轻钢密立柱墙体的抗剪性能研究

摘要

该文研究目前正被推广使用的轻钢低层住宅体系墙体的抗剪性能.论文包括两大部分内容:墙体抗剪的试验研究和有限元模拟分析.试件的宽高分别是4m×3m、2m×3m,试件尺寸与工程实际墙体的比例为1:1.试件的立柱骨架为间距为500mm的C型卷边槽钢,两侧墙面板分别是12mm厚的石膏板和9mm厚的OSB定向刨花板,墙面板与立柱骨架用自钻自攻螺钉连接.同样尺寸的二个试件分别在顶端进行水平单调加载和水平方向低周往复加载抗剪试验一次,试验目的是测试墙体的不同高宽比对抗剪强度的影响以及墙体在单调加载及低周反复加载两种情况下的抗剪强度Pu并做出比较,从而对墙体构造及设计提出改进建议.试验结果发现:墙体试件的高宽比不同对延性系数μ、耗能系数E、抗剪系数等影响不大;相同尺寸、构造的墙体抗剪试件,进行往复加载试验时得到的抗剪强度比进行单调加载试验得到的结果低10％左右;通过试验得到该次抗剪试验墙体的延性系数μ在3.08~3.84之间,耗能系数E在1.0左右,墙体试件的抗剪强度在12~14kN/m之间.论文采用有限元分析软件ANSYS对进行单调加载试验的墙体试件进行了模拟分析.分析时分别采用考虑墙体试件细节的复杂有限元模型和简化模型两种方法进行.通过ANSYS分析计算,作者画出了墙体模型的顶点荷载侧移曲线和变形图.其中根据考虑细节的复杂有限元模型的ANSYS分析结果,作者还画出了各构件的应力云图.作者将有限元分析结果与试验结果进行了对比分析:考虑细节的复杂有限元分析模型的模拟结果在一定范围内较接近试验结果,采用有限元分析简化模型计算得到的墙体试件抗剪强度和试验结果更为接近.通过试验和有限元分析论证,作者认为:该墙体可满足工程实际应用,得出的有限元分析模型对以后的理论分析有一定的借鉴作用.

目录

文摘

英文文摘

声明及关于论文使用授权的说明

1引言

1.1课题提出的背景

1.2国外理论界对相关木结构墙体进行的试验和有限元分析

1.3国外理论界对轻钢密立柱结构墙体进行的试验分析

1.4国外对轻钢密立柱墙体进行的一些理论分析

1.5国内进行的相关研究

1.6本论文研究的主要内容

2墙体抗剪试验

2.1试验研究目的和内容

2.1.1试验目的

2.1.2试验内容

2.2试件和试验研究装置

2.2.1试件

2.2.2墙体材料性能

2.2.3试验装置

2.2.4仪表布置

2.3.加载制度和试验过程

2.3.1竖向荷载加载制度

2.3.2水平加载制度及试验破坏现象

2.3.3试件破坏现象分析

2.4试验结果整理说明

2.4.1水平荷载下墙体顶部侧移δ的计算

2.4.2按中国规范规定确定试件Pu、Py、△u、△y、μ、E的方法说明

2.4.3按日本规范规定确定试件Pu、Py、△u、△y’、△y、μ、Ds的方法说明

2.5试件试验结果整理汇总

2.5.1 BX-1试件试验结果整理

2.5.2 BX-2试件试验结果整理

2.5.3 BX-3试件试验结果整理

2.5.4 BX-4试件试验结果整理

2.5.5试件试验结果汇总

2.6试验结果分析

2.6.1滞回环分析

2.6.2四个试件荷载侧移曲线的对比分析

2.6.3各试件的延性和耗能性能分析

2.6.4各试件抗剪强度分析

2.7与国外的试验结果对比

2.8本章小结

3试验墙体有限元模拟

3.1材料特征的输入

3.1.1石膏板的本构关系

3.1.2.OSB板(定向刨花板)的本构关系

3.1.3.确定冷弯薄壁卷边槽钢或槽钢的本构关系

3.2受力模型初步力学分析

3.3受力模型的建立

3.3.1建模分析假设

3.3.2自钻自攻螺钉连接的模拟方法

3.3.3连接强度的确定

3.3.4模型简化措施

3.4选取单元以及网格划分

3.4.1.骨架选用单元

3.4.2石膏板和OSB定向刨花板选用单元

3.4.3连接单元的选用

3.4.4网格划分

3.4.5单元选取以及网格划分的验证

3.5求解及计算结果

3.5.1所采用的ANSYS算法说明及相关的有限元原理

3.5.2ANSYS求解结果分析

3.6本章小结

4工程实用简化方法有限元分析

4.1方法概述

4.2试件受力简化模型的建立

4.2.1计算模型

4.2.2有限元分析选用单元

4.2.3模型加载求解

4.3有限元分析结果分析

4.3.1 BX-1试件的有限元模型结果分析

4.3.2 BX-3试件的有限元模型结果分析

4.4本章小结

5结论和建议

5.1试验结论

5.2有限元理论分析得到的结论

5.3今后的工作展望

致谢

参考文献