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夹芯钢板冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪性能研究

作　者: 董海涛
导　师: 周天华
学　校: 长安大学
专　业: 结构工程
关键词: 夹芯钢板 冷弯薄壁型钢 组合墙体 抗剪性能 试验与有限元研究 设计建议
分类号: TU392.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


以冷弯薄壁型钢为龙骨与不同面板材料连接而成的组合墙体,是冷弯薄壁型钢结构住宅体系中的主要构件。本文对以夹芯钢板、硅钙板等为面板材料的冷弯薄壁型钢组合墙体进行了试验研究,并针对夹芯钢板组合墙体展开进一步的有限元分析,并对构造方式提出了设计建议。首先,本文对以夹芯钢板、硅钙板等为面板材料的九片组合墙体的抗剪性能进行了足尺试验研究。详细介绍了试验装置、试验方法、试件破坏过程及对试验结果的分析。试验结果表明：夹芯钢板组合墙体与交叉钢带配合使用有一定的承载能力及刚度,可以代替传统的OSB板组合墙体；一面夹芯钢板,一面硅钙板的双面组合墙体的承载力约为单面夹芯钢板和单面硅钙板承载力之和。其次,采用ANSYS有限元软件对夹芯钢板组合墙体进行了有限元模拟分析。建立了考虑几何非线性、材料非线性的有限元模型。将有限元分析结果与试验结果进行对比,以验证有限元模型的正确性。在此基础上,对螺钉间距、高宽比、面板布置方式等影响因素进行参数分析,结果表明：周边螺钉间距的减小可以显著增加组合墙体抗剪承载力；随着高宽比的增加,组合墙体抗剪承载力有所减小；采用竖向拼接、水平错缝拼接可以增加组合墙体的抗剪承载力。最后,在试验研究及有限元分析的基础上,以《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》(JGJ227-2011)为依据,计算出不同面板材料的组合墙体单位长度抗剪承载力设计值,为补充规程提供了可靠的数值依据。并结合试验现象以及组合墙体抗剪承载力的影响因素对构造方式提出了设计建议。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-17
  1.1 引言  10-11
  1.2 研究课题的提出  11-12
  1.3 国内外相关研究现状  12-16
    1.3.1 国外对夹芯钢板冷弯薄壁型钢组合墙体的研究现状  13-14
    1.3.2 国内对夹芯钢板冷弯薄壁型钢组合墙体的研究现状  14-16
  1.4 本文研究的主要内容  16-17
第二章 夹芯钢板冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪性能试验研究  17-52
  2.1 前言  17
  2.2 试验研究目的和内容  17
  2.3 试件制作及主要材料性能  17-21
    2.3.1 试件制作  17-20
    2.3.2 钢材材性  20-21
  2.4 试验装置及测点布置  21-24
    2.4.1 试验装置  21-23
    2.4.2 测点布置  23-24
  2.5 加载制度及试验过程  24-40
    2.5.1 加载制度  24
    2.5.2 试验过程  24-40
  2.6 试验结果  40-46
    2.6.1 水平荷载作用下墙体顶部侧移的计算  40-41
    2.6.2 各试件的荷载一位移(P-Δ)及荷载—转角(P-γ)曲线  41-44
    2.6.3 各试件P-A曲线及骨架曲线及比较  44-46
  2.7 试验结果分析  46-51
    2.7.1 组合墙体试件屈服荷载、破坏荷载的确定方法  46-47
    2.7.2 试验结果整理与汇总  47-49
    2.7.3 试验结果对比分析  49-51
  2.8 小结  51-52
第三章 夹芯钢板冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪性能试验的有限元分析  52-64
  3.1 引言  52
  3.2 夹芯钢板冷弯薄壁型钢组合墙体有限元模型的建立  52-57
    3.2.1 骨架及墙面板单元类型选取  52-53
    3.2.2 自攻螺钉单元类型选取  53-54
    3.2.3 非线性问题分析  54-56
    3.2.4 建立有限元模型  56-57
  3.3 边界约束和荷载施加  57-58
  3.4 模型求解及后处理  58
  3.5 组合墙体有限元模型的验证  58-63
    3.5.1 W-SA-1有限元模拟与试验结果对比分析  58-61
    3.5.2 W-SB-1a有限元模拟与试验结果对比分析  61-63
  3.6 小结  63-64
第四章 夹芯钢板冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪承载力影响因素分析  64-84
  4.1 引言  64
  4.2 螺钉间距对组合墙体抗剪承载力的影响  64-68
  4.3 高宽比对组合墙体抗剪承载力的影响  68-77
  4.4 墙面板布置方式对组合墙体抗剪承载力的影响  77-83
  4.5 小结  83-84
第五章 夹芯钢板冷弯薄壁型钢组合墙体设计建议  84-90
  5.1 引言  84
  5.2 组合墙体抗剪承载力设计值  84-89
    5.2.1 美国规范的处理方法  84-87
    5.2.2 组合墙体单位长度抗剪承载力建议设计值  87-89
  5.3 组合墙体优化设计建议  89
  5.4 小结  89-90
第六章 结论与展望  90-92
  6.1 结论  90-91
  6.2 今后尚待研究的问题  91-92
参考文献  92-96
攻读硕士学位期间参与科研和获奖情况  96-97
致谢  97

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 金属结构 > 各类钢结构 > 型钢结构
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