钢结构住宅节能复合墙板的理论与试验研究

摘要

随着我国墙体改革、建筑节能等相关政策的推行，住宅产业现代化逐渐提上日程。钢结构住宅因其节能省地、绿色环保、便于工厂化生产和标准化制作、可现场装配等优点，正日益收到人们的青睐，使用比例也越来越高。作为目前制约钢结构住宅体系发展的围护体系，就成了亟待解决的问题。与普通的墙体材料相比，复合墙板具有承载力高、保温效隔音果好等优点，成为目前发展最为迅速的一种新型建筑材料。 作为围护结构应用于钢结构住宅的节能复合墙板外挂于钢框架梁或柱上，除竖向自重外，墙板主要承受风荷载或地震引起的横向荷载。本文对节能复合墙板的抗弯性能进行了详细的理论和试验研究。 首先，基于付宝连提出的弯曲矩形板的广义位移理论，推导出了在横向均布荷载作用下四角点支承弹性矩形薄板的挠度计算公式，解决了四点支承矩形板的挠度和内力计算问题，为节能复合墙板内力和挠度等的简化计算提供了理论基础。 其次，利用通用有限元分析软件ANSYS建立了节能复合墙板的有限元模型，通过与文献中分析结果的对比，证明本文所选用的材料本构关系、单元类型以及破坏准则等可以较好的模拟墙板在横向均布荷载作用下弹性变形阶段的受力过程。由于墙板的具体尺寸、开洞情况及材料性质等在工程应用时可能多种多样，所以本文对影响节能复合墙板抗弯刚度的因素进行分析，总结了影响墙板抗弯性能的主要因素，并对墙板的设计使用提出了建议，可作为工程应用参考。 最后，为了验证上述理论分析的可靠性，本文制作了5块足尺节能复合墙板，对横向荷载作用下墙板尺寸、洞口及配筋率对墙板的开裂荷载、抗弯极限承载力的影响，以及裂缝的分布规律和破坏形态等进行了试验研究，考察钢筋混凝土组合网架夹芯复合板在用于墙板时的抗弯性能，检验钢丝网架的连接作用是否能够保证复合墙板两片混凝土板协同一致工作。节能复合墙板的ANSYS分析结果与试验结果吻合较好，试验结果和非线性有限元分析结果可供钢结构住宅研究与设计人员参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 复合墙板在国内外的发展与研究现状

1.3矩形薄板弹性弯曲问题的理论解

1.4本文研究内容

1.5课题的理论与应用价值

第二章 四点支承弹性矩形薄板挠度计算

2.1 弹性薄板的小挠度弯曲理论

2.1.1基本定义

2.1.2弹性薄板的基本假设

2.1.3弹性薄板的控制微分方程

2.2弯曲矩形板静力问题的广义位移解

2.3四点支承的弯曲矩形薄板挠度计算公式

2.4四点支承薄板挠度计算公式的收敛性和计算精度

2.4.1 公式的收敛性

2.4.2公式计算精度

2.5本章小结

第三章 节能复合墙板的非线性有限元分析

3.1 有限元分析方法的优点

3.1.1 有限元方法的优点

3.1.2分析软件

3.2复合墙板数值模型

3.2.1 单元类型的选取

3.2.2各单元的划分及连接

3.2.3材料的本构关系

3.2.4屈服准则

3.2.5 收敛准则

3.2.6有限元模型的验证

3.2.7复合墙板简介

3.2.8复合墙板数值分析假定

3.2.9计算参数

3.2.10加载方案

3.2.11边界条件及数值分析模型

3.2.12分析步骤

3.3复合墙板抗弯承载力的参数分析及协同工作性能

3.3.1 混凝土面板厚度的影响

3.3.2聚苯乙烯泡沫央芯层厚度的影响

3.3.3混凝土强度的影响

3.3.4配筋率的影响

3.3.5斜钢丝的影响

3.3.6开洞情况的影响

3.4本章小结

第四章 节能复合墙板的现场试验研究

4.1试验的目的、内容及试验步骤

4.1.1试验目的

4.1.2试验内容

4.1.3试验步骤

4.2试件的设计和制作

4.2.1试件设计

4.2.2试件制作

4.3钢丝和混凝土的力学性能

4.3.1钢丝材性试验

4.3.2混凝土材性试验

4.4试验量测项目和数据采集

4.4.1量测项目

4.4.2数据采集

4.4.3 混凝土平面应力状态分析

4.5试验装置及加载方法

4.5.1试验支承条件

4.5.2试验加载方法

4.5.3加载前的准备

第五章 试验结果及分析

5.1概述

5.1.1 开裂荷载的确定

5.1.2极限荷载的确定

5.2试验过程描述

5.2.1 1号墙板的加载破坏过程

5.2.2 2号墙板的加载破坏过程

5.2.3 3号墙板的加载破坏过程

5.2.4 4号墙板的加载破坏过程

5.2.5 5号墙板的加载破坏过程

5.3 试验结果分析

5.3.1 墙板的荷载-挠度曲线

5.3.2 试验结果分析

5.4试验结论

5.5试验结果与墙板非线性有限元分析结果比较

5.6本章小结

第六章 结论和建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

致 谢

发表论文和参与科研情况