X型CCA板填充墙钢框架试验及有限元研究

摘要

近年来，随着国家大力推动钢结构装配式建筑的发展，我国装配式填充墙钢框架结构体系得到了广泛应用。装配式填充墙框架的材料强度具有显著的变异性并且该结构的破坏模式为脆性破坏，抗震性能难以预测。在框架结构设计中，填充墙通常被当做“非结构构件”，不参与结构的抗震计算。但在实际工程中，填充墙会对框架结构的受力性能产生一定的影响，并且在侧向荷载作用下其自身也会出现开裂现象。因此，为了改善填充墙与框架的协同受力性能和减少填充墙在侧向荷载作用下的开裂，需要对填充墙设置一定的构造措施。
　　CCA板填充墙是以冷弯薄壁型钢为骨架，两侧分别外装CCA板,内嵌EPS轻集料混凝土而构成的轻质复合墙体。为了减少常规CCA板填充墙的开裂，改善CCA板填充墙与钢框架的协同受力性能，本文设计了填充墙两侧带缺口的“X”型CCA板填充墙钢框架。为了研究X型CCA板填充墙的破坏特征和X型CCA板填充墙与钢框架的协同受力性能，对1榀1:2缩尺的单层单跨纯框架、1榀常规CCA板填充墙钢框架及1榀X型CCA板填充墙钢框架进行了低周往复荷载试验以及有限元模拟研究。研究结果表明：
　　(1)常规CCA板填充墙出现裂缝时的位移角约为1/150，X型CCA板填充墙出现裂缝时的位移角约为1/100，X型构造使CCA板填充墙开裂得到延缓。
　　(2)与纯框架相比，常规CCA板填充墙钢框架和X型CCA板填充墙钢框架的初始刚度均有所提高。由于CCA板开裂及压碎、EPS混凝土压碎、龙骨变形的原因，两者刚度退化速率均比纯框架要快。
　　(3)与常规构造相比，X型构造使CCA板填充墙钢框架结构的初始刚度减少了约6%，并且X型构造减缓了CCA板填充墙框架在墙板开裂之后的刚度退化速率。
　　(4)X型CCA板填充墙破坏特征：加载初期，CCA板填充墙的裂缝主要分布在角部以及自攻螺钉周围；随着柱顶侧向位移增加，自攻螺钉附近CCA板被压碎向外鼓起，CCA板拼接处裂缝延伸。加载末期，加载点附近CCA板角部裂缝贯通，非加载点附近CCA板顶部被压碎。
　　(5)常规CCA板填充墙钢框架和X型CCA板填充墙钢框架的滞回性能、承载能力等受力性能均优于纯框架。与常规构造相比，X型构造对钢框架结构的滞回性能、承载能力等受力性能的影响较小。
　　(6)由于CCA板填充墙的破损过程参与了钢框架结构的滞回耗能，使钢框架结构的耗能能力得到了一定的提高。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景

1.2装配式填充墙框架结构发展中存在的主要问题

1.3装配式填充墙框架结构国内外研究现状

1.4本文研究的主要内容和方法

第2章 填充墙对框架结构受力性能的影响

2.1引言

2.2填充墙对框架结构的有利影响

2.3填充墙对框架结构的不利影响

2.4填充墙框架的平面内性能

2.5填充墙框架的平面外性能

2.6内嵌CCA板填充墙对钢框架结构受力性能的影响

2.7本章小结

第3章 X型CCA板填充墙钢框架试验研究

3.1试验概况

3.2试验现象

3.3试验结果分析

3.4 本章小结

第4章 X型CCA板填充墙钢框架有限元研究

4.1 ABAQUS有限元软件介绍

4.2填充墙框架有限元分析的基本步骤

4.3有限元模型的建立

4.4低周往复荷载作用下的有限元结果分析

4.5试验与有限元对比分析

4.6本章小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加的科研工程实践

致谢