钢框架内嵌连接轻钢龙骨注浆复合墙板结构抗震性能试验研究

轻钢龙骨注浆复合墙板作为建筑工业化的低层承重墙板或高层围护墙板,由于其自重轻、易安装,在工程中有很好的应用前景.然而目前国内外尚缺乏在地震作用下钢框架内嵌连接轻钢龙骨注浆复合墙板结构的试验数据和分析结果.开展了2榀钢框架内嵌连接轻钢龙骨注浆复合墙板结构试件和1榀轻钢龙骨注浆复合墙板试件的水平低周往复加载试验,研究参数为墙板开洞和框架设置,系统分析了结构的受力机制、破坏模式和耗能机理,得到承载力、刚度、延性系数和耗能能力等指标,揭示此类墙板与钢框架在地震作用下的滞回性能和协同受力特性.研究结果表明,钢框架与轻钢龙骨注浆复合墙板采用内嵌式连接方式具有良好的抗震性能和变形能力,在地震作用下具有很好的整体性能和协同受力性能,满足结构抗震设计要求;墙板开洞会对整体结构的初始刚度和抗侧极限承载力有一定削弱.研究成果将为轻钢龙骨注浆复合墙板在国内多、高层装配式钢结构工程中的应用和推广提供参考依据.     

预制轻钢混凝土外挂墙板抗弯性能试验

新型预制轻钢复合混凝土外挂墙板是一种结构保温一体化预制外挂墙体系统,以轻钢龙骨为骨架,以高性能混凝土板作为外面板与龙骨通过剪力钉连接,内填保温材料并辅以水泥纤维板为内面板形成一体化墙板,工厂预制,现场吊装,起到建筑外围护作用。通过对该组合墙板四点弯曲试验结果与有限元模拟结果的对比,得出了不同构造对组合墙板抗弯性能的影响规律。试验结果表明:该墙板具有良好的整体受力性能,墙体中的轻钢龙骨对整体的抗弯承载力贡献较大,可明显提高组合墙板的刚度。有限元模拟结果表明:增加混凝土厚度可以提高墙板整体受力性能,但提升幅度不大;为提高墙板保温性能而设置的保温层的厚度对墙板承载力有较大影响。     

预制轻钢轻混凝土外墙板受弯性能试验研究

预制轻钢轻混凝土外墙板是以轻钢龙骨为骨架,骨架一侧设置硅酸钙板,内部填充聚苯颗粒混凝土的预制轻质墙板。为研究墙板受弯性能,对硅钙板位置、轻混凝土强度、轻钢龙骨规格、龙骨腹板开孔、横龙骨间距等影响因素进行对比试验。研究表明:在面外荷载作用下,由于轻混凝土对轻钢的约束作用,预制轻钢轻混凝土墙板总体表现为轻钢龙骨受拉屈服破坏;墙板的抗弯承载力随着轻混凝土强度提高而增大;墙板一侧的硅酸钙板作为受拉面时,墙板的受弯承载力大于其作为受压面时墙板的受弯承载力;轻钢龙骨腹板开孔降低了墙板的受弯承载力;轻钢横龙骨对墙板承重受力性能影响不大。     

装配式变电站钢结构硫氧镁复合外墙板抗弯承载能力研究

为提高墙板的承载能力和保温性能,将硫氧镁材料与冷弯薄壁型钢有效地组合形成硫氧镁复合墙板。为了考察复合墙板的抗弯性能,模拟墙板的实际工作条件,对足尺墙板进行了加载试验。结果表明,硫氧镁-轻钢龙骨复合墙板的抗弯承载力基本上由轻钢龙骨承担,且远高于GB/T 30100—2013《建筑墙板试验方法》要求;在达到极限荷载时,墙板与钢梁的连接件未出现明显破坏,硫氧镁复合墙板及其与钢梁的节点连接件具有足够的承载能力。     

半内嵌式带肋外墙板抗风有限元分析

外墙板作为装配式建筑的主要外围护结构,影响装配式建筑的发展。提出了一种半内嵌式带肋外墙板,利用ABAQUS有限元软件建立模型,分析在正、负风压下墙板本身的受力及变形情况。同时,考虑不同轻钢龙骨厚度对墙板在水平风荷载作用下抗弯性能的影响。结果表明:随着轻钢龙骨厚度的增大墙板的挠度减小,抗风承载力提高;相同条件下,墙板在正风压作用下的承载力远高于负风压作用下的承载力;墙板的变形均能满足大部分地区100 m以内的建筑抗风承载力要求。     

腹板开孔轻钢龙骨在均布荷载作用下的抗弯性能有限元分析

利用有限元软件ABAQUS对腹板开孔的轻钢龙骨在均布荷载作用下的抗弯性能进行了分析。将有限元分析结果与有限条分析软件CUFSM的分析结果及试验结果进行对比分析,验证了ABAQUS在分析腹板开孔轻钢龙骨抗弯性能时的可靠性。在此基础上,考虑腹板开孔排数、钢板厚度、腹板高度等参数的影响,研究了轻钢龙骨在均布荷载作用下的抗弯性能及龙骨的破坏模式,并确定影响墙体抗弯性能的主要因素。根据分析结果,建议龙骨腹板通长开孔,以方便实现工业化批量生产。     

轻钢龙骨夹芯复合墙板平面外承载性能数值分析

采用数值模拟计算分析的方法,对轻钢龙骨夹芯复合墙板的平面外承载性能进行研究,分析轻钢龙骨夹芯复合墙板抗弯最大变形处的挠度、构件应力与施加荷载的一一对应关系;在基本分析模型计算基础上改变基本参数,分析得到了方钢管规格、方钢管布置间距、板材力学性能等参数对墙体平面外承载性能的影响。     

轻钢龙骨混凝土复合外挂墙板力学性能试验研究

复合墙板性能关系着结构的安全,在新设计建造的轻钢龙骨复合墙板投入使用前应进行力学性能试验,以评估其安全性能。为研究墙板的受力变形过程及破坏形态,对两片不同的轻钢龙骨混凝土复合外挂墙板分别进行四点弯曲试验和低周反复荷载试验。弯曲试验结果表明,弯曲过程中墙板出现裂缝时的计算等效均布荷载大于建筑风荷载标准值,抗弯性能满足受力要求。墙板经历了弹性阶段、弹塑性变形阶段和屈服破坏阶段,主要通过钢材屈服后的弹塑性变形和材料的破坏来实现耗能,屈服前耗能占总耗能的6.19%,屈服后累计耗能呈现二次抛物线增长,这一结果体现了墙板良好的抗震能力。研究结果可为实际应用提供依据。     

均布荷载作用下腹板开孔轻钢龙骨墙体受弯性能试验研究

为研究腹板开孔轻钢龙骨墙体中覆面板材对墙体受弯承载力的贡献,考虑龙骨腹板高度、自攻螺钉间距等参数的影响,对5片腹板开孔的轻钢龙骨墙体标准单元在均布荷载作用下的受弯性能进行了试验研究,分析试件的承载力、破坏模式、挠度、应变和剪力滞效应等。基于试验结果,建立了可考虑剪力滞效应的腹板开孔轻钢龙骨墙体标准单元有限元模型,将试验结果与有限元计算结果进行对比,验证了模型的可靠性。基于有限元模型,研究了石膏板厚度、龙骨间距和腹板高度对石膏板有效宽度的影响。试验结果表明：开设细长孔洞对龙骨腹板削弱较大,会引起剪力滞效应,并导致墙体在均布荷载作用下在支座附近发生腹板的剪切屈曲;对于厚度为100～200 mm的墙体,竖龙骨与石膏板间的自攻螺钉间距取300 mm即可保证石膏板与龙骨共同工作;在开孔比率相同的前提下,随着腹板高度的增加,墙体抗弯刚度及受弯承载力均有显著提高。所建立的腹板开孔轻钢龙骨墙体标准单元实体有限元模型能够合理考虑剪力滞效应,与试验结果吻合良好,试件初始刚度和承载力预测值与试验结果最大相差分别不超过6%和4%。有限元参数分析结果表明石膏板有效宽度主要受龙骨腹板高度影响。     

开孔龙骨墙体标准单元抗弯性能分析

利用ABAQUS建立腹板开孔的轻钢龙骨墙体标准单元有限元模型,在验证了模型可靠性的基础上,考虑腹板开孔排数、钢板厚度、腹板高度等参数的影响,对腹板开孔的轻钢龙骨墙体标准单元在均布荷载作用下的抗弯性能进行分析,分析墙体的破坏模式并确定影响墙体抗弯性能的主要因素。分析表明,在开孔比例相同的前提下,随着腹板高度的增加,墙体抗弯刚度显著提高,但抗弯承载力的提高幅度相对较小。综合考虑墙体造价与保温性能等因素,增加龙骨板件厚度是提高墙体抗弯刚度与抗弯承载力的最有效方式。天地龙骨腹板开孔不明显降低墙体抗弯性能,为提高墙体保温性能,可将天地龙骨腹板通长开孔。