轻钢构造柱在填充墙中受力性能与应用研究

摘要

我国是地震灾害多发国家之一，为提高现代建筑中砌筑填充墙的抗震性能，需要在墙体相应位置设置混凝土构造柱，避免其在地震时倾覆。然而随着我国建筑工业化的发展，混凝土构造柱由于工艺复杂、工序繁多、施工困难、占用周期长、质量通病难以克服等原因，已不能满足现代化施工的发展需求。为此，本文提出一种新型的轻钢构造柱技术，以实现标准化设计、工业化生产和快速化安装，且能提高填充墙抗震性能，替代现行的混凝土构造柱技术。本文围绕轻钢构造柱技术展开研究工作如下:
　　(1)首先依据相关规范制定轻钢构造柱技术应用说明，在适用范围、材料选用、设计原则、制作过程、施工要求等方面做出必要规定。然后根据工程实际设计出应用于一字墙、丁字墙、十字墙和L型墙的四种不同截面形式的轻钢构造柱，并通过理论计算证明了在厚度200mm的填充墙中轻钢构造柱的强度、刚度和温差变形均满足使用要求。最后完成了轻钢构造柱连接大样的设计。
　　(2)考虑到应用的广泛性及最不利荷载情况，选用厚度200mm的轻钢构造柱和混凝土构造柱一字填充墙进行平面外单推对比试验。通过将两种填充墙的破坏情况、极限承载力、位移及应力变化等进行对比，证明了轻钢构造柱在工程应用中不仅起到与混凝土构造柱相同的作用，而且其受力性能优于混凝土构造柱，完全能够对混凝土构造柱进行有效替代。
　　(3)采用ABAQUS有限元软件对轻钢构造柱填充墙的平面外单推试验进行非线性模拟，通过模拟结果和试验结果的对比分析，验证了模型的准确性。同时，模拟所得到的位移云图与应力云图，更直观和全面地反映了轻钢构造柱填充墙破坏情况和受力特征，验证了试验测点选择的合理性。
　　(4)采用ABAQUS有限元软件模拟的方法，对多个相应厚度的轻钢构造柱和混凝土构造柱填充墙分别进行对比分析，验证了不同截面高度的轻钢构造柱在填充墙中的受力性能，证明了轻钢构造柱截面设计的合理性。同时，对不同厚度的填充墙进行建模分析，根据墙厚对轻钢构造柱和填充墙的影响规律，指导实际工程的应用。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源及研究的背景和意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究背景和意义

1．2 混凝土构造柱的应用现状

1．2．1 混凝土构造柱的使用规范

1．2．2 混凝土构造柱在工程应用中的问题

1．2．3 混凝土构造柱的改进

1．3 提出轻钢构造柱技术的意义

1．4 本文的主要研究工作

1．4．1 研究目标

1．4．2 主要研究内容

第二章 轻钢构造柱技术的提出

2．1 轻钢构造柱设计思路

2．2 轻钢构造柱应用说明

2．3 轻钢构造柱设计

2．3．1 截面设计

2．3．2 理论验算

2．3．3 温差变形验算

2．4 轻钢构造柱连接构造设计

2．5 小结

第三章 轻钢构造柱和混凝土构造柱填充墙对比试验研究

3．1 试验目的

3．2 试验试件

3．3 试验加载方案

3．3．1 试验加载装置

3．3．2 试验加载制度

3．4 试验测量方案

3．4．1 试验数据采集

3．4．2 试验测量内容

3．4．3 试验测点布置

3．5 试验现象及破坏形态

3．5．1 轻钢构造柱填充墙

3．5．2 混凝土构造柱填充墙

3．5．3 试验现象的分析

3．6 试验结果与分析

3．6．1 试件极限承载力分析

3．6．2 构造柱荷载-位移曲线分析

3．6．3 墙体荷载-位移曲线分析

3．6．4 拉结筋荷载-应力曲线分析

3．7 小结

第四章 轻钢构造柱填充墙试验数值分析

4．1 建模方法

4．1．1 整体式与分离式模型比较

4．1．2 单元类型及网格划分

4．1．3 边界条件的定义

4．2 材料的本构模型

4．2．1 钢材的本构模型

4．2．2 混凝土本构关系及材料参数

4．2．3 砌体的本构模型

4．3 轻钢构造柱填充墙试验的模拟分析

4．3．1 轻钢构造柱应力分析

4．3．2 轻钢构造柱位移分析

4．3．3 墙体位移分析

4．3．4 拉结筋应力分析

4．3．5 填充墙裂缝分析

4．4 小结

第五章 轻钢构造柱填充墙参数分析

5．1 不同厚度轻钢构造柱填充墙模拟验算

5．1．1 极限承载力对比

5．1．2 构造柱位移对比

5．1．3 墙体位移对比

5．1．4 拉结筋应力对比

5．2 不同厚度轻钢构造柱填充墙模拟分析

5．2．1 极限承载力对比

5．2．2 轻钢构造柱应力对比

5．2．3 轻钢构造柱位移对比

5．2．4 墙体位移对比

5．2．5 拉结筋应力对比

5．2．6 工程应用建议

5．3 小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况