轻钢龙骨轻骨料混凝土复合墙板抗弯性能研究

作     者：王祈帅 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王培军

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：轻钢龙骨复合墙板 抗弯性能 试验研究 有限元分析 设计方法 

摘      要：预制混凝土复合墙板及轻钢龙骨复合墙板近年来发展迅速,因其节能环保、施工方便在我国建筑外墙及内隔墙中已有广泛应用。然而,预制混凝土复合墙板的发展受到中间连接件的限制,无法满足建筑中高强节能的要求;轻钢龙骨复合墙板由于覆面板的限制,用作外墙时墙板的抗渗性能、墙面装饰及窗洞口等问题尚未解决,本文提出了一种新型组合墙板—轻钢龙骨轻骨料混凝土复合墙板(Thin wall steel stud and light aggregate concrete composite wall panels,简称TSLC墙板)。TSLC墙板由轻骨料混凝土板、轻钢龙骨组成,两侧轻骨料混凝土板通过拉结件连接,轻骨料混凝土板与轻钢龙骨之间通过自攻螺钉抗剪件连接。这种复合墙板用作外墙时主要承受风荷载作用,因此,本文通过试验、有限元模拟及理论分析对TSLC墙板在横向均布荷载下的抗弯性能进行了研究,分析了连接方式、抗剪件类型、自攻螺钉布置等对抗弯刚度及承载力的影响,提出了TSLC墙板抗弯承载力设计方法,为TSLC墙板的应用推广提供了理论依据。本文主要完成工作及结论如下。(1)对四块TSLC墙板,进行了横向均布荷载加载试验,研究了自攻螺钉、窗洞口、拉结件布置方式及拉结件数量对TSLC墙板抗弯性能的影响。试验结果表明,自攻螺钉抗剪件对墙板刚度及抗弯承载力影响较大;实心混凝土拉结件的布置方式对墙板抗弯性能的影响较小,采用实心混凝土拉结件均匀布置和三角形布置抗弯承载力差别不大。(2)通过有限元分析软件ABAQUS对墙板进行有限元模型建立,模拟结果与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的正确性。通过参数分析研究了连接方式、拉结件位置、轻骨料混凝土板与轻钢龙骨之间抗剪件类型、自攻螺钉间距、龙骨壁厚度以及钢丝网直径对墙板抗弯承载力的影响。研究表明,自攻螺钉与实心混凝土拉结件都能明显提高TSLC墙板的组合程度及抗弯承载力;自攻螺钉会抑制实心混凝土拉结件发挥作用;自攻螺钉间距、龙骨壁厚度及受拉侧钢丝网直径均对TSLC墙板的抗弯性能有较大影响。(3)基于欧拉-伯努利梁假设,利用材料力学公式推导了轻钢龙骨与两侧轻骨料混凝土板组成的三层组合梁结构在弹性阶段考虑滑移的理论计算公式。通过变形协调方程、物理方程及弯矩平衡方程建立控制方程并进行求解,并与试验结果及有限元模拟结果进行对比,验证了理论公式的正确性及适用性。(4)对轻骨料混凝板的局部承载力进行了验算;结合现有钢-混凝土组合梁的规范、标准等资料,提出了 TSLC墙板的抗弯承载力计算公式及挠度计算公式;将理论公式的计算结果与试验结果进行比较,验证了理论计算公式的适用性;最后提出了 TSLC墙板设计建议,为进一步的工程应用提供了参考。