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。     

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。     

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。     

双片OSB覆面冷弯薄壁型钢墙体滞回性能研究

为了研究墙体构造对双片OSB覆面冷弯薄壁型钢墙体滞回性能的影响,进行了单调和低周反复荷载下6个冷弯薄壁型钢墙体的试验研究,分析了边梁、石膏板及副龙骨等参数对墙体抗剪承载力、滞回性能及延性的影响,试验结果表明：边梁的存在使墙体承载力提高了12%左右;内侧添加石膏板使组合墙的初始刚度提高了20%左右,但对延性比和极限承载力对应位移影响较小,说明试件荷载-位移曲线下降段的力学性能主要是依靠更强的OSB和冷弯型钢框架的连接;减小副龙骨的厚度和强度会降低组合墙的承载力、初始刚度及极限承载力对应位移。试件破坏集中在组合墙边立柱下部的1/3处、底部导轨及垂直板缝处,未见副龙骨局部屈曲破坏;试件破坏模式为螺钉左右倾斜并拔出OSB,组合墙角部出现螺钉剪断及OSB被撕裂。试件滞回曲线呈“捏缩”状,荷载-位移曲线下降段的承载力衰减和刚度退化明显,且耗能较低。     

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。     

弯薄壁型钢结构住宅组合墙体抗剪承载力有限元分析

文章对水平单调加载方式下单面石膏板、单面OSB板、双面覆板(石膏板+OSB板)三类组合墙体的抗剪承载力进行有限元分析,研究墙架柱间距、自攻螺钉间距、蒙皮板等因素对组合墙体抗剪承载力的影响。分析结果表明:蒙皮板对墙体抗剪承载力影响显著;随着墙架柱间距缩小、自攻螺钉间距减小墙体抗剪承载力明显增加。     

不同波形的波纹钢板覆面冷弯型钢剪力墙有限元研究

为了将冷弯型钢结构推广到中高层建筑领域,对波纹钢板覆面冷弯型钢墙体的试验研究现状进行了回顾,总结了基于ABAQUS的覆面冷弯型钢组合墙有限元研究方法;通过ABAQUS对3种波形的波纹钢板覆面组合墙进行了数值模拟,研究了波纹钢板波形和自攻螺钉布置方案对墙体抗剪性能的影响.结果表明:当面板自攻螺钉间距沿墙体四周约为150 mm布置时,肋高为5 mm的波纹钢板覆面墙体表现出更好的抗剪性能;螺钉间距加密至75 mm布置时,肋高为15 mm的波纹钢板覆面墙体表现出较高的抗剪承载力和初始刚度,但峰值点后强度退化迅速,表现出较差的延性.     

磷石膏填充冷弯薄壁方钢管墙体轴压性能试验研究

为提升冷弯薄壁型钢(CFS)墙体的轴压性能，提出在CFS墙体中填充磷石膏的构造措施。以磷石膏填充区域及有无覆板为变化参数，设计制作了4片全尺寸试验试件，通过轴向加载试验，阐述了试件的破坏过程，分析了各墙体的破坏模式、轴力-位移曲线、应变曲线及承载力等。试验结果表明：试件破坏主要为方钢管墙架柱局部压溃破坏、墙面板破裂、磷石膏压溃，底导轨变形等；与空腔墙体试件相比，仅在墙架柱中填充磷石膏的覆板墙体承载力提升了37.4%,在墙架柱内与柱间均填充磷石膏的覆板墙体承载力提升了115.7%,表明磷石膏的填充可有效提升CFS墙体的轴压承载力；有无覆板墙体对比表明墙面板对竖向承载力略有影响。此外，还提出了墙体的轴压承载力计算式，验证结果表明，该算式具有良好的计算精度。     

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.     

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。     

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。     

装配式刚边框-冷弯薄壁型钢骨架组合墙体受力性能研究

冷弯薄壁型钢组合墙体主要由冷弯薄壁型钢骨架和外敷面板组成,结构轻巧,绿色环保,多用于中低层建筑,一般在施工现场拼装完成.为提升墙体的施工速度和安装效率,在墙体四周增设焊接刚性边框,提出一种新型装配式刚边框-冷弯薄壁型钢骨架组合墙体,该墙体在工厂预制完成,现场采用螺栓与周围构件连接.建立有限元模型分析面板类型、斜撑、螺钉...     

腹板加劲冷弯薄壁型钢立柱组合墙体轴压性能试验研究

为研究截面形式、腹板开孔和面板材料等因素对组合墙体轴压性能的影响,对墙柱形式为复杂卷边槽钢(S1截面)、腹板V形加劲复杂卷边槽钢(S2截面)和Σ形复杂卷边槽钢(S3截面),覆面板为定向刨花板(OSB)和石膏板的10片冷弯薄壁型钢立柱组合墙体进行了轴压性能试验。试验结果表明,S1截面、S2截面、S3截面的组合墙体上覆OSB板或石膏板时承载力之比分别为1∶1.36∶1.50和1∶1.34∶1.60;腹板加劲墙柱的主要失稳模式为畸变屈曲;与相同条件下无孔立柱组合墙体相比,腹板加劲有孔立柱组合墙体承载力下降约12.0%,非加劲墙体承载力下降1.6%。基于单根轴压构件的直接强度法开展了考虑墙板约束作用的组合墙体(有孔和无孔)轴压承载力计算方法研究,计算值与试验值的对比分析表明：以现有直接强度法为基础提出的墙体承载力计算方法对腹板非加劲立柱组合墙体的承载力预测较为准确,对腹板加劲立柱组合墙体承载力的预测偏不安全;考虑局部与畸变相关屈曲作用提出的承载力计算方法对腹板加劲立柱组合墙体承载力的预测值与试验值吻合良好。     

Fragility curves for thin-walled cold-formed steel wall frames affected by ground settlements due to land subsidence

This report presents the results of a study on the performance of thin-walled cold-formed steel wall frames with different sheathing systems affected by angular distortions simulating ground differential settlements due to land subsidence. The wall frames are sheathed with different systems: expanded polystyrene, OSB, calcium silicate and gypsum board. Using experimental testing and numerical simulation, moment–rotation curves were calculated for the studs. A non-linear static pull-down analysis was performed producing several degrees of angular distortion simulating ground settlements. Lastly, fragility curves were calculated based on three levels of damage for wall frames with different sheathing systems.     

Monotonic and cyclic loading tests for cold-formed steel wall frames sheathed with calcium silicate board

This research is concentrated on the structural strength and behavior of cold-formed steel wall frame sheathed with calcium silicate board under shear load. Test specimens with two different thicknesses of sheathing were assembled, 9 mm and 12 mm, with one-side or two-side of attachment. Monotonic shear and cyclic loading tests are conducted on wall specimens utilizing two C sections connected back-to-back to be as chord studs and calcium silicate board sheathing on the exterior. Based on the test results, detailed discussions on the strength, stiffness, energy absorption, ductility ratio, and failure mode of cold-formed steel wall specimens are given. It is noted that the failure mostly occurred at the bottom track of wall specimens due to the large deformation or tearing failure of track. The wall strength is not affected by the change of sheathing's thickness significantly, but wall frames attached with two-side calcium silicate board sheathing provide higher resisting strength and stiffness than those attached with one-side sheathing. In this study, test results are also used to compare with the previous study that single chord stud was used in the assembly of wall frame. In addition, the suggested response modification factor of the wall sheathed with calcium silicate board is proposed for design purpose.     

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。