适用于低层农居的复合墙板轻钢框架结构抗震性能试验研究

摘要

装配式钢结构性能优良，绿色环保，将其应用于中国农村住宅，能够改进传统农居的抗震性能，节约资源能源，促进装配式钢结构的应用发展。目前，适用于装配式钢结构中的绿色墙材较少，且存在成本高、易开裂的缺点。为了降低装配式钢结构及围护结构的成本，提高农村住宅的建筑质量，促进装配式钢结构及绿色墙材在农村地区的推广和应用，本文首先提出一种以工业废渣和植物纤维为主要材料、造价低廉、抗裂性能好的新型绿色墙材—纤维石膏基复合墙材，通过试验确定了纤维石膏基复合墙材的最佳配比；在此基础上，制作了纤维石膏基复合墙板，设计了缩尺比例为1∶4的3榀单层单跨的轻钢框架及两种墙框连接方式。其中，墙框刚性连接采用L型角钢固定复合墙板，墙框柔性连接采用Z型连接件连接墙板。试验研究了纤维石膏基复合墙板轻钢框架结构的抗震性能。 本文具体研究工作如下： （1）进行了纤维石膏基复合墙材的配比试验，研究了激发剂、植物纤维、水胶比和减水剂对复合墙材基本力学性能的影响，确定了纤维石膏基复合墙材的最佳配比。结果表明，NaOH、生石灰、水泥的最佳掺量分别为0.5%，8%，10%，该复合墙材选用苎麻纤维和萘系减水剂为宜，最佳掺量分别为2%和1%，最佳水胶比为0.38，所有组分均在脱硫石膏、粉煤灰和矿渣质量和的基础上按质量比外掺。 （2）进行了1榀纯轻钢框架试件、1榀刚性连接纤维石膏基复合墙板轻钢框架试件和1榀柔性连接纤维石膏基复合墙板轻钢框架试件的水平往复加载试验，重点考察了其滞回性能和破坏形态，并通过对滞回数据的计算，得到了试件的骨架曲线、强度退化曲线、刚度退化曲线和耗能能力。结果表明，在水平荷载作用下，纤维石膏基复合墙板能提高轻钢框架的抗侧刚度和耗能能力，二者具有良好的协同工作性能；无论是刚性连接还是柔性连接，复合墙板均未遭受较大破坏，表现出良好的耐损伤能力；柔性连接中，Z型连接件能够使复合墙板适应钢框架的变形并产生随动性，减小墙板的破坏，起到摩擦耗能的作用；纤维石膏基复合墙板轻钢框架结构具有良好的抗震性能和安全等级，能够应用于低层农居。 本文的研究成果对纤维石膏基复合墙板的生产、施工以及纤维石膏基复合墙板轻钢框架结构的应用提供一定的理论依据。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状综述

1.2.1 装配式钢结构的研究现状

1.2.2 新型墙体材料的研究现状

1.2.3 填充墙-钢框架结构的研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 填充墙的破坏形态及计算模型

2.1 引言

2.2 填充墙的种类

2.2.1 砌块类

2.2.2 板材类

2.3 填充墙的破坏形态与失效模式

2.3.1 破坏形态

2.3.2 失效模式

2.4 墙框连接方式

2.4.1 内嵌式

2.4.2 外挂式

2.5 墙框计算模型

2.5.1 等效斜撑杆模型

2.5.2 等效三压杆模型

2.5.3 并联模型

2.6 本章小结

第3章 纤维石膏基复合墙板材料配比试验研究

3.1 引言

3.2 试验概况

3.2.1 试验原材料

3.2.2 试样制备

3.2.3 试验方法

3.3 试验数据分析

3.3.1 极差分析

3.3.2 协同水化反应机理

3.4 植物纤维对复合墙材的影响作用

3.4.1 对复合胶凝材料力学性能的影响

3.4.2 破坏形态

3.4.3 纤维增强机理分析

3.5 水胶比对复合墙材的影响作用

3.6 减水剂对复合墙材的影响作用

3.7 本章小结

第4章 复合墙板轻钢框架结构抗震性能试验概况

4.1 引言

4.2 试验目的

4.3 试件设计与制作

4.3.1 试件概况

4.3.2 试件制作过程

4.4 试验方案

4.4.1 加载制度

4.4.2 数据采集

4.4.3 测量内容与试验装置

4.5 材性试验

4.5.1 钢材的材性试验

4.5.2 纤维石膏基复合墙板材性试验

4.6 本章小结

第5章 复合墙板轻钢框架结构抗震性能试验分析

5.1 试验现象描述

5.1.1 试件GKJ1

5.1.2 试件GKJ2

5.1.3 试件GKJ3

5.1.4 破坏现象总结

5.2 试验结果分析

5.2.1 滞回曲线分析

5.2.2 骨架曲线分析

5.2.3 强度退化分析

5.2.4 刚度退化分析

5.2.5 耗能分析

5.3 本章小结

结论和展望

结论

展望

参考文献

致谢

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