装配式冷弯薄壁型轻钢建筑材料发展动态

近年来,中央和地方政府密集出台多项政策,推动装配式建筑发展。装配式冷弯薄壁轻钢建筑作为绿色装配式建筑的代表,更受到国内外的青睐。重点介绍了此种新型建筑体系的特点、对材料的性能要求,并通过典型案例进行浅析。并就这种建筑住宅体系在国内发展存在的问题和发展前景进行了分析。     

水平荷载作用下冷弯薄壁型钢剪力墙的失效机制与设计方法

为研究水平荷载作用下冷弯薄壁型钢剪力墙的失效机制和设计方法,对6片冷弯薄壁型钢剪力墙的足尺试件进行低周反复加载试验,分析了墙体高宽比、墙面蒙皮板配置和边龙骨配置对剪力墙的破坏机理、抗侧刚度、承载力、滞回性能和延性性能的影响.试验结果表明,冷弯薄壁型钢剪力墙在水平荷载作用下的破坏模式可分为剪切破坏和弯曲破坏2类.墙体高宽比、抗剪能力与抗弯能力的强弱配置关系是影响墙体破坏机制的2个重要因素.冷弯薄壁型钢剪力墙的抗侧刚度和承载力能力随着边龙骨配置的增强而增大,随着高宽比的增大而减小.针对抗震性能等级为性能Ⅲ和性能Ⅳ的冷弯薄壁型钢剪力墙,建议进行强弯弱剪设计,放大系数取1.1,以确保剪力墙在地震作用下具备良好的延性.     

冷弯薄壁型钢半刚性连接研究综述

在冷弯薄壁型钢中,节点的连接方式多为螺栓连接或自攻螺钉连接,在实际的工程设计中,这种连接方式往往被简化为理想铰接模型来计算,但实际上该种连接具有承担一定弯矩的能力,同时也会产生一定的变形。半刚性设计理论的提出,为设计人员对钢结构工作性能的正确评估提供了一种新方法。文章概述了近年来国内外研究冷弯薄壁型钢半刚性连接的各种方法,并对半刚性连接的特性(M-θ关系)进行了分析,主要侧重于半刚性连接的研究及其计算模型。     

秸秆草砖-冷弯薄壁型钢组合墙抗压性能

对水稻秸秆草砖与冷弯薄壁型钢的组合墙体的抗压承载性能进行了试验研究。试验设计并制作了由水泥砂浆作为保护层的秸秆草砖-冷弯薄壁型钢组合墙体,通过分级加载的方式对墙体进行了轴压试验。试验结果表明:当组合墙体到达极限承载力时,墙体内部钢柱均已屈服,墙体表面出现不同程度的裂缝且短边两侧墙面出现鼓包,近钢侧墙面平面外位移大于远钢侧墙面。此外结合中外冷弯薄壁型钢的规范及研究对组合墙体抗压承载力进行了探讨,得出秸秆草砖作为墙体内部填充物能够明显的提高钢柱的承载力,以及当长度系数取0.35时按中国规范计算的抗压承载力与试验值相符合程度更高的结论。     

冷弯薄壁卷边型钢构件有限条法屈曲计算误差分析

通过对不同长度C型和Z型截面冷弯薄壁型钢构件进行屈曲临界荷载计算,将有限条法(FSM)计算结果和有限元法(FEM)计算结果进行对比,分析了有限条法计算误差产生的原因;并且归纳了有限条法在冷弯薄壁型钢构件屈曲分析中的适用范围。算例分析表明,有限条计算结果中只有长细比较大且发生一个半波屈曲的情况才与实际相符合。     

冷弯薄壁型钢自攻螺钉连接抗剪性能试验研究

介绍单颗自攻螺钉连接件和多颗自攻螺钉连接件的试件制作、加载装置及它们抗剪承载力的试验全过程.根据试验过程和破坏现象,总结不同试件的荷载-变形曲线、抗剪承载力试验值及破坏模式.依据各国规范及相关文献,结合试验数据,验证中国规范GB 50018-2002及美国AISI规范对于计算单颗螺钉抗剪承载力的可行性及可靠性.通过探讨不同母材厚度、不同螺钉数目、不同螺钉排列方式及不同螺钉间距对自攻螺钉连接抗剪承载力的影响,总结得到自攻螺钉连接抗剪试验破坏的几个阶段、主要破坏模式和影响因素:(1)螺钉数目及间距是影响自攻螺钉连接抗剪性能的最主要因素;(2)螺钉排列方式对连接的抗剪性能影响较小;(3)在某些破坏模式下,母材厚度也是影响连接件抗剪性能的主要因素之一.通过对试验数据统计分析,发现自攻螺钉群的抗剪承载力具有“群体折减效应”,并给出能反映“群体折减效应”的螺钉群效率系数的分布范围,发现螺钉间距及数目也是影响效率系数的主要因素.     

冷弯薄壁型钢四肢组合受弯构件承载力研究

针对冷弯薄壁型钢四肢组合箱形截面受弯构件,建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型,进行了其承载力的数值分析.数值分析所得构件的破坏模式、极限承载力和荷载-挠度曲线与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的可靠性.采用这一模型就钉距、截面高度、宽度及初始缺陷等对构件极限承载力的影响进行了一系列参数分析.提出了构件实用设计和计算的折减系数法,与现有AISI和中国规范基于有效宽度法的计算结果进行了比较,证明现有规范计算结果偏于保守,本文方法与数值分析结果吻合较好、简便可行.     

冷弯薄壁型钢组合墙体简化计算模型研究

组合墙体作为冷弯薄壁型钢结构体系的主要承重和抗侧力构件,其受力性能对房屋整体结构抗震性能的影响应重点关注. 基于此,建立冷弯薄壁型钢组合墙体简化计算模型,采用非线性对角弹簧模拟分析组合墙体的剪切变形,设置梁式杆件模拟分析组合墙体的弯曲变形,且墙体门窗洞口的影响也可在模型中体现. 借鉴日本规范建议的墙体等代拉条法,推导出简化计算模型中对角弹簧轴向刚度的计算方法. 结合组合墙体拟静力加载试验,验证了组合墙体简化计算模型的正确性,该模型满足基于弹性的设计要求,不适用于结构的弹塑性分析. 最后,基于组合墙体的简化计算模型,参照振动台试验试件建立了3层冷弯薄壁型钢结构房屋的有限元模型,通过弹性动力时程分析验证了组合墙体简化计算模型的正确性,可为轻钢结构的抗震设计提供参考.     

冷弯薄壁型钢轻混凝土组合墙体抗弯性能有限元分析

目的 研究冷弯薄壁型钢轻混凝土组合墙体抗弯性能,为该类墙体的设计和工程应用提供参考.方法 应用有限元软件ABAQUS建立精细化组合墙体模型,在数值模拟与试验结果吻合的基础上,分析钢材屈服强度、竖肋数量、横肋数量、轻质混凝土强度、螺钉间距等参数对冷弯薄壁型钢轻混凝土组合墙体抗弯性能的影响.结果 随着钢材屈服强度、轻质混凝...     

冷弯薄壁型钢螺钉连接抗剪性能试验研究

进行了149个冷弯薄壁型钢螺钉连接试件的抗剪性能试验,主要考察螺钉端距、间距、排列方式以及螺钉数目、连接板件材料等因素对抗剪承载力的影响.分析了现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018-2002)对壁厚1.5mm以下薄钢板螺钉连接抗剪承载力设计计算方法的适用性.针对规范GB 50018-2002对螺钉连接斜拔承压破坏抗剪承载力计算的规定,提出了考虑群效应的螺钉连接抗剪承载力设计计算方法.基于对钢板净截面拉断破坏时净截面的平均应力水平分析,给出了相应的验算公式.最后,参考澳洲规范AS/NZS 4600∶2005,提出了避免发生螺钉剪断破坏的方法.     

冷弯薄壁型钢构件稳定性的计算方法

冷弯薄壁型钢是轻钢结构中的一种新型材料,在受压和受弯时主要发生局部屈曲、畸变屈曲和整体屈曲三种基本的失稳屈曲形式。文章着重介绍冷弯薄壁型钢构件稳定性的计算方法,即有效宽度法和直接强度法,并通过算例对这2种方法进行了比较,说明了它们的使用范围及精度。     

冷弯薄壁型钢-细石混凝土组合梁抗弯性能研究

为研究冷弯薄壁型钢-细石混凝土组合梁的抗弯性能,对3个不同抗剪构造的组合梁进行了单调静载试验,考察了组合梁的破坏形式、承载能力等.组合梁的破坏特征为托梁腹板剪切破坏并出现扭转,托梁上翼缘屈服、部分抗剪螺钉拔起、混凝土出现贯通裂缝继而组合梁发生整体破坏.试验结果表明：设置抗剪件对组合梁极限承载力无显著影响但可提高组合梁抗弯刚度.建立ANSYS有限元模型进行数值模拟,并对验证后的有限元模型进行变参数分析,研究结果表明：减小螺钉间距、提高钢材强度、增加托梁腹板高度、增加混凝土厚度均会提高组合梁承载力.最后,基于考虑托梁腹板高度、螺钉间距等影响因素修正系数η,提出了组合梁抗弯极限承载力公式,并与试验结果、有限元结果对比,验证了公式的正确性.     

冷弯薄壁型钢加劲腹板错列开孔柱轴压承载力研究

通过ABAQUS有限元软件对冷弯薄壁型钢加劲腹板错列开孔柱的轴压性能进行了研究. 通过比较试验和有限元分析获得的破坏模式、荷载-位移曲线以及极限承载力,发现二者具有良好的一致性,从而验证了有限元模型的准确性. 基于验证的有限元模型,分析了开孔间距、孔型、长细比、腹板加劲肋板件高度以及翼缘宽厚比等对冷弯薄壁型钢加劲腹板错列开孔柱的受力性能的影响. 结果表明：所有构件的破坏模式均以畸变屈曲失效破坏为主. 增加错列开孔之间的间距可提升构件的极限承载力,且错列开孔构件的承载力相较并排开孔的构件可提升10%以上. 孔型对构件的极限承载力影响较小. 随着腹板加劲肋板件高度的增加,构件的极限承载力总体呈上升趋势. 相较V形加劲截面构件,Σ形加劲截面构件的极限承载力提升约6.5%. 随着构件长细比的增大和翼缘宽厚比的增加,构件的极限承载力均会有所下降.     

冷弯薄壁型钢中间加劲板件有效面积计算方法

基于超薄壁高强冷弯型钢槽形截面轴压构件承载力试验研究,参考美国冷成型钢结构构件设计规范、澳洲冷成型钢结构规范和北美冷成型钢结构构件设计规范的计算方法,并结合我国现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》的三类不同加劲板件的有效面积计算公式,对中间加劲板件有效面积的合理计算方法进行了探讨,提出了与我国现行规范有效面积计算方法相一致...     

冷弯薄壁型钢拼合箱形柱的畸变屈曲性能研究

为研究冷弯薄壁型钢(CFS)拼合箱形截面柱的畸变屈曲性能,首先对9根C形截面柱、9根U形截面柱及21根由C形和U形拼合而成的箱形截面柱进行轴压试验研究和数值模拟分析,考察其屈曲模式特征和受力特性.在此基础上,提出一组假设模型以研究螺钉间距对拼合箱形截面柱变形特征和极限承载力的影响规律及其与试件半波长之间的关系.研究结果表明:1)不同螺钉间距的试件,畸变屈曲半波数量和半波长(λc)均不相同.2)螺钉间距小于0.9λc时,箱形截面柱的承载力大于C形和U形柱的承载力之和,即1+1>2的拼合效应.3)螺钉间距大于0.9λc时,箱形截面柱的承载力逐渐接近C形和U形柱的承载力之和,即1+1≈2.为计算CFS拼合箱形截面柱的极限承载力,在美国规范中直接强度法的基础上提出了一种计算箱形截面柱畸变屈曲弹性临界荷载的方法,将计算的临界屈曲荷载用于直接强度法以得到拼合箱形截面柱的极限承载力,理论计算结果与试验及有限元结果均比较吻合,验证了本文提出方法的准确度和适用性.     

多层冷弯薄壁型钢结构房屋风致响应试验

多层冷弯薄壁型钢结构房屋属于风敏感结构,为研究基本风压及风向角等因素对该结构房屋风致响应的影响,对某4层房屋缩尺气弹性模型进行了风洞试验。结果表明：随风向角增加,顶层侧移先增大后减小,风向角为90°时又增大,且为横风向振动所致,但仅当风压达到1.18 kN/m²后顶层侧移才超限,在风向角为45°时各层层间侧移均超限;随风向角增加,加速度先减小后增大,在0°和90°时来流引起的横风向振动对加速度影响明显,当基本风压大于0.6 kN/m²时,建议采用增加阻尼等措施减小加速度过大带来的振动问题;随偏角增加加速度呈非线性变化,功率谱中高阶振型贡献明显,在风致加速度响应计算中应对高阶振动给予更多考虑,且自振频率应避开加速度峰值段的频率。     

冷弯型钢成型辊设计

阐述了冷弯型钢的加工工艺，原理及成型辊的技术设计步骤和参数确定，从理论上对其进行了详细的分析，所设计的冷弯型钢成型辊先进，合理。     

冷弯薄壁型钢桁架组合楼盖抗弯性能试验研究

文章进行了3块冷弯薄壁型钢桁架-压型钢板混凝土组合楼盖试件和1块冷弯薄壁钢桁架-ALC板组合楼盖试件的抗弯性能试验,详细考察了组合楼板在均布荷载作用下的应变分布规律和破坏模式,研究了荷载-挠度曲线和荷载-应变曲线。试验研究表明:组合楼盖的抗弯承载力随着抗剪连接件个数的增加和节点连接强度的增大而增加;组合楼盖在承受相同弯矩的情况下,冷弯薄壁型钢桁架-ALC板组合楼盖产生的最大挠度明显大于冷弯薄壁型钢桁架-压型钢板混凝土组合楼盖产生的最大挠度。研究结果将为冷弯薄壁型钢组合楼盖的设计和应用提供参考依据。     

冷弯薄壁型钢-OSB双向板组合楼盖试验研究

为了研究冷弯薄壁型钢与定向结构刨花板(oriented strand board, OSB)板连接而成的双向板组合楼盖的抗弯承载力性能,设计制作一个3.7 m×3.7 m的足尺组合楼盖试件,在四边简支条件下对其进行单调静力堆载试验,并建立了冷弯薄壁型钢-OSB板组合楼盖的非线性有限元分析模型。在此基础上,通过改变OSB板梁腹板高度、冷弯薄壁型钢板厚度与螺钉间距来分析各参数对组合楼盖受力性能的影响。试验结果表明：OSB板与冷弯薄壁型钢能够很好地协同工作,变形符合平截面假定。试件x与y两个方向上的组合承重梁荷载-挠度(P-Δ)曲线变化情况基本一致;随着梁腹板高度、钢板厚度的增加,组合楼盖的抗弯承载力明显增加;梁底冷弯薄壁型钢与OSB腹板的端部构造可以有效减小钢木接触截面的滑移变形。可见该组合楼盖双向受力性能良好,增加梁腹板高度,增大钢板厚度与适当减小螺钉间距均能提高楼盖的承载能力。