内填组合墙体钢框架的有限元分析

内填冷弯薄壁型钢组合墙体钢框架结构房屋是冷弯薄壁型钢住宅体系从低层向多层发展过程中产生的一种新型结构体系。本文对内填冷弯薄壁型钢组合墙体钢框架体系进行数值模拟,通过两种不同连接方式试件的比较,分析冷弯薄壁型钢组合墙体与钢框架之间的协同工作性能和剪力分配关系。     

多层冷弯薄壁型钢结构住宅水平荷载分配关系研究

为了确定水平荷载在多层冷弯薄壁型钢结构住宅中的分配关系,基于冷弯薄壁型钢组合墙体和组合楼盖的试验研究成果,将组合墙体计算模型中上导轨简化为桁架单元,墙架柱简化为梁单元,覆面板等效为非线性对角弹簧,将组合楼盖计算模型中楼盖梁简化为桁架单元,面内剪切刚度由非线性对角弹簧的刚度确定,以达到合理简化组合墙体和组合楼盖计算模型的目的。采用ABAQUS有限元软件建立4层双跨冷弯薄壁型钢结构住宅模型,模拟分析水平荷载通过冷弯薄壁型钢组合楼盖传递至冷弯薄壁型钢组合墙体的分配关系,并通过6层足尺冷弯薄壁型钢结构房屋振动台试验,验证楼盖刚性和水平荷载分配关系的判定方法。研究表明：组合墙体和组合楼盖简化计算模型能较好地模拟冷弯薄壁型钢墙体和楼盖全过程的受力性能,与试验结果的误差小于20%,模型可用于简化分析组合墙体的受剪性能以及组合楼盖的面内受力性能;多层冷弯薄壁型钢结构住宅中采用的压型钢板上覆不同材料的组合楼盖型式均为刚性楼盖,水平荷载按剪力墙等效刚度的比例分配。     

冷弯薄壁U型钢——稻草板组合墙体轴压力学性能有限元分析

针对低层冷弯薄壁型钢房屋墙体为主要承重构件的特点,利用ABAQUS有限元程序,对冷弯薄壁U型钢—稻草板组合墙体进行有限元分析,研究包括组合墙体高厚比以及型钢厚度对稳定承载力的影响。研究结果表明,组合墙体高厚比越大,稳定承载力降幅越明显;随型钢厚度的增加,稳定承载力有明显增加。     

冷弯型钢结构研究进展（英文）

冷弯型钢构件具有重量轻、强度高、易于预制和量产、安装快、可回收利用等优点。冷弯型钢结构体系主要由墙体系统、楼盖系统和屋面系统组成,已在美国、澳大利亚和新西兰等国广泛应用。而我国冷弯型钢结构设计规范尚需完善,加之"人多地少"的国情,发展多高层冷弯型钢结构体系势在必行。通过理论分析和试验研究,对冷弯型钢结构体系进行深入研究,研究方向涵盖冷弯薄壁型钢基本构件和拼合构件的受力性能、组合墙体的抗侧性能、组合楼盖的承载力、刚度和舒适度以及整体房屋的抗震性能,相关研究成果如下:1)采用半能量法深入研究了板组屈曲的相关作用问题,建立了边缘加劲板件有效宽厚比设计方法;揭示了冷弯薄壁型钢轴压柱的破坏特征和力学性能,建立了简支、固支轴压柱畸变屈曲临界荷载的统一分析方法,提出了临界荷载计算理论;修正了澳大利亚标准AS/NZS 4600∶2005和我国标准JGJ 227—2011中畸变屈曲极限承载力的计算公式。2)揭示了双肢拼合冷弯薄壁型钢轴压柱和受弯梁的破坏特征和受力机理,提出了冷弯薄壁型钢拼合截面柱和梁极限承载力的简化计算方法。3)揭示了传统冷弯薄壁型钢组合墙体和冷弯薄壁型钢—钢板剪力墙水平荷载作用下的受力机理、破坏模式和力学性能,建立了冷弯薄壁型钢组合墙体的理论分析方法。4)揭示了冷弯薄壁型钢组合楼盖在竖向荷载、水平荷载及振动激励下的受力机理、破坏模式和力学性能,提出了冷弯薄壁型钢组合楼盖的设计计算方法。5)揭示了冷弯薄壁型钢住宅房屋在地震荷载作用下的破坏特征、动力特性及地震响应,建立了低、多层冷弯薄壁型钢结构体系的有限元分析方法,提出了抗震设计计算方法和抗震构造措施。6)揭示了冷弯薄壁型钢拼合截面柱在火灾下的受力机理、破坏模式和力学性能,建立了理论分析方法、简化力学模型和设计计算理论。研究成果已被国内相关设计规范采用,可以用于指导实际工程设计。笔者及团队后续研究工作将聚焦于冷弯薄壁型钢结构多层房屋关键技术及其应用,以推动装配式钢结构房屋在中国的应用。     

冷弯薄壁型钢墙体恢复力模型及房屋地震反应简化分析方法研究

基于10片1∶1冷弯薄壁型钢墙体抗剪滞回性能试验结果,采用SAP2000中多线段塑性Pivot连接单元的滞回规则,进行墙体的恢复力模型及冷弯薄壁型钢房屋的动力非线性简化分析方法研究。研究表明:墙体的骨架曲线可采用退化四线型模型模拟;双柱墙体Pivot模型参数可取α=10、β=0.1,单柱墙体可取α=10、β=0.15;非线性简化分析与试验分析得到的滞回曲线的外包络线基本一致,耗能能力相当,简化方法能较好地模拟墙体的强度、刚度退化和捏缩效应;三层房屋结构简化计算模型的第1、第2阶振型与试验观测一致,频率分别相差11%和2%;模型结构与试验的地震反应分析结果吻合较好,表明简化计算方法可用于冷弯薄壁型钢房屋的弹性和弹塑性地震反应分析。     

冷弯薄壁型钢组合墙体抗震性能研究综述

对冷弯薄壁型钢组合墙体抗震性能的研究进行了较全面的综述,介绍了冷弯薄壁型钢组合墙体的构成,汇总了国内外对冷弯薄壁型钢组合墙体的研究进展,总结了冷弯薄壁型钢组合墙体抗震性能的影响因素,并列出了冷弯薄壁型钢组合墙体承载力计算公式。     

冷弯薄壁型钢结构房屋的防火问题及产业化的发展应用

对国内外低层冷弯薄壁型钢结构的防火问题及方法进行总结,指出冷弯薄壁型钢结构房屋产业化的必要性及国内外冷弯薄壁型钢结构房屋产业化的发展现状及对策。     

钢—稻草板组合墙体开洞轴压力学性能有限元分析

针对低层冷弯薄壁型钢房屋墙体需要开洞的特点,利用ABAQUS有限元程序,对冷弯薄壁C型钢—稻草板组合墙体进行有限元分析,研究包括墙体开洞率、洞口设置过梁情况下开窗洞或开门洞以及开洞高度对组合墙体稳定承载力的影响。研究结果表明,在不设置过梁构造时,开洞率增加到4.76%时,组合墙体的承载力降幅达到了32.3%。开洞位置对墙体承载力无显著影响,在改变开洞高度后,组合墙体承载力降幅明显。     

异形管轻型钢结构房屋试验研究

在冷弯薄壁型钢应用于多、低层房屋工程实践的基础上,针对其存在的技术不足,研发了适用于包括农房在内的低、多层房屋异形管轻型钢结构体系并开展实验。通过采取冷弯异形管柱、承插式梁柱节点、深C型梁、以及V型楼面梁,构成类似于框架结构的房屋结构体系,结合螺旋钢管桩和冷弯薄壁型钢墙面板,可以在对现场自然生态影响较小的情况下,快捷施工,提高装配率,且充分利用既有冷弯薄壁型钢生产设备,经济成本与冷弯薄壁型钢结构持平,是冷弯薄壁型钢房屋体系技术迭代升级的轻型钢结构房屋产品。     

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。     

某冷弯薄壁型钢结构住宅用钢量优化分析

结合某冷弯薄壁型钢结构住宅实例,采用大型通用有限元软件ANSYS建模,运用零阶法、一阶法对梁、柱构件截面进行优化分析。结果表明,与原设计相比,优化分析后工程的用钢量得到了大大的减少,这不仅有利于钢材的节约,带来可观的经济效益,而且有利于冷弯薄壁型钢结构住宅在我国的推广和应用。     

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。     

冷弯薄壁型轻钢结构在建筑扩建应用中的技术解析

冷弯薄壁型轻钢结构已应用于众多建筑工程实践,可适用于低层建筑、局部扩建工程和需要快速搭建的建筑等方面,这种结构还可以尝试在新农村住宅的建造。工业化"制造"轻钢结构,缩短了现场施工工期,减少劳动强度和时间,增加了建造的准确性,提高了建筑的完成度。通过实例解析冷弯薄壁型轻钢结构在建造过程中涉及的各种技术及构造做法,并对冷弯薄壁型轻钢结构进行技术评价,指出这种结构类型优点和不足。     

Q345冷成型钢高温力学性能试验研究

冷成型钢高温材料特征指标是进行冷成型钢结构抗火设计及数值模拟的重要参数。现有的钢材高温材性数据大多基于稳态试验方法得到,而瞬态试验方法较前者更接近实际火灾情况。利用MTS810试验系统对1.5mm厚Q345冷成型钢进行了高温力学性能试验研究,将瞬态、稳态试验结果进行对比分析。试验结果表明： Q345冷成型钢瞬态试验抗拉强度折减系数在430～700 ℃时普遍高于稳态试验结果,二者相对误差27%～57%;超过100 ℃,Q345冷成型钢瞬态试验高温弹性模量明显低于稳态试验结果,相对误差17%～156%;450～550 ℃时,相同温度、应变水平下,Q345冷成型钢瞬态试验应力-应变曲线弹塑性阶段应力值明显高于稳态试验应力值,导致瞬态试验高温屈服强度高于稳态试验结果,相对误差28%～40%。通过数值拟合给出Q345冷成型钢高温材性折减系数及本构关系表达式,表达式与试验结果基本吻合。     

Research on cold-formed steel columns

The paper summarises research on cold-formed steel columns performed by the author. Cold-formed steel members are either cold-rolled or brake-pressed into structural shapes. As a result, cold-formed steel open sections are usually singly-point- or non-symmetric. The most common types of singly-symmetric sections are channel and angle. The research focused on cold-formed steel open sections, such as plain and lipped channels, channels with simple and complex edge stiffeners as well as plain and lipped angles, and unequal angles. In addition, cold-formed steel built-up closed sections with intermediate stiffeners were investigated. Both experimental and numerical investigations into the strength and behaviour of cold-formed steel columns were conducted. The column strengths obtained from these investigations were compared with the design strengths obtained using various international standards for cold-formed steel structures. Furthermore, the behaviour and design of cold-formed steel lipped channel columns at elevated temperatures were also investigated. The paper also summarises the design recommendations for cold-formed steel columns.     

北美轻型钢结构住宅体系及应用

本文详细介绍了北关风格低层钢骨结构住宅的结构体系以及相配套的材料类别与性能,分析了其作为居住用房的适用性问题,以及作为较新的一种住宅体系所表现出的优越综合性能。对于在我国引用、消化、改进与推广这种住宅体系,促进住宅建设产业化发展的一系列规范、市场和政策问题也作了简要的分析。     

European design methods for cold-formed steel

A survey has been given of the framework of the Eurocodes. These codes should be regarded as the structural design codes for Europe starting in the 1990s. The safety concept of the codes is in the form of load and resistance factor design (LRFD). As far as it concerns the material steel (hot-rolled and cold-formed) the codes are largely based on ECCS documents. The hot-rolled steel has been treated in Eurocode 3, Part 1.1 and the Annexes to Part 1.1 and the cold-formed steel in the Eurocode 3, Part 1.3. In this paper the design rules for cold-formed steel and their eventual difference with the rules for hot-rolled steel are envisaged. Also the background document for the rules of cold-formed steel is reported.     

轻型钢结构中梁及檩条稳定性的研究进展

本根据国内外研究现状．综述了新近轻型铜结构中梁及檩条稳定性方面研究的若干内容。首先简要介绍了目前轻钢结构的发展特点．然后着重就薄壁型铜梁及檩条的截面特性、屈曲行为及其研究方法以及稳定性方面研究的几个热点问题作了概述，最后总结了薄壁型钢梁及檩条稳定性方面有待进一步研究的内容。     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件试验研究及承载力分析

对63根屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件进行试验研究,分析了构件的屈曲模式和极限承载力,并将参考AISI规范、澳洲规范和北美规范及我国现行行业标准《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）计算的构件承载力与试验结果进行分析比较。在此基础上,对高强超薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明：高强超薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件在宽厚比较大时会出现畸变屈曲模式;采用等效板件方法计算加劲板件有效宽度后,我国《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）适用于屈曲强度550MPa、厚度小于2.00mm的冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件承载力计算。