冷彎薄壁型鋼低層住宅墻柱體系軸壓性能理論與試驗研究.pdf

1、由冷彎薄壁型鋼骨架和墻板組合的結(jié)構(gòu)體系是輕鋼低層住宅中一種富有特色的新型結(jié)構(gòu)體系。由鋼立柱兩側(cè)翼緣和石膏板、OSB板通過自鉆螺釘相連而形成的墻柱體系是此種結(jié)構(gòu)的主要豎向承重單元。本文的研究目的是得到墻柱體系在軸心荷載作用下的極限荷載和破壞模式。墻柱體系在理論分析時可將墻板簡化為沿立柱高度方向連續(xù)分布的側(cè)向支撐彈簧。本文采用能量法建立了雙側(cè)不同材料墻板和單側(cè)墻板支撐立柱的總勢能方程，按一端簡支一端固定的邊界條件建立了變形函數(shù)，

2、通過變分原理，首次推導(dǎo)出雙側(cè)不同材料墻板和單側(cè)墻板支撐立柱彈性屈曲荷載的計算公式。本文建立了試驗構(gòu)件的有限元分析模型，用殼單元模擬立柱和墻板，梁單元模擬連接立柱和墻板的自鉆螺釘。通過材性試驗確定立柱和墻板的材性參數(shù)取值，分析過程中考慮材料和幾何雙重非線性，得到了立柱的極限荷載和破壞模式。在試驗研究方面，首先，對鋼材和墻板進行了材性試驗，得到了材料的彈性模量和強度；由于墻板和立柱是通過自鉆螺釘連接在一起，因此對鋼板-墻板之

3、間由自鉆螺釘相連的抗剪性能進行了試驗研究，得到了連接件的剪切剛度。其次，進行了單根立柱的軸壓性能試驗，通過夾具和刀鉸支座的共同作用，實現(xiàn)了兩端簡支的邊界條件，得到了立柱極限荷載和破壞模式。再次，無墻板鋼骨架通常有鋼帶支撐、槽鋼支撐和十字交叉鋼帶支撐三種支撐形式，通過對三種類型支撐在軸心荷載下的足尺試驗，得到了鋼骨架的極限荷載和破壞模式。最后，對墻柱體系進行了試驗，分別考慮單側(cè)面板和雙側(cè)面板對立柱支撐，并考慮墻板材料、螺釘間距

4、、立柱間距和腹板孔洞對極限荷載和破壞模式的影響。從上述研究，可以得出以下結(jié)論：(1)試驗值與有限元數(shù)值非常接近，表明本文建立的有限元模型是正確的。(2)對于鋼骨架，試驗表明支撐能夠?qū)⒘⒅鶚O限荷載提高20％。(3)對于墻柱體系，試驗表明雙側(cè)墻板支撐立柱的極限荷載是鋼骨架的兩倍，單側(cè)墻板支撐比鋼骨架提高25％。墻板對立柱的支撐作用是明顯的。(4)刀口支座和專用夾具配合使用能較好的模擬單根立柱的簡支邊界條件。用中國冷彎薄壁型鋼規(guī)