧刚度和受剪承载力; 与螺钉孔未进行钢带加强的墙体试件(HS-140-A)相比,2个加强式的组合墙体试件(HS-140-B,HS-140-C)受剪承载力分别提高了32.5%,58.1%,抗侧刚度分别提高了31.7%,59.3%; 螺钉孔由钢带加强后,墙体试件的耗能性能显著提升; 3个试件的延性系数均大于8,呈现出良好的变形能力; 有限元模型能反映螺钉连接非线性行为对墙体滞回性能的影响,有限元分析结果与试验结果的相对误差控制在10%以内,模型具有较好的精度。     

冷弯型钢骨架墙体抗侧移刚度计算方法研究

为了获得冷弯型钢骨架墙体抗侧移刚度实用计算公式,将墙体墙面板等效为拉压斜杆,并基于其他一些基本假定提出了冷弯型钢骨架墙体抗侧移刚度简化计算模型,在弹性分析的基础上得到了墙体抗侧移刚度理论计算公式,并结合试验数据和有限元分析结果进行了弹塑性修正,得到单面覆石膏板墙体、单面覆OSB板墙体、单面覆带肋钢板墙体在水平风荷载、水平多遇、水平罕遇地震作用下抗侧移刚度实用计算公式,墙体抗侧移刚度实用计算公式计算结果与试验、有限元分析结果吻合较好。同时,提供了冷弯型钢骨架墙体抗侧移刚度实用计算公式应用算例,以供设计参考。     

轻质脱硫石膏改性材料填充冷弯型钢组合墙体抗震性能试验研究

为研究轻质脱硫石膏改性材料填充冷弯型钢组合墙体的抗震性能,对5片轻质脱硫石膏改性材料填充冷弯型钢组合墙体的足尺试件进行低周反复加载试验。研究该类墙体的破坏机理、承载力及抗侧刚度、滞回性能、延性及变形、耗能性能等。试验结果表明:填充墙体内填石膏分块形成斜向受压带,发挥其抗侧力功能,最终以各块填充物与墙架立柱之间的黏结滑移破坏以及轻质石膏块角部的受压破坏为主要破坏特征;较空腔墙体,填充墙体的受剪承载力和抗侧刚度均有大幅度提高,受剪承载力提高了55%～88%,抗侧刚度提高了142%～217%;随着填充材料强度的提高,墙体的抗侧刚度和受剪承载力逐步提高,但其提高幅度低于材料强度的提高幅度。     

新型冷弯薄壁型钢结构钢皮剪力墙抗侧性能研究

随着钢结构住宅层数的增加,传统冷弯薄壁型钢墙体已经无法适用于越来越多的多高层钢结构住宅。为此,研发了新型钢皮组合墙体。为了研究新型墙体相对于传统冷弯薄壁型钢结构组合墙体在抗侧性能上的优越性,对石膏板+钢皮的新型冷弯薄壁型钢结构复合钢皮剪力墙进行了拟静力抗震性能研究。对2片足尺组合墙试件进行了无竖向力作用下的水平单调加载,得到了试件的破坏特征、承载能力、位移、抗剪强度、抗侧刚度以及延性系数等特征参数。采用ABAQUS对水平单调加载下的组合墙体进行数值模拟研究,并将模拟结果与试验结果进行对比。研究结果表明:1)增加轻钢龙骨的厚度可以明显提升墙体的承载力、刚度以及延性。2)组合墙试件的破坏类型分为脆性破坏和延性破坏。脆性破坏是由墙体边立柱受压屈曲导致,破坏过程耗能较少。延性破坏发生在墙体面板以及自攻螺钉连接处,破坏过程耗能较多。3)轻钢龙骨厚度与墙板钢皮总厚度的比值对组合墙试件的破坏模式起着控制作用。在墙体设计中,应保证龙骨的壁厚(或对边柱进行适当加强),合理设计钢皮的厚度,使其成为延性破坏构件。4)有限元模拟结果与试验结果误差相对较小,模拟破坏现象和试验实际破坏特征也基本符合。