开孔冷弯薄壁型钢结构波纹钢板组合墙抗震性能研究

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随着多层冷弯薄壁型钢结构住宅作为一种新型的住宅结构体系在我国开始发展,人们对这种结构体系在高度上的需求有更多的期望,然而制约此种结构高度的主要因素是抗震能力。由冷弯薄壁型钢骨架、外墙板和内墙板通过自攻螺钉连接而成的冷弯薄壁型钢组合墙体作为冷弯薄壁型钢结构住宅的主要承重构件和抗侧力构件,其抗剪性能的研究对制定相关规范和加速多层冷弯薄壁型钢结构住宅体系在我国的推广应用很有意义。  本文在阅读大量有关文献的基础上,根据对组合墙体水平受力和墙面板屈曲的理论分析,设计出在高强压型钢面板上开孔(非门窗开洞)的新型冷弯薄壁型钢结构组合墙体,并采用试验和非线性有限元分析两种方法,对墙体的抗剪性能进行了研究。文中选用足尺试件,测定了在水平方向单调和低周反复两种加载方式下,不同自攻螺钉间距压型钢面组合墙体的抗剪承载力;对无孔、开圆孔和开狭缝的三类单面墙面板组合墙体的抗剪承载力、延性系数、耗能能力进行了研究。详细介绍了试验装置、实验方法、试件的破坏过程以及对试验数据的分析处理。试验结果表明:对于压型钢面板的组合墙体自攻螺钉间距在墙体外边缘适合在60mm-80mm之间,内部适合120mm-160mm之间,间距过小或过大均不利于墙体的抗剪性能;开孔对墙体抗剪强度有一定削弱,但能较大的提高墙体的延性和耗能能力;开孔墙体破坏方式主要从开孔处先发生破坏,开孔处未破坏前,同等荷载下,能有效保护自攻螺钉的连接。开孔处破坏后,开孔周围破坏范围随墙体位移的增加而扩大,但能保护墙体的整体稳定性,使墙体持有足够的竖向承载力;开孔方式应避免在开孔处留下较大残余应力,开孔面积不宜过大,否则会加大墙体抗剪强度的降低程度,同时缩小延性、耗能能力的提高。  有限元分析部分对单调加载作用下的试件进行模拟,同时考虑了材料非线性和几何非线性问题。采用ABAQUS软件中的塑性壳单元模拟墙体各构件,墙体的自攻螺钉连接处采用耦合的方法处理。有限元分析结果与试验值吻合良好,从而证明了有限元分析方法的正确性和可行性。
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