轻钢龙骨板的特点及破坏机理

然而对轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构的相关试验研究和数值分析则较为少见。钢框架内嵌连接轻钢龙骨注浆复合墙板结构在循环荷载作用下经历了弹性、开裂、屈服和破坏这4个阶段。其他参数不变,选用实际工程中常用的钢材屈服强度(、、、、和)作为钢材的材性,研究不同钢材屈服强度对轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构力学性能的影响。

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王景峰、张荣、王万茜、卢萌萌

摘要:为研究轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构在地震作用下的力学特性及破坏机理,利用有限元分析软件建立轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构的有限元分析。模型,并通过实验验证了有限元分析模型的准确性。分析了钢材屈服强度、填料强度、面板类型、钢带条数、龙骨柱间距对轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构抗震性能的影响。研究结果表明,钢架的钢强度,板型和钢带条数是影响轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构抗剪能力的主要因素。间距对轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构影响不大。研究成果将为此类结构在设计和施工中的应用提供科学依据。

关键词:轻钢龙骨注浆复合墙板;钢架; 抗震性能;有限元分析

:为了研究钢与轻钢(LSFG)墙下的和,使用 建立模型。有些是习惯的模型。此外,LSFG 墙钢的钢种、类型、钢带和螺柱是。

表明钢架、型式和钢带对LSFG墙体钢的剪力有一定影响。, CFS 的 , 和墙钉对带 LSFG 墙的钢的剪力有影响。可能是这样的和。

:轻钢(LSFG)墙;钢架; ;

轻钢龙骨复合墙板由于具有节能环保、轻质抗震、保温隔音防火、施工方便等特点,在我国得到了广泛的应用和推广[1]。本文所说的轻钢龙骨注浆复合墙板是由冷弯薄壁钢龙骨框架和两侧水泥纤维板或石膏板组成的空腔。混凝土),从而形成一种新型密肋结构体系[2],如图1所示。轻钢龙骨注浆复合墙板作为一种新型复合墙板,重量轻,具有良好的横向承载能力和变形容量。

图1 轻钢龙骨注浆复合墙板结构

图1 LSFG墙

目前,国内外对墙体与钢架的协同抗震性能进行了一些研究,如钢架外挂混凝土复合墙板[3]、钢架填充ALC墙板[4-5]等等。随着墙板材料的不断发展,一些学者[6-7]对钢架填充轻钢龙骨墙板的抗震性能进行了研究和理论分析,但研究中使用的轻钢龙骨墙板大多为空腔,如如吴汉恒[8]研究了不同刚度比下冷弯薄壁钢复合墙体与钢框架的协同工作性能和剪力分布关系。不同阶段的剪力分布符合按刚度分配的原则;李磊[9]用冷弯薄壁钢建立了复合墙体钢框架体系的有限元模型,分析了体系的耗能能力和剪力分布。表明系统在加载初期主要由墙体耗散,在加载后期主要由钢架耗散。与钢架相比,墙体的剪力分担率更高;魏光耀[10]进行了钢框架-腹板开孔轻钢龙骨墙体带孔结构的试验验证和数值分析。然而,

本文利用有限元分析软件建立轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构的有限元分析模型,分析墙板整体结构在地震作用下的破坏模式和受力机制。试验结果验证了有限元分析模型的合理性和正确性。对影响结构性能的材料参数、材料类型、几何参数等进行参数化分析。同时,提出了轻钢龙骨注浆复合墙板侧向刚度的简化计算公式,并验证了其合理性。研究成果将为轻钢龙骨注浆复合墙板的设计与施工提供科学依据。

1 有限元分析模型

1.1 个计算单元

利用该软件,建立了轻钢龙骨注浆复合墙板预埋连接钢框架结构的有限元分析模型。其中钢柱、钢梁、螺栓、焊接端板和聚苯乙烯颗粒泡沫混凝土采用8节点3D实体单元C3D8R模拟;轻钢龙骨和水泥纤维板采用壳单元SR4模拟。经过试算后确定了合理的网格密度。有限元模型和网格划分如图 2 所示。

图2 有限元模型

图2

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1.2 材质模型

参考文献[11],在有限元分析中,轻钢龙骨采用双线性强化模型(图3),其他钢件采用二次塑性流动模型[12](图4)@ >,满足 The von Mises 屈服准则。

图3 轻钢龙骨应力-应变关系曲线

图3——轻钢螺柱曲线

图4 碳钢应力-应变关系曲线

Fig.4 – 钢的曲线

在有限元分析中,根据相关文献[13-14],假设水泥纤维板为各向同性弹性材料,其弹性阶段的材料特性如表1所示。面板中水泥的性能,损伤系数用于模拟水泥纤维板的开裂。根据材料性能测试,聚苯乙烯颗粒泡沫混凝土的立方抗压强度为2.54MPa,干密度为680kg·m -3 ,弹性模量为,泊松比为0. 2.

1.3 边界条件和加载方法

钢柱底端固定,有限元分析中选取如下边界条件: 柱底端界面 U 1 =U 2 =U 3 =0、θ x =θ y =θ z =0,使用收敛更好-增量迭代解。在钢柱顶部的加载板上部设置参考点,将两者耦合,并设置约束来限制y方向的平移和绕x和z方向的旋转。

针对模型中复杂的接触问题,采用硬接触模拟梁柱之间、墙板与钢梁之间、墙板导轨与U型钢、水泥纤维板与聚苯乙烯泡沫混凝土之间的螺栓与端板的法向接触填充物。行为,采用库仑摩擦模型计算界面的切向力,并考虑界面键合的影响;聚苯乙烯颗粒泡沫混凝土与轻钢龙骨骨架槽内部的相互作用接触定义为“结合接触”,与龙骨背面相互作用。主动接触定义为“摩擦接触”,摩擦系数取0.45,如图5所示。

图5 轻钢龙骨与泡沫混凝土的接触

图5 轻钢螺柱和泡沫

自攻螺钉通常由梁单元、节点联轴器、弹簧单元和拉杆单元模拟。根据现有的测试结果,连接面板与轻钢龙骨的自攻螺钉出现拔出和剪切现象,而连接轻钢龙骨的自攻螺钉出现小错位。为简化分析模型,本文采用三向弹簧单元模拟轻钢龙骨与面板之间的自攻螺钉,并采用Tie单元模拟轻钢龙骨之间的自攻螺钉。 . 自攻螺钉间距为400mm。关于弹簧刚度的选择,请参考文献[15-16]。

荷载:柱顶施加轴向荷载,梁端施加水平荷载。在有限元分析模型中设置了两个分析步骤来模拟载荷施加:在第一个分析步骤中,垂直载荷施加在钢框架柱(加载梁)的顶部。在第二分析步骤中,第一分析步骤结束时的竖向荷载值保持不变,边耦合到参考点,水平推力以位移控制的方式施加到墙体结构上。

2 试验概述

2.1 标本介绍

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本文的试验是指两根镶嵌连接轻钢龙骨的注浆复合墙板钢框架结构的抗震性能试验[12]。墙板尺寸为××150mm,试件信息见表2。试件LSFG1内嵌墙板无孔,试件LSFG2开孔尺寸为× 1,800 毫米。钢架跨度,层高。C89mm×41mm×11mm×0.9mm,立柱间距600mm;上下导轨采用冷弯型钢U型截面既有建筑结构弹塑性抗震性态评价方法及实现,尺寸×45mm×0.8mm,导轨长度。墙板的两面都覆盖着10mm厚的水泥纤维板。梁柱接头采用螺栓焊接连接,

图6 墙板与梁的连接(单位:mm)

图6 墙和梁(单位:mm)

2.2 加载系统

首先预加载试件,检查测试设备和数据采集系统是否正常工作,然后进入正式加载阶段。对于试件LSFG1、LSFG2,在框架柱顶部施加650kN的竖向载荷(轴压比为0.4)@>,施加50.的竖向载荷@> 在分布梁的中心)76kN。垂直载荷在整个测试过程中保持不变。

使用 MTS 致动器在水平方向上向试样顶部施加低周向往复载荷(位移)。加载系统采用美标ATC-24(1992)[17]中的位移加载系统,以试件顶梁的水平位移为控制目标进行加载。理论通过有限元数值模拟得到试件的极限载荷值P max ,取试件屈服载荷0.7P max 对应的位移为屈服位移Δ y ,即取Δ y =8mm,本次试验的加载装置如图7所示。当试样的承载能力下降到峰值载荷小于85%时既有建筑结构弹塑性抗震性态评价方法及实现,应确定试样的失效,

图 7 测试装载现场

图7 测试场地

3 测试验证

钢框架嵌接轻钢龙骨灌浆复合墙板结构在循环荷载作用下经历了弹性、开裂、屈服和破坏四个阶段。弹性阶段,自攻螺钉处面板出现裂纹;在开裂阶段,面板与填料分离并脱落;屈服阶段,内部填料开裂,轻钢龙骨翘曲;在失效阶段,梁柱焊缝被破坏。试件 LSFG1 和 LSFG2 的滞后曲线、骨架曲线和失效模式如图 8-10 所示。有限元分析结果与实验结果吻合较好。

图8 磁滞曲线有限元分析与实验结果对比

图 8 FEA 和测试

图9 P-Δ骨架曲线有限元分析与实验结果对比

图9 P-ΔFEA与测试

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图 10 失效模式有限元分析与试验结果对比(单位:MPa)

图 10 模式 FEA 和测试 (Unti: MPa)

图8中,实验滞后曲线有一定程度的夹点,而有限元滞后曲线没有出现夹点。原因可能是:MTS作动器的加载头和试件梁端的加载板是用螺栓固定的。随着加载次数的增加,试件与加载装置之间会产生一定的间隙,导致误差累积;在进行非线性有限元分析时,使用的聚苯乙烯泡沫混凝土的本构模型与实际的本构关系不同,没有考虑实际试验过程中不同材料之间的粘结滑移和损失;墙板的撕裂、裂缝等会降低结构的刚度。

4 参数分析

本文分别从轻钢龙骨的钢材屈服强度、钢框架的钢材屈服强度、填料强度、面板类型、钢带布置和轻钢龙骨柱间距等方面对轻钢龙骨注浆复合墙板的抗震性能进行了研究。 -钢框架结构影响。分析计算结果见表3和图11。

图 11 不同参数对轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构荷载-位移曲线的影响

图 11 带 LSFG 墙的钢结构

4.1 钢材屈服强度

在其他参数不变的情况下,选取实际工程中常用钢材的屈服强度(、、、、、和)作为钢材的材料性能,不同钢材屈服强度对轻钢龙骨注浆复合材料力学性能的影响研究了墙板-钢框架结构。

4.1.1 轻钢龙骨的钢材屈服强度

结果表明:与轻钢龙骨的钢材屈服强度fy=相比,当轻钢龙骨的钢材屈服强度fy=、、、、时,极限承载力提高1.37%, 3.分别提高了61%、4.53%、5.39%,横向刚度提高了0.76%、1.38%、1.55% 和 1.68%。轻钢龙骨的屈服强度对嵌入钢龙骨灌浆复合墙板的钢框架结构的承载力和抗侧向刚度影响不大。

4.1.2 钢架钢屈服强度

结果表明,与钢框架的钢材屈服强度fy = 相比,当钢框架的钢材屈服强度fy = , 和 时,极限承载力提高9.22%, 18.57% 和 24.82%,横向刚度分别增加 1.45%、1.82% 和 2.01%。钢框架的钢材屈服强度对钢龙骨注浆复合墙板预埋连接钢框架结构的承载能力影响较大,对抗侧向刚度影响较小。

4.2 聚苯乙烯泡沫混凝土的抗压强度

其他参数保持不变。选用实际工程中常用的四种不同抗压强度的聚苯乙烯粒状泡沫混凝土作为轻钢龙骨注浆复合墙板的芯材。抗压强度f cu =2.54MPa,不同强度泡沫混凝土芯材在5MPa、10MPa和15MPa时对结构力学性能的影响。

结果表明,与轻钢龙骨注浆复合墙板中强度2.54MPa的聚苯乙烯颗粒泡沫混凝土相比,当聚苯乙烯颗粒泡沫混凝土的强度为5MPa、10MPa和15MPa时,复合墙板可以极限承载力分别提高3.31%、3.84%和4.19%,横向刚度提高0、0.分别为 08% 和 0.16%。聚苯乙烯颗粒泡沫混凝土的强度对嵌入钢龙骨灌浆复合墙板的钢框架结构的承载力和侧向刚度影响不大。

4.3 墙板类型

选取市场上常用的5种墙板,其材料性能见表4。研究了不同墙板类型对轻钢龙骨灌浆复合墙板-钢框架结构力学性能的影响。

建筑抗震加固方法_塑性建筑柯布西耶_既有建筑结构弹塑性抗震性态评价方法及实现

4)9@>

结果表明:与使用GWB的轻钢龙骨注浆复合墙板相比,墙板采用CFS板、PLY板、FCB和OSB时,极限承载力提高48.88%, 5 3.15%、92.98%和132.98%,抗侧向刚度增加26.01%、35.98% , 4 2.57% 和 106.05%。另外,复合墙板的板型为CFS板时,墙板的极限承载力和侧向刚度最大,板型为GWB时,钢龙骨的极限承载力和侧向抗力最大。注浆复合墙板嵌入并连接到钢架结构上。运动僵硬是最小的。

4.4 条数

选择不同数量的钢带(钢带宽度为50mm,厚度为0.9mm):墙板无钢带,墙板用1个十字钢带,墙板和墙板用2个十字钢带采用3条相交的钢带连续设置,如图12所示。研究了不同钢带设置方式对轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构力学性能的影响。

图 12 不同钢带设置方式的复合墙板有限元模型

图 12 带钢带类型的墙体

结果表明,与两侧无钢带的轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构相比,抗剪承载力分别提高11.55%、16.01%、 16.77%,横向刚度增加38.87%、51.82%、5,分别3.29%。在复合墙板中安装钢带可以有效提高复合墙板的抗剪承载力和侧向刚度。然而,增加钢带数量并不能显着提高复合墙板的抗剪强度和横向刚度。因此,在工程实践中,墙板只设置一根十字钢带,不仅可以节省钢材,

4.5 轻钢龙骨柱间距

在其他参数不变的情况下,选取40​​0mm、600mm、900mm和四种不同的轻钢龙骨柱间距,研究不同柱间距对轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构力学性能的影响。结果表明,与托梁间距的轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构相比,柱间距为900mm、600mm和400mm时,抗剪承载力提高1.71%。 , 4.04%, 和 5.61%, 横向刚度增加 2.2%, 5.8%, 和 8.0%,分别。

5 结论

(1)本文建立了轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构有限元分析模型,经过对比分析,试验结果与有限元分析结果吻合较好,验证了结构的可靠性。有限元分析模型。性和准确性。

(2)轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构的破坏模式主要有:墙板转角处轻钢龙骨屈曲破坏;洞口转角处轻钢龙骨屈曲破坏。墙板的应力;面板应力大;钢架梁翼缘与柱连接处的应力达到屈服应力等。

(3)钢框架的钢材强度等级、CFS板的选择以及两侧钢带的交叉布置都会显着影响轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构的抗剪性能.

(4)@>轻钢龙骨钢的屈服强度和聚苯乙烯泡沫混凝土的抗压强度对结构的抗剪性能影响不大。

参考:

[1] 张丽雅. 轻钢龙骨混凝土复合外墙板优化设计及力学性能[D]. 南京:东南大学,2018.张丽雅。和轻型钢钉墙板[D]. : ,2018.(在 )

[2] M, B.轻钢用[J].Thin-,2006,44(10.0@>:1272-1279.DOI:10.1016/j.tws. 2000.3@>01.006.

建筑抗震加固方法_既有建筑结构弹塑性抗震性态评价方法及实现_塑性建筑柯布西耶

[3]叶俊华,冯如清,陈伟,等. 冷钢墙钉与 to [J]. 钢铁,2016,116:79-91.DOI:10. 1016/j.jcsr.2015.08.028.

[4]FULOP LA, D. 墙柱冷剪下和:part I: [J].Thin-,2004,42(0.0@>:321-338.DOI:1< @0.1016/S0263-8231(03)00063-6.

[5] 周旭红,石宇,周天华,等。冷弯薄壁钢复合墙体抗剪性能试验研究[J]. 中国土木工程学报, 2010, 43(5):38-44.@ >DOI:10.15951/j..2010.05.01 8.周,石宇,周,等.冷钢立柱墙的剪力研究[J].中国民用,2010,43(5):38-44. DOI:10.15951/j..2010.05.018.(in )

[6] 苏明洲,黄志光,孙健,等。循环荷载作用下冷弯薄壁钢复合墙体抗剪性能试验研究[J]. 中国土木工程学报, 2011, 44 (8): 42-5 1.DOI:10.15951/j..2011.08.01 6.苏,黄,孙健,等.受力冷钢墙体的研究[J].中国民用,2011,44(8):42-51. DOI:10.15951/j..2011. 08.016.(in )

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