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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

冷弯薄壁型钢四肢拼合立柱轴压承载力设计方法

建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型,在对冷弯薄壁型钢四肢拼舍截面立柱的轴压性能试验试件进行模拟分析,验证有限元方法正确性的基础上,对考虑长细比、截面翼缘宽厚比等因素的一系列试件进行了数值分析,并得到其轴压承载力.在相关规范“有效宽度法”和“直接强度法”的基础上,提出了冷弯薄壁型钢四肢拼合截面立柱轴压承载力的设...     

考虑实际端部约束的冷弯薄壁型钢立柱轴压性能研究

运用ANSYS建立了冷弯薄壁型钢龙骨立柱轴压有限元模型,模型通过理论解以及已有试验结果进行了验证。将考虑导轨端部约束的有限元模拟结果与AISI设计结果进行对比,发现:美国AISI规范不考虑导轨对立柱的端部约束作用,将该连接方式简化为铰接,结果偏于保守。通过对254个有限元算例进行迭代优化,将考虑导轨端部约束的冷弯薄壁型钢轴压立柱的整体失稳计算长度系数取值为0.656。将该修正系数代入AISI设计规范,得到的承载力与有限元结果吻合良好,提高了设计公式的准确性。     

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。     

填充石膏基复合材料的冷弯型钢组合墙体轴压性能试验研究

为研究填充石膏基复合材料冷弯型钢组合墙体的轴压性能,对2片无填料墙体和5片带填料的冷弯型钢组合墙体足尺试件进行轴向加载试验。研究填充材料对于冷弯型钢组合墙体的破坏模式、轴力-位移曲线、轴力-应变曲线、轴压刚度和轴压承载力的影响。试验结果表明:无填料墙体试件的破坏模式为立柱局部屈曲,并最终在立柱端部发生压溃破坏;有填料墙体试件则表现为截面强度破坏;较无填料墙体试件,有填料墙体试件的轴压承载力提高了1.88~2.99倍;当填充墙体试件的轴压荷载达到峰值时,被填料包裹的冷弯型钢立柱接近或达到屈服状态;随着填充材料强度和密度的提高,墙体试件的轴压承载力逐步提高。     

高强冷弯薄壁型钢骨架带交叉支撑墙体抗剪性能研究

对无竖向力水平单调加载和有竖向力低周反复加载两种加载方式下的2榀高强冷弯型钢骨架带交叉支撑墙体抗剪性能进行足尺试件试验研究。在单调加载墙体模型得到试验充分验证的基础上,对影响墙体抗剪性能的5个因素进行有限元参数分析。分析结果表明:立柱间距、交叉支撑截面对墙体抗剪承载力影响较小;随立柱截面尺寸的增大,墙体抗剪承载力增加;随竖向荷载值的增加,墙体抗剪承载力降低;单面设置交叉支撑墙体比双面设置交叉支撑墙体的承载力降低幅度较大。     

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。     

竖向荷载作用下冷弯薄壁型钢墙架柱的承载力

采用有限元法对冷弯薄壁型钢住宅墙架柱在竖向荷载作用下的承载力进行了分析。通过对不带墙板墙架柱和一面石膏板、一面定向刨花板墙架柱试验试件在竖向荷载作用下的承载力、破坏模式和变形分析,验证了有限元法的正确性。采用有限元法分析了墙板厚度、柱间距、螺钉间距等参数对墙架柱承载力的影响。结果表明,当墙板厚度在11 mm以上时,增大墙板厚度不能提高墙架柱的轴向承载力;当墙架柱间距由400 mm增大到600 mm时,轴向承载力略有提高;当中间螺钉间距大于600 mm时,减小螺钉间距可显著提高墙架柱轴向承载力;当中间螺钉间距小于600 mm时,继续减小螺钉间距对轴向承载力的提高不明显。分析了冷弯薄壁型钢住宅中常用墙架柱在竖向荷载作用下的承载力,给出了这种墙架柱轴向承载力的设计建议。     

冷弯薄壁背靠式组合受弯构件数值模型中栓钉模拟方法的研究

本文主要对栓钉连接的冷弯薄壁背靠式组合受弯构件进行了可靠的有限元建模,为新型组合构件的静、动力分析做准备。首先运用ANSYS有限元软件,采用壳单元Shell181,建立了构件的有限元计算模型,并通过算例比较给出了组合受弯构件栓钉的最优模拟方法一直接耦合法。其次,进行了11组不同栓钉间距构件的有限元分析计算,得到了栓钉间距对组合构件极限状态的影响规律,并给出经济合理的栓钉间距为200mm。最后将有限元模型试算结果与已有构件试验进行对比分析后,验证了模型的可靠性。     

低层冷弯型钢房屋墙体立柱承载力试验研究

轻钢立柱墙体是低层冷弯型钢建筑中一种新型的墙体结构形式 ,对轻钢立柱墙体中主要承力构件C型截面立柱试件进行了轴心承载力性能试验研究。墙体立柱试件分不带墙板和带墙板两类 ,通过对 1∶1模型试件试验结果得出 :考虑墙板支承效应可大大提高立柱屈曲承载能力 ,还给出了不带墙板和带墙板立柱轴心受压屈曲承载力的计算建议方法     

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。     

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.     

不同构造内置钢板-混凝土组合剪力墙轴压性能试验研究

为研究在高轴压比下内置钢板 混凝土组合剪力墙中钢板与混凝土墙体的协同工作性能,以北京中国尊大厦核心筒剪-力墙为原型,进行了4个1/4缩尺的内置钢板混凝土组合剪力墙轴压性能试验。4个试件的几何尺寸相同,区别在于钢板与混凝土连接构造不同。采用单向重复加载方法,分析了各试件的承载力、刚度退化、应力分布、变形能力等,进行了轴压承载力计算。结果表明：各试件达到极限承载能力时,钢板轴力分担比率在25%~32%之间,内置钢板的抗压能力得到发挥;与无拉结钢筋、无栓钉的试件相比,钢板中部设置长栓钉的试件承载力提高23.6%,轴向变形提高22.6%,刚度退化减缓17.42%,钢板与混凝土协同工作性能好;采用强度叠加理论进行内置钢板-混凝土组合剪力墙轴压承载力计算,试验结果与计算值吻合良好。     

冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件承载力计算的折减强度法

为了研究冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件的极限承载力,对15根轴心受压的冷弯薄壁卷边槽钢进行了破坏性试验,并采用有限元分析方法对试件进行模拟分析,有限元计算结果与试验结果吻合良好,验证了有限元方法的有效性,然后对典型截面构件进行大量的有限元参数分析。研究结果表明：冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件的极限承载力随着构件翼缘宽厚比、腹板高厚比、长细比以及钢材强度的增大而减小。通过参数分析得到了考虑局部屈曲、整体屈曲和畸变屈曲影响的构件屈服强度折减系数,提出了冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件承载力计算的折减强度法及其相应计算公式,且通过试验验证了本文折减强度法计算卷边槽钢轴心受压构件极限承载力的适用性。