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。     

冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖面内受力性能研究

对冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖足尺模型进行了平面内低周往复加载试验,研究了组合楼盖的破坏形式、面内承载力、面内刚度以及耗能性能。试验结果表明:冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖的整体工作性能优异,具有良好的面内受力性能;组合楼盖因C形边梁与压型钢板之间的螺钉连接发生破坏而导致面内承载力降低,进而发生破坏;组合楼盖的面内刚度和耗能性能均随C形边梁位置处自攻螺钉受剪性能的降低而减小。采用ABAQUS有限元软件对试验模型进行模拟分析,并对验证后的有限元模型进行了变参数分析,研究表明:当砂浆翼板的厚度在20~40 mm之间时,厚度的改变对组合楼盖面内受力性能影响较大;当砂浆翼板的厚度在40~80 mm之间时,厚度的改变对组合楼盖面内受力性能的影响较小。     

Study on in-plane mechanical behavior of cold-formed thin-walled steel-gypsum based self-leveling mortar composite floor

对冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖足尺模型进行了平面内低周往复加载试验,研究了组合楼盖的破坏形式、面内承载力、面内刚度以及耗能性能。试验结果表明：冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖的整体工作性能优异,具有良好的面内受力性能;组合楼盖因C形边梁与压型钢板之间的螺钉连接发生破坏而导致面内承载力降低,进而发生破坏;组合楼盖的面内刚度和耗能性能均随C形边梁位置处自攻螺钉受剪性能的降低而减小。采用ABAQUS有限元软件对试验模型进行模拟分析,并对验证后的有限元模型进行了变参数分析,研究表明：当砂浆翼板的厚度在20~40mm之间时,厚度的改变对组合楼盖面内受力性能影响较大;当砂浆翼板的厚度在40~80mm之间时,厚度的改变对组合楼盖面内受力性能的影响较小。     

冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖滞回性能试验研究

为研究冷弯薄壁型钢组合楼盖的平面内滞回性能,对不同楼面板类型的压型钢板组合楼盖、压型钢板-石膏基自流平砂浆组合楼盖和设置钢丝网的压型钢板-石膏基自流平砂浆组合楼盖足尺模型进行了平面内循环往复加载试验,分析了组合楼盖的破坏形式、承载能力和延性等。试验结果表明:冷弯薄壁型钢组合楼盖最终破坏都表现为固定边梁与压型钢板之间的自攻螺钉连接破坏,而石膏基自流平砂浆楼面板和中间楼盖梁发生微小破坏。三个组合楼盖均表现出较好的平面内受力性能,具有良好的面内承载力和刚度、耗能性能、延性等,冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖的整体工作性能良好。采用钢丝网构造有助于提高楼盖的面内刚度以及组合楼板的黏结性能和抗裂性能,但对楼盖的延性会有不利影响。     

混凝土组合板与冷弯薄壁型钢螺钉连接抗剪性能试验研究

通过对混凝土组合板与冷弯薄壁型钢构件采用自攻螺钉连接抗剪模型进行单调加载试验,分析了螺钉连接模型界面抗剪破坏模式、螺钉抗剪承载力以及混凝土组合板内置或不内置抗剪件对组合板粘结性能的影响。采用规范理论公式计算了单个螺钉抗剪承载力,理论计算结果与试验结果吻合较好。破坏模式表现为:螺钉抗剪破坏、混凝土与压型钢板粘结破坏、压型钢板承压或失稳破坏。混凝土与压型钢板粘结开裂前,内置抗剪件能够提高连接抗剪刚度,减小滑移;内置抗剪件的螺钉抗剪承载力比不内置抗剪件的偏低。建议混凝土和压型钢板之间内置冷弯薄壁型钢抗剪件;当混凝土与压型钢板间考虑或不考虑组合效应时,螺钉连接抗剪承载力应采用不同理论计算方法。     

冷弯薄壁型钢单颗自攻螺钉抗剪连接性能研究

为研究中国规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018—2002）计算壁厚2 mm以下钢板自攻螺钉连接抗剪承载力的适用性和钢板 非钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承载力设计方法,对钢板 钢板、钢板 石膏板以及钢板 定向刨花板（OSB板）连接件共计34个试件进行了试验研究,分析了板材类型、螺钉端距等因素对连接件抗剪承载力的影响,并将中国规范、英国规范和北美AISI S100 12规范计算结果与试验结果进行对比分析,最后提出钢板 非钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承载力设计方法。研究结果表明:钢板 OSB板、钢板 石膏板连接件破坏模式为OSB板与石膏板发生承压破坏,且具有明显的方向性;随螺钉端距的增大,试件抗剪承载力有所提高;中国规范GB 50018—2002适用于壁厚2 mm以下冷弯薄壁型钢板自攻螺钉连接抗剪承载力的设计计算,且偏于安全。     

冷弯薄壁型钢C形梁受剪性能分析

为研究冷弯薄壁型钢C形梁的受剪性能,在已有试验基础上,采用ABAQUS有限元分析软件建立非线性数值模型,对比试验与有限元结果的受剪承载力、试件破坏特征、荷载 跨中挠度曲线等;进而探讨了C形梁剪跨比、腹板高厚比、腹板厚度以及钢材强度等因素对冷弯薄壁型钢C形梁受剪性能的影响。结果表明:剪跨比是影响冷弯薄壁型钢C形梁破坏特征的主要因素,当剪跨比在0.5~1.1之间时,C形梁处于纯剪切受力状态,此时破坏模式为剪切屈服;当剪跨比在1.1~2之间时,C形梁处于弯剪受力状态,此时破坏模式为弯剪破坏;随剪跨比的增加,冷弯薄壁型钢C形梁的受剪承载力及刚度均减小;当腹板高厚比在50~150之间时,冷弯薄壁型钢C形梁的受剪承载力及刚度随腹板高厚比增加而增大,跨中挠度减小;随着腹板厚度的增加,冷弯薄壁型钢C形梁受剪承载力及刚度明显提高;增加钢材强度可显著提高冷弯薄壁型钢C形梁受剪承载力,但对冷弯薄壁型钢C形梁的刚度影响较小。     

冷弯薄壁型钢与覆面钢板自攻螺钉连接性能试验研究

作为冷弯薄壁型钢龙骨体系结构的主要抗侧力单元,龙骨式复合墙体的承载力性能与覆面板和龙骨骨架间自攻螺钉连接的性能关系密切。进行了冷弯薄壁型钢龙骨与覆面钢板自攻螺钉连接性能的试验研究,主要考察了螺钉端距以及螺钉垫圈等因素对其承载力性能的影响。通过对试验结果的分析比较,得到了钢龙骨与覆面钢板自攻螺钉抗剪性能的主要指标以及影响因素,为龙骨式复合墙体的抗剪性能数值模拟研究提供了基本参数。     

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。     

自攻螺钉连接冷弯薄壁钢板抗剪性能研究

自攻螺钉以良好的连接性能在冷弯薄壁型钢结构住宅体系中得到应用,为获得采用自攻螺钉连接的冷弯薄壁型钢结构节点的抗剪力学性能和失效模式,文中采用厚度为2mm的冷弯薄壁钢板和ST4.8、ST6.3自攻螺钉,共设计6组18个自攻螺钉抗剪试件,通过对比试验,分析影响自攻螺钉连接冷弯薄壁型钢板抗剪性能的主要因素,结果表明自攻螺钉直径的增加和螺钉端距的变大对试验试件的抗剪性能和失效模式具有明显影响,试验为自攻螺钉在冷弯薄壁型钢结构住宅体系中广泛应用提供技术支撑。     

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     

冷弯薄壁型钢梁-OSB板组合楼盖的抗弯刚度研究

通过对2块足尺冷弯薄壁型钢梁 定向刨花板(OSB板)组合楼盖的受弯承载力进行单调静载试验,分析了连接OSB板与冷弯薄壁型钢梁之间的螺钉间距对组合楼盖抗弯刚度的影响。采用拟正交异性板法计算了组合楼盖的抗弯刚度,在此基础上分析OSB板厚度、楼盖梁间距和截面尺寸等因素对组合楼盖抗弯刚度的影响,提出了常用冷弯薄壁型钢梁-OSB板组合楼盖的等效抗弯刚度计算方法。结果表明:试件的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、卷边及腹板出现相关屈曲破坏,屈曲波长为相邻螺钉间距;OSB板没有明显破坏;螺钉间距对组合楼盖的弹性抗弯刚度影响微小;在弹塑性阶段,随着螺钉间距的增大,组合楼盖的刚度退化明显增大。     

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。     

自攻螺钉参数设置对胶合木梁柱节点受力性能的影响

采用自攻螺钉对胶合木梁柱节点进行横纹加强可有效传递木材的横纹拉应力和顺纹剪应力,从而延缓木材开裂、提高节点性能。为了研究自攻螺钉的布置间距、直径和个数等参数对加强节点受力性能的影响,对4组采用不同布置间距、直径和个数的自攻螺钉加强胶合木螺栓连接梁柱节点进行单调和低周往复加载试验,得到各组节点的刚度、延性、承载力、破坏模式和抗震性能。结果表明：自攻螺钉个数增加、直径增大,节点的承载力、破坏转角、延性系数以及节点总耗能增大;自攻螺钉布置间距的变化对节点在单调荷载作用下的承载力和延性系数无明显影响;而节点在往复荷载作用下时,随着自攻螺钉布置间距的减小,节点承载力和总耗能降低。     

既有简支薄壁C形钢檩条连续化加固研究

为提高既有简支薄壁C形钢檩条的承载能力,对相邻简支C形钢檩条在支座附近采用内嵌薄壁L形钢连接成为连续檩条。对仅腹板有螺钉连接和腹板及上、下翼缘均有螺钉连接的2组加固C形钢檩条进行静力加载试验,分析了加固后檩条的破坏模态、刚度、延性、承载能力及应变发展,并与简支C形钢檩条的受力性能进行了对比。试验结果表明：加固试件的两跨檩条以整体弯曲变形为主,C形钢檩条跨中和加载处上翼缘与受压区腹板发生局部屈曲而破坏,薄壁L形钢翼缘达到屈服。简支檩条连续化加固后的承载能力、刚度均有显著提高,延性提高较小。腹板及上下翼缘均有螺钉连接加固檩条的刚度和屈服荷载提高幅度明显高于仅腹板螺钉连接加固,但两者极限荷载和延性差别较小。采用三线性钢材本构模型和壳单元,建立了同时考虑几何非线性和材料非线性的三维有限元模型进行数值模拟,计算结果与试验结果的对比验证了有限元模型的准确性。分析了不同薄壁L形钢长度对加固檩条受力性能的影响,结果表明,薄壁L形钢长度的增加对承载能力、刚度的提高幅度由大变小,刚度的提高幅度大于承载能力的提高幅度,薄壁L形钢长度宜取檩条单跨跨度的10%~15%。     

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。     

冷弯薄壁型钢螺钉连接抗拔性能试验研究

为了研究钢板的材料强度、厚度以及螺钉外直径、内直径、螺纹间距、钻头处直径对冷弯薄壁型钢螺钉连接的拔出破坏模式和抗拔承载力的影响,选取板厚为0.8、1.0、1.2mm的LQ550及板厚为0.8、1.5、2.0mm的S350冷弯型钢,采用不同螺钉参数,进行了287个试件的拔出试验。结果表明：1.0mm及以上厚度板件主要发生螺纹剪切破坏,随着板厚增加,螺纹剪切破坏越明显;0.8mm厚超薄板件主要发生钉孔挤压破坏,且螺钉直径越大、板材强度越低,钉孔挤压变形越显著。螺纹间距对抗拔承载力影响较小,抗拔承载力随着螺钉外直径增加而增大,内直径增大而减小,且二者对超薄板件的影响更大。对于自钻自攻螺钉应采用内直径与钻头处直径的较大值计算抗拔承载力,螺钉钻头处直径越小承载力越大。我国GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中抗拔承载力计算公式对于螺钉连接LQ550高强钢板偏于不安全,尤其对于0.8mm厚的超薄板件。最后,提出考虑钢板材料强度、厚度以及螺钉外直径、内直径、螺纹间距、钻头处直径的设计承载力计算式,其具有较好的适用性和可靠性。     

冷弯薄壁型钢屋架受力性能及杆件计算长度研究

为研究低层冷弯薄壁型钢结构屋架的受力性能,对两个不同构造形式的屋架足尺试件进行了受弯性能试验研究,考察了冷弯薄壁型钢结构屋架的工作原理和破坏模式。试验结果表明：钢桁架的破坏主要是支座处节点连接的破坏,而杆件没有发生屈曲,不属于强度破坏。采用非线性有限元分析方法对钢结构屋架进行了变参数分析,结果表明：钢材强度、截面形式以及钢材厚度对桁架承载力都有较大的影响。采用柱挠度曲线(CDC)法分析了节点连接半刚性对冷弯薄壁型钢桁架压杆计算长度的影响,研究表明,冷弯薄壁型钢桁架压杆半刚性连接的计算长度与节点转动刚度和构件自身刚度有关,建议受压弦杆、端斜腹杆以及端竖腹杆平面内计算长度系数取为1.0,受压腹杆平面内计算长度系数取为0.9。