冷弯薄壁C型钢梁柱半刚性节点实验及有限元分析

摘要

在北美及欧洲等发达国家，冷弯薄壁轻钢龙骨结构体系是低层住宅建筑中被广泛采用的一种结构形式。与传统住宅结构相比，轻钢住宅具有标准化程度高、空间布置灵活、抗震性能好、可工业化生产、建设周期短等特点。 由于冷弯薄壁轻钢龙骨结构体系的特殊构造，如果按节点刚接的框架提取力学模型，将高估结构的承载能力；而如果按节点铰接的排架提取力学模型，当柱脚也采用此种构造形式时，又会形成机构，使计算无法进行。因此，为了合理正确地预测此种体系的实际受力性能，应在结构的分析和设计中考虑真实连接的非线性即半刚性连接的影响。 本文取冷弯薄壁轻钢龙骨住宅钢结构中用自攻螺钉连接的C型钢梁柱节点为研究对象，对节点的连接性能作了如下三部分研究工作： (1)20个自攻螺钉连接试件的抗剪承载力试验。在参照国外蒙皮连接试件实验标准的情况下，通过20个试件的试验研究和数据分析，初步了解自攻螺钉连接件的破坏模式，提出了自攻螺钉的实际材料性能指标。另外通过试验，还提出了保证自攻螺钉连接质量的具体措施。 (2)8个足尺自攻螺钉连接的冷弯薄壁C型钢梁柱节点的试验。实验针对连接节点的刚度即连接的M-θ曲线进行了测试，并着重研究梁柱节点的两种破坏模式，分析了板域的应力分布以及构件的板厚、连接螺钉的数量、直径以及螺钉间距对连接节点刚度的影响。最后，在采用非线性回归分析的基础上，拟合出一个M-θ曲线的数学模型，供编制重庆市地方标准《轻型钢结构住宅技术规程》参考。 (3)通过梁柱节点的有限元模拟对比分析，进一步研究构件的板厚、连接螺钉的数量、直径以及螺钉间距对连接节点的刚度影响以及对板域的应力分布的影响。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1引言

1.2半刚性连接节点性能

1.3半刚性连接的国内外研究现状

1.3.1连接性能的研究方法

1.3.2冷弯薄壁型钢半刚性连接节点的研究现状

1.4本文的研究内容

2自攻螺钉的抗剪承载力试验研究

2.1本试验范围和目的

2.2连接剪切试验

2.2.1试件尺寸

2.2.2试件制作

2.2.3试验过程

2.3试件破坏模式

2.4试验结果和分析

2.4.1试件试验数据

2.4.2自攻螺钉抗剪强度

2.5 小结

3自攻螺钉连接冷弯薄壁C型钢梁柱节点试验

3.1冷弯薄壁C型钢梁柱节点试验的目的

3.2试验方案的确定

3.3试件设计

3.3.1试件尺寸

3.3.2试件的材料性能

3.3.3试件的制作

3.4试验加载装置与加载制度

3.5试验测定装置和数据采集方法

3.6试验结果及数据分析

3.6.1 A组试验结果及数据分析

3.6.2 B组试验结果及数据分析

3.6.3梁柱节点的破坏模式

3.6.4梁柱节点M-θ曲线数学模型的建立和对比分析

3.7小结

4冷弯薄壁C型钢梁柱节点有限元分析

4.1有限元分析目标

4.2有限元分析建模

4.2.1单元类型

4.2.2材料性质

4.2.3几何建模及单元划分

4.2.4荷载及边界条件

4.3计算结果及分析

4.3.1分析结果说明

4.3.2构件C1、C4和试验对比分析

4.3.3构件C1、C2、C3对比分析

4.3.4构件C3、C4、C5对比分析

4.4小结

5结论和建议

5.1结论

5.2建议

致谢

参考文献