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建筑结构学报 2020年第S2期41卷 291-303页

作者：王春刚李禹东张壮南齐芮刘珅沈阳建筑大学土木工程学院辽宁沈阳110168 上海原构设计咨询有限公司沈阳分公司辽宁沈阳110168 中国中元国际工程有限公司北京100089

为研究角撑加强型冷弯薄壁型钢组合墙体的受剪性能,设计了1个无角撑的冷弯薄壁型钢骨架、1个角撑加强型冷弯薄壁型钢骨架和8个角撑加强型冷弯薄壁型钢为骨架,并以石膏板或OSB板作为覆面板的组合墙体试件进行了水平单调加载和有、无竖向... 详细信息

为研究角撑加强型冷弯薄壁型钢组合墙体的受剪性能,设计了1个无角撑的冷弯薄壁型钢骨架、1个角撑加强型冷弯薄壁型钢骨架和8个角撑加强型冷弯薄壁型钢为骨架,并以石膏板或OSB板作为覆面板的组合墙体试件进行了水平单调加载和有、无竖向荷载作用的水平低周反复加载试验,对比分析了钢骨架和组合墙体的刚度、受剪承载力、位移延性系数、能量耗散系数等力学性能指标。对钢骨架受剪承载力及延性、单面板与双面板墙体承载力、墙体竖向荷载以及角撑长度进行了有限元分析,结果表明:角撑加强能够有效提高组合墙体的抗震性能,使得骨架的受剪承载力和位移延性系数分别提高40%和17%左右;单调荷载作用下,OSB板和石膏板覆面的角撑加强型双面板墙体受剪承载力约等于相应单面板墙体2倍承载力与其骨架承载力之差;无竖向荷载低周反复加载下墙体的受剪承载力和刚度较单调加载下的低,但其延性较好;当竖向荷载在120 kN以内能够使低周反复作用下试件的刚度、受剪承载力、延性和耗能能力得到较大提升,但当竖向荷载超过120 kN时墙体的抗震性能降低。角撑投影长度与立柱长度比值约为1/12的组合墙体抗震性能最好,增大或减小角撑长度均会使墙体的抗震性能降低。

关键词：组合墙体冷弯薄壁型钢角部支撑单调加载低周反复加载受剪性能

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角撑加强型冷弯薄壁型钢组合墙体抗震性能研究

角撑加强型冷弯薄壁型钢组合墙体抗震性能研究

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作者：齐芮沈阳建筑大学

学位级别：硕士

冷弯薄壁型钢建筑以其轻质高强、节能环保等优势在国内外迅速发展。为了增强此类结构的竖向、水平承载能力国内外学者通过不断改进现有的构造形式、改良传力机制,提升结构受力性能,从而促进冷弯型钢建筑结构更广泛的工程应用。组合墙体... 详细信息

冷弯薄壁型钢建筑以其轻质高强、节能环保等优势在国内外迅速发展。为了增强此类结构的竖向、水平承载能力国内外学者通过不断改进现有的构造形式、改良传力机制,提升结构受力性能,从而促进冷弯型钢建筑结构更广泛的工程应用。组合墙体作为冷弯薄壁型钢建筑的主要水平抗侧力单元,骨架中的斜撑能有效提升其抗侧性能,且带斜撑墙体的破坏常发生于斜撑与骨架的连接节点处,因而本文提出了一种角撑加强型冷弯薄壁型钢组合墙体,在斜撑与骨架连接节点处增设角部支撑,提升墙体的抗剪承载能力,从而提升冷弯薄壁型钢结构的抗震性能。由于腹板加劲的∑型截面比普通C型截面具有更好的轴压性能,因此本文提出的墙体立柱和斜撑均采用∑型截面,以获得更优的墙体承载性能。为研究角撑加强型冷弯薄壁型钢组合墙体的抗震性能,对4片以石膏板或OSB板作为覆面板的组合墙体试件进行了在有无竖向荷载条件下的低周反复加载试验,对比分析了组合墙体的刚度、抗剪承载力、延性系数、耗能系数等指标。采用有限元软件ABAQUS和SAP2000对试验试件进行了模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,从而证明了有限元分析方法的准确性和可行性,在此基础上分析了面板侧数、角撑长度、高宽比及竖向荷载等因素对组合墙体抗震性能的影响。结合试验与有限元计算结果,采用“等安全度”的方法以我国规范与美国规范进行对比,反算出用于计算抗剪承载力设计值的等效抗力分项系数,并以此得到角撑加强型组合墙体在抗震情况下的抗剪强度设计值。试验结果表明:石膏板试件覆面板失效表现为螺钉孔处面板豁开直至螺钉失去对其的约束作用,OSB板试件则为螺钉在覆面板作用下首先发生弯曲,随后螺帽嵌入面板,最终两者一同从龙骨上脱开;由于覆面板材料性能差异,石膏板试件WDG-1的抗剪承载力约为OSB板试件WDO-1的31.8%,刚度K300约为30.6%,在竖向荷载作用下,试件WDG-2的抗剪承载力和刚度分别为试件WDO-2的41.9%和43.2%;竖向荷载的施加也使得两种面板材料试件的耗能性能有较为明显的改善,尤其是双面石膏板试件的耗能系数提升幅度高达166.7%。有限元模拟结果表明:低周反复加载下角撑加强型双面板墙体抗剪承载力约等于相应单面板墙体承载力的2倍与骨架承载力的差;对于角撑投影长度为100mm、150mm和200mm的组合墙体,角撑投影长度为100mm时墙体的抗震性能相对较好;对以石膏板和OSB板覆面的角撑加强型组合墙体施加40kN、80kN、120kN、160kN的竖向荷载发现:当对两种面板墙体施加120kN竖向荷载时墙体抗震性能较好;组合墙体的高度由2.4m增长到2.7m和3.0m,墙体的抗剪承载力、刚度和耗能能力均有所下降,但对于延性系数,无竖向荷载石膏板试件及有无竖向荷载的OSB板试件墙体随高度增大延性系数增大,而对于施加了竖向荷载的石膏板墙表现为高度越大延性系数小。本文提出了一种抗震性能较好的支撑形式,采用此种支撑形式的墙体钢骨架抗剪承载力得到有效提高,因而可将此种墙体应用到实际工程中。角撑加强型组合墙体在地震作用下的抗剪承载力等效抗力分项系数在墙体为钢骨架及单面板墙体时取1.5,双面板墙体时取1.45,该结论也可对规范的修订提供参考。

关键词：冷弯薄壁型钢组合墙体角部支撑抗震性能试验与有限元研究

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