大开洞冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪性能及承载力计算方法研究

摘要

目前国内外对于冷弯薄壁型钢组合墙体开展了一系列的研究，取得了较为丰富的成果，但对于开洞组合墙体抗剪性能的研究并没有系统展开，特别是对于常见墙体洞口尺寸的大开洞组合墙体（洞口宽度b>400mm，洞口高度 h>600mm），其理论设计依据并不完善；此外，国内外的绝大部分研究均只探讨了墙体在不承受竖向荷载的情况下的抗剪性能，但实际情况中，组成墙体的龙骨柱同时也需要承受竖向荷载，显然这种不考虑竖向荷载作用的影响而对墙体抗剪性能进行评价是不太合理的。本文结合已有试验成果，以大开洞冷弯薄壁型钢组合墙体为研究对象，对其抗剪性能及承载力进行了理论分析研究，主要完成了以下工作：
　　①本文结合已有试验成果，对大开洞冷弯薄壁型钢组合墙体的有限元数值模拟分析模型的适用性进行了研究。考查了不同分析单元在组合墙体数值模拟过程中的有效性和合理性。分析表明，采用杆单元配合单元生死技术实现对组合墙体骨架和墙面板的连接是行之有效的。
　　②本文对大开洞冷弯薄壁型钢组合墙体在无竖向荷载作用下的抗剪性能进行了系列变参数模拟分析。针对不同尺寸墙体，考查了不同开洞形式（窗洞、门洞和组合洞口）对组合墙体抗剪性能的影响规律。结论表明，开洞率是影响墙体抗剪承载力的主要因素。在一定的墙体尺寸下，其抗剪承载力随着洞口尺寸的增大而逐渐减小。其中洞口宽度的增加对组合墙体抗剪性能的影响更为显著；
　　③对大开洞冷弯薄壁型钢组合墙体在有竖向荷载作用下的抗剪性能进行了参数研究，以组合墙体在无竖向荷载作用下的抗剪性能为对比参数，考查了竖向荷载作用对组合墙体抗剪性能的影响。分析表明，竖向荷载会降低大开洞组合墙体的抗剪承载力，其值会随着竖向荷载的逐渐增大而进一步削减。
　　④考虑到现有设计规范中针对大开洞组合墙体均采用不考虑洞口上下墙体对抗剪能力的贡献的设计思路偏于保守，本文结合我国规范中的相关设计规定，基于数值模拟分析的结果，对已有设计规范针对大开洞冷弯薄壁型钢组合墙体的抗剪承载力计算公式进行了评价及修正。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 冷弯薄壁型钢结构住宅体系的优势

1.3 国内外对冷弯薄壁型钢开洞组合墙体抗剪性能研究

1.4 本文的工作

2 冷弯薄壁型钢组合墙体有限元模型的建立

2.1 引言

2.2 组合墙体各组成构件单元确定

2.3 材料和几何非线性问题

2.4 建模分析

2.5 本章小结

3 组合墙体有限元分析模型合理性验证

3.1 墙体无洞口模型2430-0有限元分析验证

3.2 墙体窗洞口模型2430-CD-0912有限元分析验证

3.3 墙体有洞口模型2430-MD-0921有限元分析验证

3.4 本章小结

4 冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪性能参数分析

4.1 引言

4.2 参数模型

4.3 洞口宽度对组合墙体抗剪性能的影响

4.4 洞口高度对组合墙体抗剪性能的影响

4.5 开洞率对组合墙体抗剪性能的影响

4.6 竖向荷载作用对大开洞组合墙体抗剪性能的影响

4.7 本章小结

5 冷弯薄壁型钢开洞组合墙体抗剪承载力计算公式探讨

5.1 概述

5.2 大开洞组合墙体抗剪承载力计算公式探讨

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要研究成果及结论

6.2 后续研究工作的展望和建议

致谢

参考文献

附录